A flexible attitude control system for three-axis stabilized nanosatellites

Diese Dissertation untersucht ein neues Konzept zur flexiblen Entwicklung und Verifikation eines Lageregelungssystems für eine Nanosatellitenplattform. Als Grundlage für die Erarbeitung eines Leitfadens für die Entwicklung werden zunächst Beobachtung des Satellitenmarkts sowie konkreter Missionen zusammengetragen. Darauf aufbauend formuliert der Autor Entwurfskriterien für die Konzipierung eines flexiblen Lageregelungssystems. Die Dissertation wurde im Rahmen der Entwicklung der TUBiX20 Nanosatellitenplattform und ihrer ersten beiden Missionen, TechnoSat und TUBIN, an der TU Berlin durchgeführt. TUBiX20 verfolgt Modularität, Wiederverwendung und Zuverlässigkeit als Entwicklungsziele. Diese werden unter der Verwendung der vom Autor hergeleiteten Entwurfskriterien in dieser Arbeit im Kontext des Lageregelungssystems verfeinert. Das resultierende Konzept setzt dieses als verteiltes System von Geräten und einem hardware-unabhängigen Software-Kern um. Der Software-Entwurfstechnik Component-based software engineering folgend ist das System in unabhängige Module unterteilt, welche wiederum einheitliche Schnittstellen implementieren. Diese Schnittstellen spezifizieren die Zustandsgrößen für die Ein- und Ausgänge der Module inklusive Einheit, Koordinatensystem und mathematischem Symbol für eine eindeutige Darstellung. Der Entwurfs- und Verifikationsprozess für das TUBiX20 Lageregelungssystem wurde vom Autor im Rahmen der Arbeit untersucht. Hier verfolgt der Ansatz einen schrittweisen übergang von einem virtuellen Satelliten als Simulationsmodell bis hin zur Verifikation des integrierten Systems auf einem Lageregelungsteststand. Abschließend diskutiert die Arbeit die Realisierung des untersuchten Konzepts im Rahmen der Missionen TechnoSat und TUBIN. Beginnend mit den jeweiligen Anforderungen wird die Skalierbarkeit des Ansatzes in drei Stufen demonstriert: von einer groben, aber kosten- und energieeffizienten Konfiguration für eine Technologieerprobungsmission mit moderaten Anforderungen (TechnoSat) bis hin zu einer Konfiguration für hochgenaue Lageregelung als Basis für Erdbeobachtungsmissionen (TUBIN).