Trio van Hera-ruimtevaarttuigen beveiligd met gekoppelde radio
ESA 's Hera-missie voor planetaire verdediging omvat niet één maar drie ruimtevaarttuigen: twee CubeSats zo groot als schoendozen zullen op ettelijke tientallen kilometers afstand van hun moederschip vliegen rond het Didymos binaire asteroïde systeem. Deze drie ruimtevaarttuigen met elkaar verbonden houden om zo aan hun eigen missiebehoeften te voldoen en ze tegelijkertijd ook op een veilige afstand van elkaar houden is de taak van een nieuwe intersatellietverbindingstechnologie. Deze technologie wordt geproduceerd door een Portugees bedrijf dat vooral bekend staat om terrestrische dronesystemen.
“Er zijn veel systemen voor radiofrequentiecommunicatie tussen ruimtevaartuigen en de Aarde, maar niet echt tussen ruimtevaartuigen onderling – een echt gat in de markt”, legt Pedro Rodrigues van Tekever, wiens hoofdkantoor in Lissabon is gevestigd, uit.
Tekever werd opgericht door studenten informatica en elektrotechnische ingenieurswetenschappen in 2001. De oorspronkelijke focus van het bedrijf lag op het ontwikkelen van software die op meerdere netwerkplatforms kon worden uitgevoerd, waarna het zich verder heeft uitgebreid naar activiteiten in de lucht - en ruimtevaart - en defensie.
Vandaag is het bedrijf uitgegroeid tot een van Europa 's toonaangevende “surveillance-as-a-service” UAV-leveranciers.
Pedro Rodrigues voegt toe: “Rond 2009 hadden we softwaregedefinieerde radioapparatuur die werd gebruikt in terrestrische tactische radio 's. Het stelde platforms in staat om te communiceren en tegelijkertijd uiteenlopende informatie uit te wisselen, zodat ze continu op de hoogte blijven van waar ze zich ten opzichte van elkaar bevinden. We konden het bredere potentieel ervan zien, nadat we toen onze ruimtevaartdivisie hadden geïntroduceerd.”
“Het nut ervan voor ESA 's Proba-3- missie is duidelijk. Hierbije vliegen twee satellieten in nabije formatie om zo op een lijn te komen samen met de zon wat dan weer kunstmatige zonsverduisteringen tussen hen te creërt. Onze intersatellietverbindingstechnologie biedt grove eendimensionale metingen tussen de twee, die indien nodig kunnen worden aangevuld met nauwkeurigere plaatsbepalingsmethoden, waaronder camera 's en lasermetrologie.”
Access the video
De Inter-Satellite Links (ISL’s) van het bedrijf werden een integraal onderdeel van de Proba-3-missie, die gepland staat om in november van dit jaar te worden gelanceerd. In de tussentijd kwam de Hera-missie, waardoor de volgende vraag opdoemde: als ISL’s zo goed werken voor twee ruimtevaartuigen, zou dat dan ook kunnen gelden voor drie?
Systeemingenieur Paolo Concari, werkzaam in het technische centrum van ESA genaamd ESTEC, werkte aan de aanpassing van ISL-technologie voor zowel Proba-3 als Hera: “Voor Proba-3 was het eerst een kwestie van het elektrische ontwerp te vereenvoudigen en vervolgens te verzekeren dat de componenten die zullen worden gebruikt in de barre ruimteomgeving zullen blijven werken, waarvoor veel stralingstests nodig waren.”
Pedro Rodrigues merkt op: "Ons ontwerp begon met veel commerciële kant-en-klare componenten in plaats van bestaande ruimtegekwalificeerde producten. Dit is om de eenvoudige reden dat ze geavanceerder en capabeler zijn. We hebben een lang screeningsproces doorlopen waarbij we mogelijke onderdelen hebben getest op gevoeligheid voor stralingseffecten.
“Dit proces duurde lang omdat we meerdere keren terug moesten naar de ontwerpfase om ongeschikte componenten te vervangen. Deze inspanning was echt essentieel omdat het systeem niet aan dezelfde standaard kan voldoen als het alleen op ruimte-gekwalificeerde onderdelen vertrouwde.”
Het voordeel van het hergebruik aan boord van Hera was dat het harde werk van het testen van het ISL-ontwerp voor de ruimte al klaar was. Dit is omdat de Hera ISL’s qua hardware identiek zijn aan hun Proba-3 voorgangers. Het enige verschil is dat ze een herschreven software-algoritme gebruiken - zo 'n eenvoudige herconfigureerbaarheid is een van de belangrijkste voordelen van softwaregedefinieerde radiosystemen.
Pedro Rodrigues legt uit: “Hera’s ISL’s bieden ranging informatie op dezelfde manier als die van Proba-3 maar ook de range rates - wat betekent dat aan het ruimtevaartuig de snelheden worden getoond waarmee ze zich van of naar elkaar verplaatsen. En omdat we te maken hebben met drie platforms in plaats van twee, moesten we een netwerkfilosofie implementeren in het systeem. In werkelijkheid delen de drie ruimtevaartuigen netwerkinformatie met elkaar en beslissen dan of ze er al dan niet naar moeten handelen.”
Het systeem verkrijgt ook hoge snelheidsvariërende metingen om lichte dopplerverschuivingen in te schatten die worden veroorzaakt door de zwaartekracht van beide asteroïden. Deze meerpuntsgegevens zullen worden gebruikt om hun massa te berekenen, waardoor de dichtheid van de samenstelling van de asteroïde veel nauwkeuriger kan worden bepaald dan Hera op zichzelf zou kunnen doen.
Een ander verschil met Proba-3 is dat het trio van Hera veel verder weg in de ruimte zal opereren - tot op 30 km afstand, in plaats van op ongeveer 150 meter afstand.
“Dit leidde tot een kleine hardware-aanpassing: er werd een beetje meer kracht op de versterker toegevoegd”, zegt Paolo Concari. "Het grootste verschil zit hem in de software. Als het ruimtevaartuig op een grote afstand communiceert, vertraagt het systeem de bitsnelheid, waardoor het ruimtevaartuig meer tijd heeft om alle delen van het bericht te ontvangen, waardoor de signaal/ruisverhouding verhoogt en dus de kans op een correcte ontvangst toeneemt."
Omdat de ISL-technologie van Tekever oorspronkelijk was gericht op de kleine satellietmarkt bleek het relatief eenvoudig om deze op de CubeSats van Hera te monteren, omdat ze dezelfde PC/104-bordstandaard delen.
De ISL 's zijn onlangs getest samen met Hera 's belangrijkste grond-naar-aarde High Gain antenne, waardoor missiecontrollers in ESA 's European Space Operations Centre de CubeSats via deze links kunnen bedienen. Nu deze testcampagne succesvol is gebleken, zal de volgende keer dat de ISL’s worden gebruikt begin 2027 zijn: het moment wanneer de CubeSats rond de asteroïden worden ingezet.
In de tussentijd wordt ISL-technologie geleverd aan ESA 's Comet Interceptor, die op dezelfde manier twee sondes van het belangrijkste ruimtevaartuig zal inzetten - waaronder een van het Japanse Aerospace Exploration Agency, JAXA.
Pedro Rodriques concludeert: “Meerdere ruimtevaartuigen zo met elkaar laten communiceren is echt een game changer voor wetenschappelijke missies in het bijzonder. Tekever is dus op dit moment in gesprek met verschillende ruimtevaartorganisaties. We zijn ook onze kansen op de commerciële markt aan het verkennen.”
Access the video
