Studentische Abschlussarbeiten

The next generation of human space exploration missions will take crews farther away from Earth than ever before. These missions will necessitate increasingly sophisticated Life Support Systems (LSSs) to ensure astronauts stay alive, healthy and happy. Mission scenarios of this kind therefore require greater autonomy, relying on simulations as well as laboratory setups to recreate the nominal behaviour of the LSS during all mission phases.
In order to be able to simulate these complex LSSs at the Institute of Space Systems (IRS), a small-scale LSS is going to be constructed. Apart from a central chamber the setup consists of various subsystems. Two key elements are the Common Cabin Air Assembly (CCAA) and the Carbon Dioxide Removal Assembly (CDRA), which are both currently being used onboard the ISS to control the temperature, humidity and carbon dioxide concentration in the atmosphere.
The aim of this thesis is to improve the working principle of the CCAA and design the hardware for the IRS LSS. The CCAA is modelled in the MATLAB tool V HAB. The physical hardware shall be derived from the virtual model. Research should therefore include the working of the CCAA, its hardware implementation and the setup for the IRS laboratory.

The Artemis program marked the beginning of a new generation of lunar exploration in human spaceflight. The exploration of the Moon and potential sites for permanent human habitats is a key research focus and serves as a foundation for future exploration of Mars. Similar to the Apollo missions, this will be achieved through extravehicular activities (EVAs). However, these missions present engineers and astronauts with a number of challenges, such as the development of new tools and suits. The LUNA analog facility in Cologne provides the necessary capabilities for testing and evaluating different demonstrators in a realistic lunar environment.
A current focus for EVA suits is to increase autonomy, which includes advanced control of the portable life support system and internal parameters such as cooling and airflow. This in turn requires insights into the current workload and metabolic stress experienced by astronauts. To gain a better understanding and provide a foundation for future research, a sensor suite is required that monitors all relevant parameters of the human body during an EVA.

The goal of this work is to develop a sensor suite within the analog suit that allows measuring metabolic loads and tracking activity levels. Initial research should focus on non-invasive methods and provide an overview of relevant measurement parameters that will provide a comprehensive insight into the activity level of the astronaut. The thesis shall develop a concept for the sensor suite in an operational setting and provide a recommendation for individual components, including a trade-off analysis between COTS components and custom developments.

As humanity expands to explore beyond Earth’s orbit, and aims to build permanent bases on other celestial bodies, self-sufficiency of space habitats becomes more critical. Every kilogram launched into space carries a high cost and sustaining human life requires complex Environmental Control and Life Support Systems (ECLSSs). To make these missions viable, resupply must be reduced to a minimum.
In-Situ Resource Utilization (ISRU) offers the capability to extract local resources, such as from lunar regolith or the Martian atmosphere. However, since ISRU and ECLSSs are currently developed with different design requirements, a targeted interface analysis is necessary for seamless integration.
This thesis shall investigate how ECLSSs can interface with ISRU facilities. It shall analyze which resources can be provided through ISRU and which specific requirements need to be met to use the extracted substances or materials within an ECLSS, also considering the chemical composition and purity achieved through the proposed ISRU technologies. The research shall focus on identifying the requirements set by ECLSS and uncover potential interface mismatches, and provide potential technologies to bridge the gaps. The impact of ISRU on mass and power budgets of ECLSSs for future missions to celestial bodies, especially to Moon and Mars, shall be estimated.

Task Description:
• Familiarization with current and future ECLSS technologies
• Identification of potential ISRU possibilities on celestial bodies of interest to human exploration
• Analysis of ISRU technologies and their outputs
• Development of interface requirements and technologies
• Analysis of impact on mass and power budgets for specific mission scenarios
• Documentation

The next generation of human space exploration missions will take crews farther away from Earth than ever before. These missions will necessitate increasingly sophisticated Life Support Systems (LSSs) to ensure astronauts stay alive, healthy and happy. Mission scenarios of this kind therefore require greater autonomy, relying on simulations as well as laboratory setups to recreate the nominal behaviour of the LSS during all mission phases.
In order to be able to simulate these complex LSSs at the Institute of Space Systems (IRS), a small-scale LSS is going to be constructed. Apart from a central chamber the setup consists of various subsystems. Two key elements are the Common Cabin Air Assembly (CCAA) and the Carbon Dioxide Removal Assembly (CDRA), which are both currently being used onboard the ISS to control the temperature, humidity and carbon dioxide concentration in the atmosphere.
The aim of this thesis is to improve the working principle of the CCAA and design the hardware for the IRS LSS. The CCAA is modelled in the MATLAB tool V HAB. The physical hardware shall be derived from the virtual model. Research should therefore include the working of the CCAA, its hardware implementation and the setup for the IRS laboratory.

Motivation:
Die Raumfahrt jenseits des niedrigen Erdorbits erfordert einen hohen Antriebsbedarf. Dies führt bei Verwendung elektrischer und chemischer Antriebssysteme zu hohen Systemmassen, wodurch die effektive Nutzlastmasse reduziert wird. Das Konzept eines Momentum Exchange Tether überträgt das Antriebssystem auf ein externes System. Ein rotierendes Seil verbindet zwei Körper – einen Greifmechanismus und ein Gegengewicht – in niedriger Erdumlaufbahn. Der Greifmechanismus fängt das Raumfahrzeug in der oberen Atmosphäre ein und der Momentum Exchange Tether beschleunigt das Raumfahrzeug durch Rotation in eine neue Umlaufbahn. Mit diesem Prinzip können Raumfahrzeuge schwerere Nutzlasten tragen und müssen mit herkömmlichen Trägersystemen nur die obere Atmosphäre oder sehr niedrige Erdumlaufbahnen erreichen.
Die Aufgabe dieser Arbeit ist es die Auswirkungen von Weltraummüll und anderen Objekten im niedrigen Erdorbit zu analysieren. Momentum Exchange Tether sind große Strukturen mit hohem Kollisionsrisiko mit diesen Objekten. Eine Bewertung der allgemeinen Machbarkeit von Momentum Exchange Tether Systemen und Methoden zur Mitigation von Kollisionen in diesen Bahnregionen soll durchgeführt werden.

Aufgabenbeschreibung:
• Einarbeitung in das Thema Momentum Exchange Tether
• Analyse des Weltraummülls und der Objektumgebung im niedrigen Erdorbit
• Bewertung der Auswirkungen der Umwelt auf ein Momentum Exchange Tether
• Entwicklung und Bewertung von Mitigationsmethoden
• Dokumentation

Das Projekt LunarCobot untersucht den Einsatz heterogener Roboter-Teams auf der
Mondoberfläche. Multi-Robot Einsatz und autonome Systemverbünde ermöglichen
durch die Nutzung von mehreren spezialisierten Robotik-Systemen die
Durchführung von komplexen Missionsprofilen, was insbesondere für die
Erforschung von anspruchsvollen Umgebungen auf der Mondoberfläche relevant
ist. Ein zentraler Forschungsschwerpunkt im Projekt liegt auf der Steigerung des
Technologiereifegrades unterschiedlicher robotischer Technologien und modularer
Explorationssysteme durch Weiterentwicklung in Hard- und Software sowie der
Evaluation der Technologien in analoger Umgebung.

Ziel der Arbeit ist die Weiterentwicklung der zentralen Antriebseinheiten des
Nanokhod Microrovers für einen Einsatz in einer terrestrischen Analogmission. Die
Tätigkeiten umfassen hierbei die Weiterführung der Aktuatordefinition (unter
Berücksichtigung eines möglichen Flugmodells), Designanpassung der
Getriebestufen, Last- und Strukturanalysen am mechanischen System,
Komponenten- und Materialauswahl und die Anpassung von Dichtungskonzepten.
In Hinblick auf unterschiedliche Aktuatortypen für Industrieversion und Flugmodell
soll insbesondere die angepasste Harnessführung untersucht werden. Im
Laboraufbau eines Mototeststandes soll nach Umsetzung eins Hardware Modells
eine Charakterisierung der Drive Unit Performance anhand
relevanter Kennzahlen erfolgen.

Aufgaben:
• Auswahl und Spezifikation der Aktuatorkonfiguration
• Konstruktive Designanpassungen (Strukturbauteile, Getriebekomponenten und Abdichtungskonzepte)
• Last- und Strukturanalysen
• Aufbau und Charakterisierung der Antriebseinheit im Laborteststand

Das Projekt LunarCobot untersucht den Einsatz heterogener Roboter-Teams auf der
Mondoberfläche. Multi-Robot Einsatz und autonome Systemverbünde ermöglichen
durch die Nutzung von mehreren spezialisierten Robotik-Systemen die
Durchführung von komplexen Missionsprofilen, was insbesondere für die
Erforschung von anspruchsvollen Umgebungen auf der Mondoberfläche relevant
ist. Ein zentraler Forschungsschwerpunkt im Projekt liegt auf der Steigerung des
Technologiereifegrades unterschiedlicher robotischer Technologien und modularer
Explorationssysteme durch Weiterentwicklung in Hard- und Software sowie der
Evaluation der Technologien in analoger Umgebung.

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines angepassten Niederhalte-mechanismus als
Start- und Transporthalterung für den Nanokhod Microrover. Der Rover soll im
Missionsszenario als Nutzlastelement in Modul-Elementen transportiert und
eingesetzt werden. Der Mechanismus muss eine sichere Befestigung des Rovers vor
Missionsbeginn garantieren und diesen gleichzeitig zuverlässig zum
Oberflächeneinsatz freigeben. Das Niederhaltekonzept darf dann eine vollständige
Entfaltung des Rovers selbst nicht beeinträchtigen. In einer Designstudie sollen
unter Betrachtung der Randbedingungen von Rover und Missionsprofil
unterschiedliche Konzepte verglichen und bewertet werden. Durch eine detaillierte
Entwicklungsarbeit soll ein Mechanismuskonzept für
die Mission entworfen und umgesetzt werden

Aufgaben:
• Designstudie / Machbarkeitsanalyse HDRM Konzepte
• Konzeptentwicklung und konstruktive Auslegung
• Trade Off und Detaillierung, Hardwaredefinition
• Validierung der Entwicklung / Lastnachweise, Laboraufbau

Ziel der Arbeiten ist die Weiterentwicklung und Detaillierung eines
neuartigen Nutzlast-Instruments für eine Mondoberflächenmission.
Die Nutzlast dient zur erfolgreichen Demonstration von Space-
Tether Technologie auf der Mondoberfläche, um damit den Betrieb
weiterer Systeme und Instrumente auf der Mondoberfläche zu
ermöglichen. Teil des Instruments beinhaltet ein miniaturisiertes
optisches System, um die Mondstaub-Umgebung und Partikel-
Levitation zu untersuchen. Die Arbeiten können weitere
Designaspekte an der Nutzlast selbst umfassen, welche den Aufbau
erster Breadboard Modelle ermöglichen sollen. Je nach Zielsetzung
der Arbeiten sollen erste Test- und Labormodelle umgesetzt werden

Aufgaben je nach Umfang (BA/MA) und Zielsetzung in:
• Entwicklung Struktur & Mechanismen, Hold-Down & Release, Thermal
• Auswahl und Betrieb, Sensorik & Software (Kamera/Laser Systeme & Auswertung)
• Elektronik / Avionik (OBC / Tether Technologie)

Das Projekt LunarCobot untersucht den Einsatz heterogener Roboter-Teams auf der
Mondoberfläche. Multi-Robot Einsatz und autonome Systemverbünde ermöglichen
durch die Nutzung von mehreren spezialisierten Robotik-Systemen die
Durchführung von komplexen Missionsprofilen, was insbesondere für die
Erforschung von anspruchsvollen Umgebungen auf der Mondoberfläche relevant
ist. Ein zentraler Forschungsschwerpunkt im Projekt liegt auf der Steigerung des
Technologiereifegrades unterschiedlicher robotischer Technologien und modularer
Explorationssysteme durch Weiterentwicklung in Hard- und Software sowie der
Evaluation der Technologien in analoger Umgebung.

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines Teststandes um das Spulen- und
Wicklungsverhalten des Tethers mittels der Tether Unit des Nanokhod Microrovers
(Nanokhod Tether Mechanism) zu charakterisieren. Kontrollierte Auf- und
Abspulbarkeit des Tethers stellt eine Schlüsselfähigkeit des Rovers gerade für
anspruchsvolle Missionsphasen (z.B. Abseilen) dar. Zur Weiterentwicklung des
Tether Mechanismus soll dahingehend eine angepasste Testumgebung entwickelt
werden. Um auch bei Tetherlängen von 100m und mehr effiziente Wicklungstests
realisieren zu können, müssen entsprechend aktive Gegenspulen, Aktuatoren und
relevante Sensorik (Seilzug-Kraftmesser, Drehzahlmesser, Linear-Führungen etc.)
integriert werden. Der Teststand muss für unterschiedliche Testszenarien modular
angepasst werden können. Relevante Teststandhardware soll analysiert
und ausgewählt werden. Nach Konzeptionierung und Detaillierung soll
der Teststand aufgebaut und in Betrieb genommen werden.

Aufgaben:
• Konzeptionierung eines neuen Teststandes für Wicklungs- und Spulentests für den Nanokhod Tether Mechanismus
• Konstruktive Auslegung und Detaillierung des Teststandes
• Aufbau, Hardware- und Softwareseitige Inbetriebnahme
• Charakterisierung des Teststandes

Das Projekt LunarCobot untersucht den Einsatz heterogener Roboter-Teams auf der
Mondoberfläche. Multi-Robot Einsatz und autonome Systemverbünde ermöglichen
durch die Nutzung von mehreren spezialisierten Robotik-Systemen die
Durchführung von komplexen Missionsprofilen, was insbesondere für die
Erforschung von anspruchsvollen Umgebungen auf der Mondoberfläche relevant
ist. Ein zentraler Forschungsschwerpunkt im Projekt liegt auf der Steigerung des
Technologiereifegrades unterschiedlicher robotischer Technologien und modularer
Explorationssysteme durch Weiterentwicklung in Hard- und Software sowie der
Evaluation der Technologien in analoger Umgebung.

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines angepassten Prüfstandes für die
Antriebseinheiten des Nanokhod Microrovers zur Performance Charakterisierung
und Erfassung relevanter Leistungsparameter wie Drehzahlverhalten, Performance
unter variablen Lastmomenten, Leistungsaufnahme und Positioniergenauigkeit.
Designanpassungen und Weiterentwicklungen ausgehend vom bestehenden
Laboraufbau sollen anhand von Trade-Off Studien bewerten werden. Relevante
Prüfstand-Hardwaresysteme wie Encoder, Kupplungen, Temperatur- und
Drehmomentsensoren sowie elektrische Bremsen sollen analysiert und ausgewählt
werden, insbesondere unter Betrachtung eines Betriebs des Teststandes unter
analogen Test- und Umgebungsbedingungen. Nach Hard- und Software
seitiger Umsetzung soll eine Charakterisierung des Prüfstandes erfolgen.

Aufgaben:
• Konzeptionierung eines angepassten Teststanddesigns zur Charakterisierung der Nanokhod Antriebseinheiten und Marktanalyse zu relevanter Prüfstandhardware
• Konstruktive Auslegung und Detaillierung des Prüfstandes
• Aufbau, Hardware- & Softwareseitige Inbetriebnahme
• Charakterisierung des neuen Prüfstandes

Das Projekt LunarCobot untersucht den Einsatz heterogener Roboter-Teams auf der
Mondoberfläche. Multi-Robot Einsatz und autonome Systemverbünde ermöglichen
durch die Nutzung von mehreren spezialisierten Robotik-Systemen die
Durchführung von komplexen Missionsprofilen, was insbesondere für die
Erforschung von anspruchsvollen Umgebungen auf der Mondoberfläche relevant
ist. Ein zentraler Forschungsschwerpunkt im Projekt liegt auf der Steigerung des
Technologiereifegrades unterschiedlicher robotischer Technologien und modularer
Explorationssysteme durch Weiterentwicklung in Hard- und Software sowie der
Evaluation der Technologien in analoger Umgebung.

Ziel dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung der Transceiverschaltungen des
Nanokhod Microrovers, welche zentrale Funktionen zur Kommunikation und
Leistungsversorgung des Rovers übernehmen. Um den bisherigen Laboraufbau der
Übertragungsstrecke für eine spätere Integration in das Gesamtsystem
vorzubereiten, müssen neue PCB-Designs für die Transceiverschaltungen entworfen
und leistungsoptimierte Komponenten ausgewählt werden. Darüber hinaus soll die
experimentelle Validierung der Weiterentwicklung durch präzise Messungen und
die Integration in den bestehenden Laboraufbau erfolgen. Zur Vorbereitung für die
Integration des Rovers in kompakten Nutzlast Modulen, sollen Randbedingungen
für die Analogmission berücksichtigt, sowie innovative Konzepte zur Umsetzung der
benötigten Transceiver-Elektronik entwickelt und evaluiert werden.


Aufgaben:
• Weiterentwicklung der zentralen Schnittstelle zur simultanen
Datenkommunikation und Leistungsversorgung des Rovers
• Konzeptionierung einer angepassten Transceiverschaltung um den
Transfer von Laboraufbau in Nutzlastmodule zu ermöglichen
• Detaillierte Entwicklung und Realisierung des neuen PCB Designs
• Vermessung und Charakterisierung der entwickelten
Elektronik und Messstrecke

Das Projekt LunarCobot untersucht den Einsatz heterogener Roboter-Teams auf der
Mondoberfläche. Multi-Robot Einsatz und autonome Systemverbünde ermöglichen
durch die Nutzung von mehreren spezialisierten Robotik-Systemen die
Durchführung von komplexen Missionsprofilen, was insbesondere für die
Erforschung von anspruchsvollen Umgebungen auf der Mondoberfläche relevant
ist. Ein zentraler Forschungsschwerpunkt im Projekt liegt auf der Steigerung des
Technologiereifegrades unterschiedlicher robotischer Technologien und modularer
Explorationssysteme durch Weiterentwicklung in Hard- und Software sowie der
Evaluation der Technologien in analoger Umgebung.

Ziel der Arbeit ist die Weiterentwicklung der zentralen Tether Unit des Nanokhod
Microrovers für einen Einsatz in einer terrestrischen Analogmission. Die Tether Unit
dient zum Abrollen des Kabels, über welches Kommunikation und
Energieversorgung des Rovers ermöglicht wird. Für die analogmission soll die
Entwicklung eines angepassten Designs untersucht werden. Mögliche Tätigkeiten
umfassen hierbei die Weiterentwicklung der bestehenden Konfiguration, Anpassung
des Abspulsystems des Tethers, Last- und Strukturanalysen am mechanischen
System, Komponenten- und Materialauswahl, die Anpassung von
Dichtungskonzepten, Harnessführung und Schnittstellenumsetzung für Avionik-
Bauteile. In Hinblick auf eine terrestrische Analogmission sollen
Mechanismen zur Rücksetzbarkeit untersucht und entwickelt werden.
Im Laboraufbau soll ein funktionales Breadboard Modell aufbaut und
charakterisiert werden.

Aufgaben:
• Weiterentwicklung des Tether Spulen-Mechanismus, Schnittstellen
zu Rover-Struktur & Avionik
• Konstruktive Designanpassungen (Strukturbauteile, Getriebekomponenten,
Tether Führung Abdichtungskonzepte)
• Last- und Strukturanalysen,
• Aufbau und Charakterisierung des
Spulenverhalten im Laborteststand

Motivation:
Die Raumfahrt jenseits des niedrigen Erdorbits erfordert einen hohen Antriebsbedarf. Dies führt bei Verwendung elektrischer und chemischer Antriebssysteme zu hohen Systemmassen, wodurch die effektive Nutzlastmasse reduziert wird. Das Konzept eines Momentum Exchange Tether überträgt das Antriebssystem auf ein externes System. Ein rotierendes Seil verbindet zwei Körper – einen Greifmechanismus und ein Gegengewicht – in niedriger Erdumlaufbahn. Der Greifmechanismus fängt das Raumfahrzeug in der oberen Atmosphäre ein und der Momentum Exchange Tether beschleunigt das Raumfahrzeug durch Rotation in eine neue Umlaufbahn. Mit diesem Prinzip können Raumfahrzeuge schwerere Nutzlasten tragen und müssen mit herkömmlichen Trägersystemen nur die obere Atmosphäre oder sehr niedrige Erdumlaufbahnen erreichen.
Die Aufgabe dieser Arbeit ist es die Auswirkungen von Weltraummüll und anderen Objekten im niedrigen Erdorbit zu analysieren. Momentum Exchange Tether sind große Strukturen mit hohem Kollisionsrisiko mit diesen Objekten. Eine Bewertung der allgemeinen Machbarkeit von Momentum Exchange Tether Systemen und Methoden zur Mitigation von Kollisionen in diesen Bahnregionen soll durchgeführt werden.

Aufgabenbeschreibung:
• Einarbeitung in das Thema Momentum Exchange Tether
• Analyse des Weltraummülls und der Objektumgebung im niedrigen Erdorbit
• Bewertung der Auswirkungen der Umwelt auf ein Momentum Exchange Tether
• Entwicklung und Bewertung von Mitigationsmethoden
• Dokumentation

Das Projekt LunarCobot untersucht den Einsatz heterogener Roboter-Teams auf der
Mondoberfläche. Multi-Robot Einsatz und autonome Systemverbünde ermöglichen
durch die Nutzung von mehreren spezialisierten Robotik-Systemen die
Durchführung von komplexen Missionsprofilen, was insbesondere für die
Erforschung von anspruchsvollen Umgebungen auf der Mondoberfläche relevant
ist. Ein zentraler Forschungsschwerpunkt im Projekt liegt auf der Steigerung des
Technologiereifegrades unterschiedlicher robotischer Technologien und modularer
Explorationssysteme durch Weiterentwicklung in Hard- und Software sowie der
Evaluation der Technologien in analoger Umgebung.

Ziel der Arbeit ist die Weiterentwicklung der zentralen Antriebseinheiten des
Nanokhod Microrovers für einen Einsatz in einer terrestrischen Analogmission. Die
Tätigkeiten umfassen hierbei die Weiterführung der Aktuatordefinition (unter
Berücksichtigung eines möglichen Flugmodells), Designanpassung der
Getriebestufen, Last- und Strukturanalysen am mechanischen System,
Komponenten- und Materialauswahl und die Anpassung von Dichtungskonzepten.
In Hinblick auf unterschiedliche Aktuatortypen für Industrieversion und Flugmodell
soll insbesondere die angepasste Harnessführung untersucht werden. Im
Laboraufbau eines Mototeststandes soll nach Umsetzung eins Hardware Modells
eine Charakterisierung der Drive Unit Performance anhand
relevanter Kennzahlen erfolgen.

Aufgaben:
• Auswahl und Spezifikation der Aktuatorkonfiguration
• Konstruktive Designanpassungen (Strukturbauteile, Getriebekomponenten und Abdichtungskonzepte)
• Last- und Strukturanalysen
• Aufbau und Charakterisierung der Antriebseinheit im Laborteststand

Das Projekt LunarCobot untersucht den Einsatz heterogener Roboter-Teams auf der
Mondoberfläche. Multi-Robot Einsatz und autonome Systemverbünde ermöglichen
durch die Nutzung von mehreren spezialisierten Robotik-Systemen die
Durchführung von komplexen Missionsprofilen, was insbesondere für die
Erforschung von anspruchsvollen Umgebungen auf der Mondoberfläche relevant
ist. Ein zentraler Forschungsschwerpunkt im Projekt liegt auf der Steigerung des
Technologiereifegrades unterschiedlicher robotischer Technologien und modularer
Explorationssysteme durch Weiterentwicklung in Hard- und Software sowie der
Evaluation der Technologien in analoger Umgebung.

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines angepassten Niederhalte-mechanismus als
Start- und Transporthalterung für den Nanokhod Microrover. Der Rover soll im
Missionsszenario als Nutzlastelement in Modul-Elementen transportiert und
eingesetzt werden. Der Mechanismus muss eine sichere Befestigung des Rovers vor
Missionsbeginn garantieren und diesen gleichzeitig zuverlässig zum
Oberflächeneinsatz freigeben. Das Niederhaltekonzept darf dann eine vollständige
Entfaltung des Rovers selbst nicht beeinträchtigen. In einer Designstudie sollen
unter Betrachtung der Randbedingungen von Rover und Missionsprofil
unterschiedliche Konzepte verglichen und bewertet werden. Durch eine detaillierte
Entwicklungsarbeit soll ein Mechanismuskonzept für
die Mission entworfen und umgesetzt werden

Aufgaben:
• Designstudie / Machbarkeitsanalyse HDRM Konzepte
• Konzeptentwicklung und konstruktive Auslegung
• Trade Off und Detaillierung, Hardwaredefinition
• Validierung der Entwicklung / Lastnachweise, Laboraufbau

Ziel der Arbeiten ist die Weiterentwicklung und Detaillierung eines
neuartigen Nutzlast-Instruments für eine Mondoberflächenmission.
Die Nutzlast dient zur erfolgreichen Demonstration von Space-
Tether Technologie auf der Mondoberfläche, um damit den Betrieb
weiterer Systeme und Instrumente auf der Mondoberfläche zu
ermöglichen. Teil des Instruments beinhaltet ein miniaturisiertes
optisches System, um die Mondstaub-Umgebung und Partikel-
Levitation zu untersuchen. Die Arbeiten können weitere
Designaspekte an der Nutzlast selbst umfassen, welche den Aufbau
erster Breadboard Modelle ermöglichen sollen. Je nach Zielsetzung
der Arbeiten sollen erste Test- und Labormodelle umgesetzt werden

Aufgaben je nach Umfang (BA/MA) und Zielsetzung in:
• Entwicklung Struktur & Mechanismen, Hold-Down & Release, Thermal
• Auswahl und Betrieb, Sensorik & Software (Kamera/Laser Systeme & Auswertung)
• Elektronik / Avionik (OBC / Tether Technologie)

Das Projekt LunarCobot untersucht den Einsatz heterogener Roboter-Teams auf der
Mondoberfläche. Multi-Robot Einsatz und autonome Systemverbünde ermöglichen
durch die Nutzung von mehreren spezialisierten Robotik-Systemen die
Durchführung von komplexen Missionsprofilen, was insbesondere für die
Erforschung von anspruchsvollen Umgebungen auf der Mondoberfläche relevant
ist. Ein zentraler Forschungsschwerpunkt im Projekt liegt auf der Steigerung des
Technologiereifegrades unterschiedlicher robotischer Technologien und modularer
Explorationssysteme durch Weiterentwicklung in Hard- und Software sowie der
Evaluation der Technologien in analoger Umgebung.

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines Teststandes um das Spulen- und
Wicklungsverhalten des Tethers mittels der Tether Unit des Nanokhod Microrovers
(Nanokhod Tether Mechanism) zu charakterisieren. Kontrollierte Auf- und
Abspulbarkeit des Tethers stellt eine Schlüsselfähigkeit des Rovers gerade für
anspruchsvolle Missionsphasen (z.B. Abseilen) dar. Zur Weiterentwicklung des
Tether Mechanismus soll dahingehend eine angepasste Testumgebung entwickelt
werden. Um auch bei Tetherlängen von 100m und mehr effiziente Wicklungstests
realisieren zu können, müssen entsprechend aktive Gegenspulen, Aktuatoren und
relevante Sensorik (Seilzug-Kraftmesser, Drehzahlmesser, Linear-Führungen etc.)
integriert werden. Der Teststand muss für unterschiedliche Testszenarien modular
angepasst werden können. Relevante Teststandhardware soll analysiert
und ausgewählt werden. Nach Konzeptionierung und Detaillierung soll
der Teststand aufgebaut und in Betrieb genommen werden.

Aufgaben:
• Konzeptionierung eines neuen Teststandes für Wicklungs- und Spulentests für den Nanokhod Tether Mechanismus
• Konstruktive Auslegung und Detaillierung des Teststandes
• Aufbau, Hardware- und Softwareseitige Inbetriebnahme
• Charakterisierung des Teststandes

Das Projekt LunarCobot untersucht den Einsatz heterogener Roboter-Teams auf der Mondoberfläche. Multi-Robot Einsatz und autonome Systemverbünde ermöglichen durch die Nutzung von mehreren spezialisierten Robotik-Systemen die Durchführung von komplexen Missionsprofilen, was insbesondere für die Erforschung von anspruchsvollen Umgebungen auf der Mondoberfläche relevant ist. Ein zentraler Forschungsschwerpunkt im Projekt liegt auf der Steigerung des Technologiereifegrades unterschiedlicher robotischer Technologien und modularer Explorationssysteme durch Weiterentwicklung in Hard- und Software sowie der Evaluation der Technologien in analoger Umgebung.

Ziel der Arbeit ist die Weiterentwicklung der kontaktlosen Schnittstelle im Tether Mechanismus des Nanokhod Microrover. Der Rover ist über ein 100 m langes Tether mit einem Primärsystem verbunden und verwendet im inneren Spulenkörper einen induktiven Übertrager, um den Einsatz verschleißanfälliger Schleifringe zu vermeiden. Ziel der Arbeit ist die Anpassung der Konverter und Wandlerschaltung des Wireless Power Transfer (WPT) Moduls zur Integration in einen rotierenden Messaufbau, der die geometrischen und dynamischen Randbedingungen der Spulenwicklung reproduziert. Im Anschluss sind die simultane Leistungs- und Datenübertragung experimentell zu untersuchen und zu quantifizieren. Im Messaufbau sind die Einflüsse von Rotation, Spaltabstand und weiteren störenden Parametern systematisch zu identifizieren, zu bewerten und in Form von Messdaten zu dokumentieren.

Aufgaben:
• Weiterentwicklung der Übertragungsstrecke vom Primärsystem zum Rover
• Konzeptionierung eines passenden Messaufbaus und Umsetzung im Laboraufbau
• Anpassung und Integration des Konverteraufbaus in den Messaufbau
• Charakterisierung der Messtrecke im Testbetrieb

Das Projekt LunarCobot untersucht den Einsatz heterogener Roboter-Teams auf der
Mondoberfläche. Multi-Robot Einsatz und autonome Systemverbünde ermöglichen
durch die Nutzung von mehreren spezialisierten Robotik-Systemen die
Durchführung von komplexen Missionsprofilen, was insbesondere für die
Erforschung von anspruchsvollen Umgebungen auf der Mondoberfläche relevant
ist. Ein zentraler Forschungsschwerpunkt im Projekt liegt auf der Steigerung des
Technologiereifegrades unterschiedlicher robotischer Technologien und modularer
Explorationssysteme durch Weiterentwicklung in Hard- und Software sowie der
Evaluation der Technologien in analoger Umgebung.

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines angepassten Prüfstandes für die
Antriebseinheiten des Nanokhod Microrovers zur Performance Charakterisierung
und Erfassung relevanter Leistungsparameter wie Drehzahlverhalten, Performance
unter variablen Lastmomenten, Leistungsaufnahme und Positioniergenauigkeit.
Designanpassungen und Weiterentwicklungen ausgehend vom bestehenden
Laboraufbau sollen anhand von Trade-Off Studien bewerten werden. Relevante
Prüfstand-Hardwaresysteme wie Encoder, Kupplungen, Temperatur- und
Drehmomentsensoren sowie elektrische Bremsen sollen analysiert und ausgewählt
werden, insbesondere unter Betrachtung eines Betriebs des Teststandes unter
analogen Test- und Umgebungsbedingungen. Nach Hard- und Software
seitiger Umsetzung soll eine Charakterisierung des Prüfstandes erfolgen.

Aufgaben:
• Konzeptionierung eines angepassten Teststanddesigns zur Charakterisierung der Nanokhod Antriebseinheiten und Marktanalyse zu relevanter Prüfstandhardware
• Konstruktive Auslegung und Detaillierung des Prüfstandes
• Aufbau, Hardware- & Softwareseitige Inbetriebnahme
• Charakterisierung des neuen Prüfstandes

Real-time functional satellite simulators play a fundamental role in the development, testing and operation phases of a satellite’s lifetime. In particular at the Institute of Space Systems (IRS), simulators have been previously used for various tasks such as flight software and controller verification as well as operation training. As part of the small satellite mission ROMEO (Research and Observation in Medium Earth Orbit), the functional simulator is further developed to become ROMEO’s Digital Twin (DT) on the ground. By definition, a DT is created when there is bidirectional data exchange between the simulated system and its real counterpart that also interacts with the real satellite. By identifying the desired simulation parameters that can define the real-world behavior of satellite systems and calibrating these parameters using known system information and recorded satellite telemetry, it is possible to simulate a more accurate and realistic system state in real-time, and into any past or future time.

This Master's thesis explores the feasibility of a satellite's status prediction using the existing simulation tools and data at IRS. In particular, data-driven methods of parameter calibration and optimization in simulation and modelling are investigated. Furthermore, the feasibility of the Rust programming language and the NeXosim simulation framework in AI realm is questioned. Consequently, the collected knowledge is used to adjust the EPS model of the satellite to incorporate recorded telemetry data from a previous mission and to test whether the selected approach can effectively predict the status of the EPS into the future.

Das Projekt LunarCobot untersucht den Einsatz heterogener Roboter-Teams auf der
Mondoberfläche. Multi-Robot Einsatz und autonome Systemverbünde ermöglichen
durch die Nutzung von mehreren spezialisierten Robotik-Systemen die
Durchführung von komplexen Missionsprofilen, was insbesondere für die
Erforschung von anspruchsvollen Umgebungen auf der Mondoberfläche relevant
ist. Ein zentraler Forschungsschwerpunkt im Projekt liegt auf der Steigerung des
Technologiereifegrades unterschiedlicher robotischer Technologien und modularer
Explorationssysteme durch Weiterentwicklung in Hard- und Software sowie der
Evaluation der Technologien in analoger Umgebung.

Ziel dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung der Transceiverschaltungen des
Nanokhod Microrovers, welche zentrale Funktionen zur Kommunikation und
Leistungsversorgung des Rovers übernehmen. Um den bisherigen Laboraufbau der
Übertragungsstrecke für eine spätere Integration in das Gesamtsystem
vorzubereiten, müssen neue PCB-Designs für die Transceiverschaltungen entworfen
und leistungsoptimierte Komponenten ausgewählt werden. Darüber hinaus soll die
experimentelle Validierung der Weiterentwicklung durch präzise Messungen und
die Integration in den bestehenden Laboraufbau erfolgen. Zur Vorbereitung für die
Integration des Rovers in kompakten Nutzlast Modulen, sollen Randbedingungen
für die Analogmission berücksichtigt, sowie innovative Konzepte zur Umsetzung der
benötigten Transceiver-Elektronik entwickelt und evaluiert werden.


Aufgaben:
• Weiterentwicklung der zentralen Schnittstelle zur simultanen
Datenkommunikation und Leistungsversorgung des Rovers
• Konzeptionierung einer angepassten Transceiverschaltung um den
Transfer von Laboraufbau in Nutzlastmodule zu ermöglichen
• Detaillierte Entwicklung und Realisierung des neuen PCB Designs
• Vermessung und Charakterisierung der entwickelten
Elektronik und Messstrecke

Ein Raumfahrtsystem besteht aus zwei Hauptkomponenten: dem Flugsegment und dem Bodensegment. Das Flugsegment kann ein einzelner Satellit oder eine Raumsonde sein, aber auch eine Satellitenkonstellation, eine Raumstation oder eine Landeeinheit sein. Ein Bodensegment lässt sich in die folgenden drei Systeme und Subsysteme untergliedern:

• Bodenstationsnetzwerk / Kommunikation
• Betriebssystem (Command & Control, Missionsplanung, Flugdynamik, Tasking)
• Infrastruktur (IT, Einrichtungen und Unterbringung, Simulator, Sicherheitssysteme)

Während das Flugsegment in der Regel sehr missionsspezifisch ist, ist die Auslegung der Systeme des Bodensegments meist allgemeiner gehalten. Dies liegt daran, dass die meisten Bodensegmente so konzipiert sind, dass sie für mehr als nur eine Mission genutzt werden. Es gibt jedoch entscheidende Faktoren, die die Spezifikation des Bodensegments und damit auch seiner Elemente beeinflussen, zum Beispiel: Reiseentfernung des Flugsegments, Betriebskonzept, Anzahl der Raumfahrzeuge sowie Zweck und Art der Missionen. All diese Faktoren bestimmen die Auslegung und die bodenseitige Infrastruktur, die für die Durchführung der Mission erforderlich ist. Die Universität Stuttgart und ihr Institut für Raumfahrtsysteme planen, ihr bestehendes Bodensegment in ein Ausbildungs- und Forschungszentrum für Raumfahrtbetrieb (Training and Research Space Operations Center - TSOC) umzuwandeln. Das TSOC soll zudem Kompetenzen im Bereich des Satellitenbetriebs und der Bodensystemtechnik unter einem Dach bündeln.
Aufgabenstellung

Im Rahmen dieser Arbeiten soll eine Phase-0-Studie für das angestrebte Bodensegment (TSOC) durchgeführt werden. Diese umfasst die Spezifikation, die Entwicklung eines Konzepts und eines vorläufigen Entwurfs auf der Grundlage der wichtigsten Projektziele. Darüber hinaus werden erste Schritte zur späteren Projektdurchführung unternommen, indem die Interessengruppen identifiziert, Zielkonflikte gelöst, eine Projektstrukturplanung erstellt und eine Kostenschätzung vorgenommen werden. Die Arbeit wird in enger Zusammenarbeit mit dem TSOC-Projektmanagement durchgeführt und umfasst die folgenden Schritte:

• Anwendungsfallanalyse
• Spezifikation auf der Grundlage von allgemeinen Anforderungen und Zielen
• Konzeptentwicklung und Ermittlung der wichtigsten Grundbausteine
• Vorläufiger Systementwurf
• Soweit möglich, Auswahl der Komponenten
• Erstellung einer Arbeitsstruktur für die Projektdurchführung
• Kostenschätzung
• Dokumentation

Für den Satellitenbetrieb ist eine stabile Kommunikationsverbindung von entscheidender Bedeutung. Die meisten Bodenstationen verwenden Parabolantennen für den Empfang und die Ausstrahlung der HF-Signale. Um die Funkverbindung herzustellen, muss die Antenne genau auf den Satelliten in der Umlaufbahn ausgerichtet sein. Dies erfordert genaue Umlaufbahndaten des betriebenen Satelliten. Unter bestimmten Umständen (Datenausfälle, fehlende externe Aufzeichnungen) kann es vorkommen, dass diese Umlaufbahndaten nicht verfügbar oder für die Ausrichtungssteuerung der Antennenschüssel nicht genau genug sind. Unter diesen Umständen muss die Antenne in der Lage sein, den Satelliten anhand des empfangenen Funksignals zu verfolgen. Für einen solchen Fall ist eine HF-Signal-Verarbeitungskette zu konzipieren. Eine Methode ist beispielsweise die Multimode-Mono-Puls-Nachführung. Der HF-Eingang der Parabolantenne ist so ausgelegt, dass durch das eingehende Signal zwei Moden angeregt werden, wobei Amplitude und Phase beider Moden mit dem Azimut- und Elevationswinkel zusammenhängen. Die Abweichung zwischen Amplitude und Phase dieser beiden Moden entspricht dem Versatzfehler der Sichtlinie.

Die Entwicklung einer solchen HF-Signalverfolgungskette ist ein iterativer Prozess. Zunächst muss auf der Grundlage der angestrebten Frequenzbänder, der Verfolgungsanforderungen und weiterer Randbedingungen eine Auswahl geeigneter Konzepte getroffen werden. Anschließend muss die Signalverarbeitungskette entworfen und simuliert werden. Auf der Grundlage der Simulationsergebnisse wird der Entwurf iterativ optimiert. Dieser Vorgang muss so lange wiederholt werden, bis die Lösung zu einem Entwurf konvergiert, der die Anforderungen erfüllt. Neben den technischen Anforderungen, muss die Lösung auch eine Reihe von Rahmenbedingungen erfüllen, darunter Leistungsfähigkeit, Kosten und die Verfügbarkeit der erforderlichen Hardwarekomponenten.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Teilschritte

· Einführung in das Konzept der HF-Signalverfolgung
· Spezifikation und Identifizierung geeigneter Tracking-Konzepte
· Erstellung eines ersten Entwurfs
· Modellierung und Simulation der Signalverfolgungskette in MATLAB Simulink
· Entwurfsvorschlag und Iteration
· Dokumentation

Bei der Kommunikation mit Satelliten im Orbit werden am Boden meist große Parabolantennen eingesetzt. Diese Antennen müssen, je nach Größe, mit einer Genauigkeit von unter 1° auf den Satelliten ausgerichtet werden. Um solche Genauigkeiten zu erreichen, muss die Antennenausrichtung am Boden kalibriert werden.
Eine gängige Methode hierfür besteht darin, Signale von Satelliten mit bekannter Umlaufbahn zu empfangen und die Abweichung zwischen der bekannten Umlaufbahn und der Antennenausrichtung zu bestimmen. Ein großer Nachteil ist, dass die Antennen nur in Richtung bekannter Satelliten kalibriert werden können, die über den Standort der Antenne im gleichen Frequenzband senden. Und darüber hinaus kann die Kalibrierung nur durchgeführt werden, wenn diese Satelliten über die Bodenstation fliegen.
Um diesen Nachteil zu beheben, soll ein neuer Kalibrierungsansatz entwickelt werden. Zu diesem Zweck sollen Sternbilder verwendet werden. Anhand von Bildern des Nachthimmels lässt sich die Ausrichtung der zur Aufnahme verwendeten Kamera mit einer Genauigkeit von Bogensekunden unter Verwendung bereits vorhandener Algorithmen bestimmen. Unter Anwendung dieser Technik sollen im Rahmen dieser Arbeit eine Methode und eine Software für eine vollständige Antennenkalibrierung entwickelt werden.

Aufgabenbeschreibung der Masterarbeit:
- Recherche aller erforderlichen Komponenten
- Entwicklung der Kalibrierungsmethode
- Umsetzung der Methode
- Überprüfung der Methode
- Dokumentation

Das Projekt LunarCobot untersucht den Einsatz heterogener Roboter-Teams auf der
Mondoberfläche. Multi-Robot Einsatz und autonome Systemverbünde ermöglichen
durch die Nutzung von mehreren spezialisierten Robotik-Systemen die
Durchführung von komplexen Missionsprofilen, was insbesondere für die
Erforschung von anspruchsvollen Umgebungen auf der Mondoberfläche relevant
ist. Ein zentraler Forschungsschwerpunkt im Projekt liegt auf der Steigerung des
Technologiereifegrades unterschiedlicher robotischer Technologien und modularer
Explorationssysteme durch Weiterentwicklung in Hard- und Software sowie der
Evaluation der Technologien in analoger Umgebung.

Ziel der Arbeit ist die Weiterentwicklung der zentralen Tether Unit des Nanokhod
Microrovers für einen Einsatz in einer terrestrischen Analogmission. Die Tether Unit
dient zum Abrollen des Kabels, über welches Kommunikation und
Energieversorgung des Rovers ermöglicht wird. Für die analogmission soll die
Entwicklung eines angepassten Designs untersucht werden. Mögliche Tätigkeiten
umfassen hierbei die Weiterentwicklung der bestehenden Konfiguration, Anpassung
des Abspulsystems des Tethers, Last- und Strukturanalysen am mechanischen
System, Komponenten- und Materialauswahl, die Anpassung von
Dichtungskonzepten, Harnessführung und Schnittstellenumsetzung für Avionik-
Bauteile. In Hinblick auf eine terrestrische Analogmission sollen
Mechanismen zur Rücksetzbarkeit untersucht und entwickelt werden.
Im Laboraufbau soll ein funktionales Breadboard Modell aufbaut und
charakterisiert werden.

Aufgaben:
• Weiterentwicklung des Tether Spulen-Mechanismus, Schnittstellen
zu Rover-Struktur & Avionik
• Konstruktive Designanpassungen (Strukturbauteile, Getriebekomponenten,
Tether Führung Abdichtungskonzepte)
• Last- und Strukturanalysen,
• Aufbau und Charakterisierung des
Spulenverhalten im Laborteststand

Sehr niedrige Erdumlaufbahnen (VLEOs) bieten Vorteile wie eine hochauflösendere Erdbeobachtung, geringere Kommunikationslatenzzeiten und reduzierte Startkosten. Der Betrieb in VLEOs ist jedoch aufgrund des erhöhten Luftwiderstands und der Notwendigkeit eines kontinuierlichen Antriebs mit Herausforderungen verbunden. Atmosphärenatmende elektrische Antriebssysteme (ABEP) bewältigen diese Herausforderungen, indem sie Partikel aus der Atmosphäre für den Antrieb nutzen und so den Bedarf an Treibstoff an Bord verringern. Um diese Systeme besser entwickeln zu können, ist es unerlässlich, nicht nur die technologischen Entwicklungen im Bereich der Hardware voranzutreiben, sondern auch die Entwicklung geeigneter Simulations- und Konstruktionswerkzeuge. Während der Schwerpunkt in dieser Hinsicht bisher vor allem entweder auf der Bewertung der Aspekte der Bahndynamik und der damit verbundenen dynamischen Abhängigkeiten (z. B. atmosphärische Variabilität, Satellitenaerodynamik usw.) oder auf der Konstruktion des Raumfahrzeugs selbst lag, kann eine echte Bewertung nur durch eine ganzheitliche Betrachtung erfolgen. Ziel dieser Arbeit ist es, die Grundlagen für einen umfassenden, modularen Entwurfs- und Auslegungsrahmen für ein ABEP-Raumfahrzeug zu schaffen, der dynamische Abhängigkeiten in den Entwurfsprozess einbezieht.

Die immer weiter steigende Nutzung von Satellitenkonstellationen im niedrigen Erdorbit (LEO) für Erdbeobachtung, Kommunikation und andere kommerzielle Dienstleistungen bietet ein erhebliches Potential für Geschäftsmöglichkeiten und Technologiefortschritte. Dies bringt jedoch auch Herausforderungen mit sich, wie beispielsweise die Notwendigkeit, Satelliten am Ende ihrer Lebensdauer aus der Umlaufbahn zu entfernen und in der Atmosphäre verglühen zu lassen, ohne dass dabei ein signifikantes Risiko für Sach- oder Personenschäden am Boden besteht. Dies wird bereits während der Entwicklung der Satelliten mithilfe numerischer Werkzeuge wie der SCARAB-Software der ESA abgeschätzt, die das Zerfallsverhalten analysiert. Darüber hinaus bieten Experimente im Plasmawindkanal (PWK) eine wertvolle Gelegenheit, das Zerfallsverhalten von Materialien und Strukturen in Plasmaumgebungen zu untersuchen, die für den Wiedereintritt relevant sind. Frühere Studien haben gezeigt, dass glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK), wie sie in Leiterplatten (PCBs) verwendet werden, widerstandsfähiger gegen hohe Temperaturen und Zersetzung sind als erwartet. Um das Verständnis von Zerfallsprozessen zu verbessern und numerische Modelle zu kalibrieren, werden im Rahmen des SKALE-Projekts experimentelle PWK-Untersuchungen durchgeführt. Ein entscheidender Parameter für die Beschreibung von Zerstörungsprozessen ist die Temperatur und ihre räumliche Verteilung auf den Testobjekten. Daher werden die Proben mit Thermoelementen ausgestattet. Die Oberflächentemperatur kann mit Pyrometern und Wärmebildkameras gemessen werden. Die resultierenden Messdaten werden dann zu Validierungs- und Verifizierungszwecken mit den Ergebnissen der numerischen Simulation verglichen werden.
Aufgabenbeschreibung:
• Einführung in die Themen unkontrollierter Wiedereintritt, PWK Experimente und SCARAB Simulationen
• Erstellung eines Testplans für Zerfallsexperimente von PCB Proben
• Vorbereitung und Unterstützung bei PWK Experimenten
• Numerische Nachbildung der PWK Experimente in SCARAB
• Auswertung der Messdaten und Vergleich mit Simulationsergebnissen
• Dokumentation

Der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Sonderforschungsbereich 1667 „Advancing Technologies of Very Low-Altitude Satellites (ATLAS)“ befasst sich mit den grundlegenden wissenschaftlichen und technischen Herausforderungen, die mit der Erschließung der sehr niedrigen Erdumlaufbahn (Very Low Earth Orbit, VLEO, ca. 200 km bis 450 km Höhe) verbunden sind. Das ATLAS-Projekt A06 untersucht Methoden zur Nutzung aerodynamischer Kräfte für die Bahnsteuerung. Um die mit den Umgebungsbedingungen in der VLEO verbundenen Unsicherheiten zu bewältigen, sind robuste Optimierungs- und Planungsmethoden erforderlich. Diese Arbeit soll zur Implementierung einer Planungsroutine beitragen, die gegenüber diesen Unsicherheiten robust ist. Zur Untersuchung verschiedener Ansätze, wie Unsicherheiten in den Planungsprozessen berücksichtigt werden können, ist eine umfassende Literaturrecherche geplant. Geeignete Methoden sollen ausgewählt und für ein einfaches Referenzsystem implementiert werden. Auf dieser Grundlage sollen Stärken und Schwächen identifiziert und verglichen werden. Der vielversprechendste Ansatz soll dann zur Entwicklung einer robusten Planungsroutine genutzt werden, indem der Komplexitätsgrad schrittweise erhöht wird, um diese schließlich auf die Bahnsteuerung von Satelliten anzuwenden, die sowohl den aerodynamischen Luftwiderstand als auch den Auftrieb berücksichtigt. Die Ergebnisse werden zur zukünftigen Realisierung einer praktischen aerodynamischen Bahnsteuerung für Satelliten in VLEO beitragen.

Gepulste, gasbetriebene elektrische Antriebssysteme wie quasi-stationäre magnetoplasmadynamische Triebwerke sind eine vielversprechende Option für zukünftige Kleinsatellitenmissionen, stellen jedoch erhebliche Herausforderungen für die genaue Charakterisierung des Schubs dar, z. B. aufgrund von parasitären Kräften, die durch die Treibstoffzufuhrleitungen verursacht werden. Indirekte Messverfahren, bei denen das Triebwerksplasma seinen Impuls auf ein Target überträgt, das mit einer Schubwaage verbunden ist, lösen dieses Problem, bringen jedoch neue Herausforderungen hinsichtlich der Impulsübertragung vom Plasma auf das Target mit sich. In der Literatur gibt es zahlreiche Ansätze, die versuchen, dieses Problem zu umgehen. Die meisten versuchen, Reflexion und Sputtering durch die Gestaltung des Targets zu minimieren. Einige gehen dann in ihrem Schubmodell von einer perfekten Impulsübertragung aus, während andere unelastische Prozesse wie Phononen berücksichtigen.

Am Institut für Raumfahrtsysteme wird ein neues Modell für indirekte Schubmessungen entwickelt. Es verwendet
ein einfaches planares Target und stützt sich nicht auf die Minimierung von Reflexion oder Abtragung durch dessen Design. Stattdessen werden Molekulardynamik-Simulationen eingesetzt, um die Effizienz der Impulsübertragung zu bestimmen, einschließlich Reflexion, Sputtering und unelastischer Prozesse. In dieser Arbeit soll die Simulationsgrundlage des Modells erweitert werden. Zudem soll die indirekte Messmethode durch den Vergleich verschiedener Targetmaterialien verifiziert werden.