Adaptive Kommunikationskanäle für teleoperierte Raumfahrzeuge - Bestimmung der Ressourceneinsparung

• Antragsteller: Dr.-Ing. Jan Harder
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 253249483

Das Forschungsvorhaben befasst sich mit dem Themengebiet der Kommunikationsverbindung für teleoperierte Raumfahrzeuge. In der Teleoperation sind solche in der Regel bidirektionalen Kommunikationsverbindungen zwischen einem menschlichen Operator und dem teleoperierten System (Teleoperator) notwendig, um Steuereingaben vom Mensch zum Teleoperator (Vorwärtskanal) sowie Sensordaten in umgekehrter Richtung (Rückkanal) zu übermitteln. Die strikte Limitierung von Raumfahrtsystemen hinsichtlich Volumen, Masse und elektrischer Leistung führen dabei, vor allem für den breitbandigeren Rückkanal, zu Zielkonflikten zwischen Nutzeranforderungen (möglichst hohe Dienstgüte des Kommunikationssystems) und den verfügbaren Ressourcen (möglichst wenig Ressourceneinsatz). Bereits durchgeführte Demonstrationsmissionen von teleoperierten Raumfahrzeugen haben dabei die hohe Bedeutung der Kommunikationsgüte für das Situationsbewusstsein des menschlichen Operators gezeigt.Die eigenen Vorarbeiten im Bereich der Echtzeitteleoperation haben zu der Erkenntnis geführt, dass die Anforderungen an den Rückkanal des Kommunikationssystems eines teleoperierten Satelliten sich während verschiedener Missionsphasen und Aufgaben stark ändern. Dabei können sowohl die Konfigurationen der Datenquellen (Sensoren) als auch des Kommunikationssystems diesen variablen Anforderungen unterliegen. Abhängig von Parametern wie beispielsweise Aufgabenstellung, Relativentfernungen, Relativgeschwindigkeiten, oder Umwelteinflüssen ändern sich z.B. benötigte Bandbreite oder Bit-Fehlerrate.Jedoch finden in der Raumfahrt, unter anderem bedingt durch hohe Zuverlässigkeitsanforderungen, häufig festkonfigurierte Systeme Verwendung, die folglich in solch dynamischen Szenarien zeitweise über- oder unterdimensioniert sind. Eine mögliche Verbesserung dieser Problemstellung stellt die Verwendung eines adaptiven Kommunikationsrückkanals dar. Ein solch adaptiver Rückkanal könnte sich den dynamisch ändernden Anforderungen anpassen, und so eine der jeweiligen Situation entsprechende Leistung erbringen. So könnten im Vergleich zu festkonfigurierten Systemen reduzierte Bordressourcen für ein gleichbleibend hohes Situationsbewußtsein des Operators benötigt werden.Folglich ist es Ziel des Vorhabens zu bestimmen in welcher Quantität Bordressourcen (in Form von elektrischer Leistung) durch einen adaptiven Rückkanal eingespart werden können. Dazu werden unterschiedliche Systementwürfe eines adaptiven Rückkanals entwickelt, die sowohl die Datenquellen als auch das Kommunikationssystem an Bord des Satelliten miteinbeziehen. Die entworfenen Systeme werden in eine bestehende Simulationsumgebung für teleoperierte Raumfahrzeuge integriert und in einer Versuchsreihe von Nachbereichsoperationen (An/Umflüge, Inspektionen, Docking) verglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen