Since the first CubeSat launch in 2003, the hardware and software complexity of the nanosatellites was continuosly increasing.
To keep up with the continuously increasing mission complexity and to retain the primary advantages of a CubeSat mission, a new approach for the overall space and ground software architecture and protocol configuration is elaborated in this work.
The aim of this thesis is to propose a uniform software and protocol architecture as a basis for software development, test, simulation and operation of multiple pico-/nanosatellites based on ultra-low power components.
In contrast to single-CubeSat missions, current and upcoming nanosatellite formation missions require faster and more straightforward development, pre-flight testing and calibration procedures as well as simultaneous operation of multiple satellites.
A dynamic and decentral Compass mission network was established in multiple active CubeSat missions, consisting of uniformly accessible nodes.
Compass middleware was elaborated to unify the communication and functional interfaces between all involved mission-related software and hardware components.
All systems can access each other via dynamic routes to perform service-based M2M communication.
With the proposed model-based communication approach, all states, abilities and functionalities of a system are accessed in a uniform way.
The Tiny scripting language was designed to allow dynamic code execution on ultra-low power components as a basis for constraint-based in-orbit scheduler and experiment execution.
The implemented Compass Operations front-end enables far-reaching monitoring and control capabilities of all ground and space systems.
Its integrated constraint-based operations task scheduler allows the recording of complex satellite operations, which are conducted automatically during the overpasses.
The outcome of this thesis became an enabling technology for UWE-3, UWE-4 and NetSat CubeSat missions. / Seit dem Launch des ersten CubeSats im Jahr 2003, hat die Komplexität der Nanosatelliten stetig zugenommen.
Um mit den wachsenden Anforderungen Schritt zu halten und gleichzeitig nicht auf die Hauptvorteile einer CubeSat Mission zu verzichten, wird eine einheitliche Protokoll- und Softwarearchitektur für den gesamten Weltraum- und Bodensegment vorgeschlagen.
Diese Arbeit schlägt eine einheitliche Software- und Protokoll-Architektur vor als Basis für Softwareentwicklung, Tests und Betrieb von mehreren Pico-/Nanosatelliten.
Im Gegensatz zu Missionen mit nur einem CubeSat, erfordern künftige Nanosatelliten-Formationen eine schnellere und einfachere Entwicklung, Vorflug-Tests, Kalibrierungsvorgänge sowie die Möglichkeit mehrere Satelliten gleichzeitig zu betreiben.
Ein dynamisches und dezentrales Compass Missionsnetzwerk wurde in mehreren CubeSat-Missionen realisiert, bestehend aus einheitlich zugänglichen Knoten.
Die Compass-Middleware wurde entwickelt, um sowohl die Kommunikation als auch funktionale Schnittstellen zwischen allen beteiligten Software und Hardware Systemen in einer Mission zu vereinheitlichen: Rechner des Bedienpersonals, Bodenstationen, Mission-Server, Testeinrichtungen, Simulationen und Subsysteme aller Satelliten.
Mit dem Ansatz der modellbasierten Kommunikation wird auf alle Zustände und Funktionen eines Systems einheitlich zugegriffen.
Die entwickelte Tiny Skriptsprache ermöglicht die Ausführung von dynamischem Code auf energiesparenden Systemen, um so in-orbit Scheduler zu realisieren.
Das Compass Operations Front-End bietet zahlreiche grafische Komponenten, mit denen alle Weltraum- und Bodensegment-Systeme einheitlich überwacht, kontrolliert und bedient werden.
Der integrierte Betrieb-Scheduler ermöglicht die Aufzeichnung von komplexen Satellitenbetrieb-Aufgaben, die beim Überflug automatisch ausgeführt werden.
Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden zur Enabling-Technologie für UWE-3, UWE-4 und NetSat Missionen.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:24931 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Dombrovski, Veaceslav |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/doku/lic_mit_pod.php, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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