ERMINAZ-Mission auf 2025 verschoben

Am Montagabend, den 19. August 2024 und nur wenige Wochen vor dem geplanten Starttermin von RFA One, mit der ERMINAZ-Nutzlast, führte die Rocket Factory Augsburg (RFA) auf deren Startgelände des SaxaVord Spaceport auf den Shetland Inseln einen sogenannten „hot fire“ Test der ersten Raketenstufe durch, bei dem alle 9 Triebwerke gezündet wurden.  Leider kam es dabei zu einer folgenschweren Anomalie, die zum vollständigen Verlust der ersten Raketenstufe führte. Glücklicherweise wurde niemand verletzt und die Schäden an der Startrampe waren durch das Feuer nicht so dramatisch, wie zunächst befürchtet.   Die Reparaturarbeiten, Fehleranalyse, Qualifizierung und Anlieferung einer neuen ersten Raketenstufe werden jedoch einige Zeit beanspruchen, sodass RFA inzwischen offiziell von einem Start im Jahr 2025 ausgeht.

Über die weitere Vorgehensweise wurde die AMSAT-DL umgehend informiert.  In einem Telefonat mit unserem 1. Vorsitzenden Peter Gülzow, drückte Jörn Spurmann, CCO und Mitbegründer von RFA, sein Bedauern für die Unannehmlichkeiten und abzusehenden Verzögerungen aus.  Peter Gülzow erwiderte, dass man volles Vertrauen in RFA und deren Mitarbeiter habe, man teile den gleichen Spirit. Die Offenheit, Transparenz und Schnelligkeit der Informationen von RFA setzen bereits neue Maßstäbe und die Art und Weise wie man mit den Geschehnissen umgeht, gibt uns Zuversicht. Raumfahrt ist hart, besser jetzt als später!

ERMINAZ-Nutzlasten sind startbereit

Die Satelliten UNNE-1, MARIA-G, SIDLOC-PQ-1, SIDLOC-PQ-1, QUBIK-5, sowie ERMINAZ-1U und ERMINAZ-1V sind Teil der Erminaz-Mission, einer gemeinsamen Anstrengung von AMSAT-DL, AMSAT-EA und der Libre Space Foundation, wobei jede Organisation ihre eigenen Satelliten fliegt und gemeinsam in der ERMINAZ-Mission den von Libre Space entwickelten PicoBus-Deployer verwendet.

Das Missionsmanagement mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), welches den Start vergeben hat und auch für die Debris Mitigation (Reduzierung von Weltraumschrott und Gefahren dadurch) verantwortlich ist, der Trägerrakete (Rocket Factory Augsburg), sowie mit der britischen CAA-Behörde erfolgte durch AMSAT-DL als Unterzeichner und Verantwortlicher des Startvertrages, stellvertretend für die genannten Partner. Die Civil Aviation Authority ist eine britische Behörde, die mit den Belangen der zivilen Luft- und Raumfahrt in Großbritannien befasst ist.  Sie durchleuchtet alle Aspekte der Sicherheit, angefangen von der finanziellen „Fitness“ der AMSAT-DL und deren Verantwortlichen in Person, über alle technischen Details der Nutzlasten und deren Verhalten im Orbit und Wiedereintritt, bis hin zu Themen wie „cyber security“, rechtlichen und versicherungstechnischen Fragen. Ebenso müssen für alle Satelliten entsprechende Genehmigungen, Anmeldungen und Einträge und bei der ITU, IARU und UNOOSA vorliegen.  Den gesamten Prozess begleitet Peter Gülzow als „Chef de Mission“ bereits kurze Zeit nach Unterzeichnung des Startvertrages. Mit wöchentlichen Konsultationen ziehen sich diese Aktivitäten schon über viele Monate hin, bis am Ende des Prozesses von der CAA eine „Orbital Operator Lizenz“ ausgestellt wird, da wir von britischem Boden aus starten. Hunderte Seiten an Dokumentation und Formularen mussten erstellt und ausgefüllt werden, alles sehr zeitintensiv. Auch eine festgesetzte Lizenzgebühr ist am Ende zu zahlen, die den Wert eines einzelnen PocketQubes weit übersteigt!  Wobei festzustellen ist, dass die Lizenzgebühr und der Aufwand vollkommen unabhängig von der Größe des Satelliten sind.  Egal ob ein Mini-Satellit mit 100kg Masse oder ein PocketQube mit nur wenigen hundert Milligramm, beide werden gleichbehandelt und der Zeitaufwand ist ebenfalls identisch.  Für die Anmeldung der Frequenzen bei der jeweiligen nationalen Behörde sind die Satellitenbetreiber selbst verantwortlich.  In Deutschland ist dies die Bundes Netz Agentur (BNetzA), die für ERMINAZ-1U und ERMINAZ-1V auch respektive die Rufzeichen DP0SAT und DP1SAT vergeben hat.

Die Nachricht des fehlgeschlagenen „hot fire“ Tests der ersten Raketenstufe traf das ERMINAZ Team in dem Moment, als man sich in Bochum bei der AMSAT-DL auf die finale Integration aller 7 Satelliten in den Deployer vorbereitete. Die Teams der Libre Space Foundation aus Griechenland und AMSAT-EA aus Spanien trafen gerade in Bochum ein, als man von der Nachricht der Explosion der 1. Raketenstufe in SaxaVord überrascht wurde.   Bereits Tage zuvor hatten die jeweiligen Teams Ihre Satelliten flugfertig gemacht, mit der letzten Flugsoftware bespielt, getestet und die Batterien voll aufgeladen.  Am Dienstag, den 20. August, sollten die PocketQubes in den PicoBus-Deployer integriert und bereits am nächsten Tag nach SaxaVord zum Startgelände transportiert werden.  Wir haben uns dann aber dennoch entschlossen die Integrationsarbeiten wie geplant durchzuführen und alle Satelliten in den Deployer einzusetzen. Dieser „integration fit check“ ermöglichte uns noch einmal die Flugfähigkeit von ERMINAZ und Funktionsfähigkeit des Deployers zu überprüfen.  Anschließend wurden die Satelliten jedoch wieder entnommen. Der PicoBus-Deployer verbleibt in Bochum und die Teams aus Spanien und Griechenland haben Ihre Nutzlasten wieder mit nach Hause genommen, um die Zeit ggf. für weitere Softwareupdates und Aufladen der Batterien zu nutzen, denn ein neuer Starttermin im Jahr 2025 ist noch offen.

Die Nutzlasten der ERMINAZ-Mission

Die UNNE-1 und MARIA-G 1.5P PocketQubes von AMSAT-EA aus Spanien basieren beide auf der derzeit in der Umlaufbahn befindlichen Hardware von HADES-D (SO-121) und bieten einen Repeater-Dienst für Sprach- und Datenkommunikation in FM- und FSK-Modi. Sie wurden von der AMSAT-EA in Zusammenarbeit mit Unternehmen des Privatsektors und unter Mitwirkung von Universitäten und Bildungszentren entwickelt und gebaut. Beide Satelliten werden lizenzierten Funkamateuren auf der ganzen Welt die Möglichkeit bieten, FM- und FSK-QSOs zu führen, einschließlich FT-Modi wie FT-4 und FT-8 oder AX.25/APRS. Die Satelliten werden auch Telemetrie mit ihrem Status, Sprachnachrichten und CW senden. Beide Satelliten haben das Amateurfunk Sonderrufzeichen AM1HAD.

UNNE-1 enthält ein Arduino-basiertes Board mit Software der Universität Nebrija in Madrid. Die Schülerinnen und Schüler haben ein kleines Entschlüsselungsspiel mit einer Weltraumgeschichte als Hintergrund entwickelt. Der Satellit sendet jede Woche einen Hinweis in seiner FSK-Telemetrie, so dass Funkamateure die Aufgabe lösen können. Dieses Spiel wird auf der Website der AMSAT-EA und der Universität Nebrija ausführlich beschrieben.

MARIA-G umfasst auch zwei CW-Empfangsspiele/-Herausforderungen, die von Schülern des Gymnasiums María Guerrero in Collado Villalba, ebenfalls in der Region Madrid, durchgeführt wurden. Bei einem der Spiele geht es darum, die Koordinaten eines bedeutenden Ortes auf der Erde (z. B. einer Stadt, eines Denkmals usw.) zu erhalten, beim anderen darum, einen Code zu erhalten, der einer Frage aus der Wissenschaft entspricht. Für beide Spiele wird es eine eigene Webseite geben.

MARIA-G beinhaltet auch ein kleines Experiment für IoT über Satelliten, das vom Forschungszentrum der Fraunhofer-Gesellschaft in Deutschland entwickelt wurde. Dabei handelt es sich um einen Konzeptnachweis für die Übertragung einer TS-UNB-Wellenform (Telegram Splitting Multiple Access) aus einer niedrigen Erdumlaufbahn, eine im ETSI-TS-103-357 Standard spezifizierte und in MIOTY eingesetzte Technik. Es handelt sich laut AMSAT-EA ausschließlich um ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt ohne kommerzielle Absichten. Mioty ist eine drahtlose LPWAN-Technologie mit der Möglichkeit, eine hohe Anzahl an Internet-der-Dinge-Knoten über große Reichweiten abzufragen. Der Zweck der bei MARIA-G verwendeten TS-UNB-Wellenform, und der dazu verfügbaren Software Library für den Sendeteil, ist die akademische und nicht-kommerzielle Nutzung. Darüber hinaus ist die TS-UNB-Lib nicht identisch und auf dem gleichen Qualitätsniveau wie die kommerziell lizenzierte MIOTY-Software. Die von der IARU koordinierte Sendefrequenz ist 436.235 MHz.

QUBIK-5 ist ein weiterer PocketQube der QUBIK-Serie der Libre Space Foundation und soll eine Reihe von Telekommunikationsexperimenten im Amateurfunkbereich durchführen, während gleichzeitig durch die Analyse der empfangenen Signale durch die Bodenstation versucht wird, Doppler-Variationen auszunutzen, um eine Bahnbestimmung und Satellitenidentifizierung durch Funkamateure auf der ganzen Welt durchzuführen. Bei den Telekommunikationsexperimenten werden verschiedene Modulations-, Kodierungs- und Framing-Schemata verwendet, um Erkenntnisse über deren Leistungsfähigkeit bei Nano-Pico-Satellitenmissionen zu gewinnen. SIDLOC (Spacecraft Identification and Localization) PQ-1 und PQ-2 sind zwei von der europäischen Weltraumbehörde im Rahmen des ARTES-Programms geförderte Projekte der Libre Space Foundation. Ziel dieser PocketQubes ist die Schaffung eines vorgeschlagenen Standards für die Identifizierung und Lokalisierung von Satelliten und Raumfahrzeugen. Dies geschieht über ein per Funk übertragenes Schema in Verbindung mit einer Open-Source-Software- und Hardware-Implementierung des SIDLOC-Standards auf entsprechend zugewiesenen Frequenzen im 401 MHz Bereich. SIDLOC ist erstmals an Bord des Jungfernflugs der Ariane 6 geflogen und entsprechende Erfahrungen aus den realen Flugbedingungen sind auch in SIDLOC-PQ-1 und PQ-2 einfließen.

ERMINAZ-1U und ERMINAZ-1V sind die beiden PocketQubes der AMSAT-DL, die auf dem Open Source QUBIK-Standard basieren und um ein Sensorboard erweitert wurden. Weitere Modifikationen wurden auch an den Antennen und der Software vorgenommen, die als Open Source verfügbar sind bzw. in das QUBIK Software Repository eingehen. Das Sensorboard beinhaltet einen Teviso BG51 Strahlungssensor, der mit PIN-Dioden geeignet ist zur Messung von Beta-, Gamma- und Röntgenstrahlung im Orbit.  Wir versuchen darüber etwas mehr über die Strahlungsumgebung zu lernen. Weiterhin befindet sich auf dem Sensorboard eine IMU mit insgesamt 9 Freiheitsgraden (DOF), bestehend aus einem BNO085 Sensor von CEVA/Hillcrest Laboratories. Diese IMU kommt eigentlich von Bosch Sensortec als BNO055. Dank einer Vereinbarung zwischen Bosch und Hillcrest verwendet das BNO085 die gleiche Hardware, aber eine sehr andere Firmware mit zusätzlichen Funktionen der Sensorfusion und Signalverarbeitung. In der Satellitentelemetrie stehen Messwerte u.a. der Beschleunigungsvektor des 3-Achsen Beschleunigungsmessers, Angularer Geschwindigkeitsvektor (Gyro) als Rotationsgeschwindigkeit in 3-Achsen und ein 3-Achsen Magnetometer zur Fluglageerkennung zur Verfügung.  Erfahrungen mit der IMU sollen für künftige Projekte dienlich sein, bei denen auch eine aktive Lageregelung z.B. mittels Magnetorquer zur Anwendung kommen sollen. 

Für die beiden ERMINAZ-Satelliten wird jeweils eine 2m und eine 70cm Antenne benötigt. Aus mechanischen Gründen kommt nur eine Dipolantenne in Frage. Der QUBIK-Originaldesign verwendet einen gestreckten Dipol, dessen Richtdiagramm jedoch problematisch ist und zu sehr starkem Fading durch ausgeprägte Nullstellen führen kann. Wenn sich der Satellit dreht, kann es passieren, dass man je nach Lage im Raum, zweimal pro Umdrehung ein 30dB Minimum durchläuft. Bei einem ungeschickten Verhältnis von Framelänge und Drehzahl kann das jede Kommunikation unmöglich machen, wie bereits bei anderen Projekten passiert.  Wir haben uns daher entschieden einen V-Dipol zu verwenden, dessen beiden Schenkel 100 Grad zueinander stehen. Dadurch verbessert sich die Situation in mehreren Hinsichten und besonders die tiefen Minima verringern sich weitgehend, was das Fading massiv verringern soll.   ERMINAZ-1U und ERMINAZ-1V verwenden diese V-Dipole zum ersten Mal bei einem PocketQube. Mit einer Schenkellänge von jeweils 290mm stellt die 2m-Antenne noch eine besondere Herausforderung dar, was die Entfaltung nach dem Start angeht.

ERMINAZ-1U und ERMINAZ-1V soll auch eine Reihe von Telekommunikationsexperimenten im Amateurfunkbereich durchführen bei denen verschiedene Modulations-, Kodierungs- und Framing-Schemata verwendet.  Neben einer CW-Bake ist SSDV zur digitalen Bildübertragung zusätzlich vorgesehen, deren Bilder auf einer Mikro-SD-Karte gespeichert sind und zyklisch ausgesendet werden. Hier möchte man Langzeiterfahrungen unter Weltraumbedingungen mit SD-Karten sammeln. Neben Telemetrie im CCSDS Standard ist auch ein CCSDS-Digipeater implementiert, somit können Funkamateure über die beiden ERMINAZ PocketQubes auch direkt kommunizieren, jedoch nicht AX.25 kompatibel. 

Ein weiteres Ziel von ERMINAZ-1U und -1V ist auch die Heranführung und Einbindung von Studierenden der Hochschule Bochum in unsere Raumfahrtprojekte, in Zusammenarbeit mit der Sternwarte Bochum. Ein Novum in Bochum, dass schon jetzt auf sehr große Begeisterung an der Hochschule trifft!

 

Ein Hoch auf die europäische Zusammenarbeit

Abschließend möchten wir uns von der AMSAT-DL nicht nur beim eigenen Team bedanken, sondern auch ganz besonders für die hervorragende Zusammenarbeit mit allen Beteiligten, sowohl der Libre Space Foundation, der AMSAT-EA mit deren Partnern von Hochschulen und Hydra Space, IUZ/Sternwarte Bochum, als auch mit der Rocket Factory Augsburg, der DLR, der BNetzA, der CAA und vielen anderen die am Projekt ERMINAZ involviert sind.

Sehen wir es mit einem weinenden und einem lachenden Auge.  Wie Dr. Stefan Brieschenk, Chief Operating Officer (COO) von der Rocket Factory Augsburg sagte, man habe sich viel Mühe gegeben und keine Kosten gescheut um uns ein spektakuläres Feuerwerk zu liefern. Anderseits, so sagte schon Elon Musk sinngemäß: Wenn keine Fehlschläge auftreten, dann war das Projekt nicht innovativ genug. Fehler sind eine Option, wenn man daraus lernt!  Die Wartezeit bis zu einem neuen Starttermin werden wir mit vollem Vertrauen in Rocket Factory Augsburg und Engagement überbrücken. Es gibt noch viel zu tun und wir werden die Zeit bis dahin nutzen. Schon jetzt haben wir aus dem ERMINAZ-Projekt viel an Erfahrungen in die Zukunft mitgenommen.

Kleinsatelliten-Bodensegment in Bochum

Unterdessen gehen auch die Arbeiten an der Bodenstation für ERMINAZ und andere Projekte an der Sternwarte in Bochum weiter. Neben den bekannten Deep Space Aktivitäten von AMSAT-DL und Sternwarte Bochum mit der 20-Meter-Parabolantenne, gibt es auch hier einen großen Bedarf um Kleinsatelliten, CubeSats und PocketQube-Satelliten im LEO zu empfangen und ggf. kommandieren. Ein entsprechendes Mission Control Center befindet sich im Aufbau. Seit einigen Jahren betreiben wir bereits die DK0SB SatNOGS-Station mit Rundstrahlantennen (Eggbeater) auf VHF und UHF im 2m bzw. 70cm Amateurfunk-Satellitenbereich. Ebenso APT- und LRPT-Wetterbildempfang auf 137 MHz mittels einer dedizierten Antenne und der SatDump-Software. So wurde die Zeit am Rande der Integration auch genutzt um fast 300m Koaxkabel, sowie Steuerleitungen und Ethernetkabel zu verlegen. Der kräftige Azimut- und Elevationsrotor wurde installiert und alle Kabel im Mast verlegt. Vorverstärker und Antennen wurden beschafft und zusammengeschraubt. Halterungen mussten teilweise speziell angefertigt oder angepasst werden.  Irgendwo gehen die schöne Theorie und Praxis manchmal auseinander, dann muss Hand angelegt werden.   Kurzum, körperliche Ertüchtigungen, neben der ganzen Kopfarbeit, gehören bei der AMSAT auch immer dazu und können neben Kopfschmerzen auch schon mal einen schweren Hexenschuss zur Folge haben.

 

Autor: Peter Gülzow, AMSAT-DL, 1. September 2024