Raumfahrtsysteme II
Gehalten an der TU Dresden im SS 2014
Gehalten an der TU Dresden im SS 2014
4.63. Warum werden zur ISL-Kommunikation meist Frequenzen um die 60 GHz verwendet?
- hohe Datenrate, stark konzentrierte Keule, befindet sich außerhalb der dämpfenden Atmosphärenschicht
4.64. Nennen und erläutern Sie die drei Hauptmodulationsverfahren!
- Phase-Shift-Keying - Phasenverschiebung
- Frequenz-Shift-Keying - Frequenzverschiebung
- Amplitude-Shift-Keying - Amplitudenverschiebung
4.65. Welches sind die drei meist verwendeten Multiplex-Verfahren? Worin unterscheiden diese sich?
- FDMA Frequency Division Multiple Access - parallele Übertragung auf versch. Frequenzen
- TDMA Time Division Multiple Access - Serielle Übertragung/Senden hintereinander
- CDMA Code Division Multiple Access - durch math. Verfahren codiertes Signal
4.66. Warum sollte die Abtastrate zur Digitalisierung analoger Signale höher als das Nyquist - Theorem sein? Und warum werden analoge Signale grundsätzlich nicht mit einer bspw. um den Faktor 50 höheren Abtastrate digitalisiert?
- min. mit doppelter Frequenz oder besser mit 2,2-facher, sonst zu große Fehler
- 50fach zu aufwendig/nicht möglich/nicht nötig
4.67. Was verstehen Sie unter Quantisierung?
- endliche Aufteilung des gesamten Wertebereichs des Analogsignals (mit Rundung)
4.68. Wie viel Amplitudenstufen und wie viel Abtastimpulse stehen zur Digitalisierung beim 5-PAM-Verfahren zur Verfügung, wenn das Signal mit 4 Bit kodiert wird? Berechnen Sie den maximalen Quantisierungsfehler!
Formel
4.69. Wie ist die digitale Signalrate [bps] definiert?
- Digitale Abtastrate in Bit pro Sekunde = Abtastfrequenz ∙ Codewortlänge
4.70. Nennen und erläutern Sie mind. 3 Verfahren zur Umwandlung digitaler Daten in digitale Signale (sog. Signalkodierung)!
- NRZ - Non-Return-to-Zero - fester Pegel, Signalwechsel an Pegelgrenzen
- RZ - Return-to-Zero - für halbes Intervall 1 Pegel hoch, bei 0 keine Veränderung
- Differential Manchester - Grundsätzlich in Intervallmitte ändern, bei 0 zusätzlich am Anfang
4.71. Entscheiden Sie, ob die folgenden Aussagen richtig sind. Begründen Sie Ihre Entscheidung! a) Das Signal zu Störverhältnis durch Quantisierungsfehler sinkt mit der Anzahl der Bits pro Abtastvorgang.
b) Der Digitaliserungsfehler steigt mit der Anzahl der Abtastimpulse.
beide Falsch
4.72. Mehrere analoge Signale der Nutzlast eines Satelliten sollen digitalisiert, auf Trägerfrequenzen moduliert und auf nur einem Übertragungsweg gebündelt zur Bodenstation übertragen werden. Die quasi-standardisierte Satellitenplattform „Fantasy-Space-Bus Rene-Descartes“ der Firma SPACE-CHEESE verwendet die Verfahren BPSK, PCM, TDMA, PAM und NRZ-S. Erläutern Sie diese Verfahren und in welcher Reihenfolge wenden Sie diese an?
- Analog - PAM - PCM - NRZ-S - BPSK - TDMA
- Analog - quantisieren - digitalisieren - codieren - modularisieren - multiplexen
4.73. Nennen Sie einen Vor- und einen Nachteil des QPSK - Verfahrens!
- 2 Bit aufeinmal - aber Schwierig einzustellen (auf 4-verschiedene Frequenzen)
4.75. Wie ist die Bitfehlerrate BER definiert? Wodurch wird diese beeinflusst?
- Häufigkeit von empfangenen Bitfehlern durch Gesamtbitzahl
- Abhängig vom verwendeten Verfahren
4.76. Warum wird sehr oft das BPSK - Verfahren bei niedrigem Störabstand verwendet?
- weil damit Kombination aus niedrigem Eb/N0 und niedriger Bitfehlerrate möglich ist
4.79. Neue Satelliten unterliegen dem Trend einer Erhöhung der on-board Prozesse (Bearbeitung von Daten im Satelliten). Was sind die Gründe dafür? Welche Auswirkungen hat dies auf das Kommunikationssystem und auf andere Subsysteme?
- Senden der fertigen Daten möglich
- Bessere Ausnutzung der Bandbreite -- > mehr Kanäle möglich
- größerer Energiebedarf, erwärmt sich stärker
5.14. Warum sollte die Temperatur der Elektronik eines RFZ möglichst stabil sein, auch wenn die elektronischen Komponenten innerhalb eines großen Temperaturbereiches arbeiten können?
Elektrische Eigenschaften fast aller elektrischer Komponenten sind Temperaturabhängig. Ihr Elektroniker wird eine ausgeglichene Temperatur haben wollen.
6.1. Nennen Sie mindestens fünf der in der Luft- und Raumfahrt gebräuchlichen Projektphasen, geben Sie deren Kurzbezeichnung an (Buchstaben) und beschreiben Sie kurz die jeweiligen Aufgaben und wichtigsten Meilensteine!
0 - Missionsanalyse, finden der Mission objectives, Finanzierbarkeit prüfen, MDR Mission definition review
- A - Machbarkeitsstudie, in bez. auf Technologien, Geld, Risiken prüfen, Eine Mission/Ziel auswählen, PRR Preliminary Requirements Review
- B - Preliminary Definition, Subsysteme auswählen, Requirements festlegen, PDR Preliminary Design Review
- C - Detailed Definition, Vervollständigen des Designs, Vorbereiten auf Fertigung, CDR critical Design Review
- D - Produktion und Qualifizierung, Herstellung ,Tests, AR Acceptance Review
- E - Benutzung
- F - Disposal - Entsorgung
6.15. Nennen Sie mindestens sechs verschiedene Tests, die an Satelliten durchgeführt werden sollten!
- Funktionstest, Shock-Tests, Thermal-Balance, Thermal-Zyklus, Thermal-Vakuum, Vibrationstests, EMC-Tests
6.22. Erläutern Sie folgende in ESA und NASA Projekten / Aufträgen standardisierte Begriffe und deren Aufgaben / Nutzungsaspekte!
a) NCR - Non-Conformance Report - Nichteingehaltene Vorschriften/Berechnungen/nicht vorhergesehene Ereignisse
b) RFW
c) RFD
d) RID
e) DCL
f) DML
a) NCR - Non-Conformance Report - Nichteingehaltene Vorschriften/Berechnungen/nicht vorhergesehene Ereignisse
b) RFW - Request for Waiver -Wenn Requirement nicht eingehalten werden kann
c) RFD - Request for Deviation - geringfügige Abweichung von Requirements nötig
d) RID - Review Item Description - Kontrollwerkzeug des Auftraggebers, Änderungen/benötigte Dokumente, wenn etwas nicht korrekt berechnet wurde...
e) DCL - Declared Components list - Art Stückliste
f) DML - Declared materials list - alle Materialen inkl. Eigenschaften und Gefahren
6.23. Was ist eine FMECA und warum wird diese durchgeführt?
- Analyse von Fehlerarten und Ursachen, daraus resultierende Gefahren und Folgen
- Definition des Objekts - Funktionsprüfung - Fehlerart - Ursache - einordnung in Missionsphase - Fehlerermittlung(visuell, akustisch...) - Vorschläge für Fehlerausgleich - beurteilung der Schwere des Problems - Fehlerwahrscheinlichkeit - Kritikalität - korrektive Maßnahmen vorschlagen
- Um kritische Fehler vorzeitig abschätzen zu können, Sicherheit/Redundanz erhöhen
6.28. Entscheiden Sie, ob Sie für folgende Fälle Qualifikations- oder Acceptance-Tests durchführen würden!
a) Engineering Model
b) Flight Model
c) Evaluierung von Komponenten für den Raumfahrteinsatz
d) Komponenten fürs Flight Model
a) QT
b) AT
c) QT
d) AT
1.1 Nennen Sie die Subsysteme eines Raumfahrzeugs und jeweils 2 Aufgaben!
- Environment & Life Support System / Lebenserhaltungssysteme
o reguliert Wassergehalt der Luft
o scheidet CO2 ab
o Müllentsorgung
- Extra Vehicular Activity Systems
o Ermöglichung von Weltraumspaziergängen
o Raumanzüge, zur Erhaltung der Gesundheit eines Menschen
- Attitude & Orbit Control System
o zur Lagebestimmung und Berechnung von Manövern
o Sensoren
o Lageregelungsaktuatoren
- Propulsion System
o stellt Geräte zur Schuberzeugung bereit
o zur Veränderung des Orbits bzw. der Lage im Orbit
- Payload
o Beinhaltet den Grund für die Mission
- Electrical Power System EPS
o Bereitstellung
o Speicherung
o Erzeugung von elektrischer Energie
o Verteilung des Stroms an die Bestandteile des Satelliten
- Thermal control System
o Regulation der Temperatur aller Bestandteile eines Satelliten
o minimieren von Temperaturgradienten
o Abführung von starken Wärmelasten
o Heizen von zu kalten Objekten
- Structure and Mechanisms
o trägt und stützt alle Bestandteile des Satellitenbus
o nimmt Lasten von Start und im Betrieb auf
o sorgt für nötige Steifigkeit und Festigkeit
o Schützt vor Partikeln und Strahlung
o alle beweglichen Teile des Satellitenbus, Antennen, Solarpanele
- Command and Data Handling
o Fehlerkontrolle
o Verarbeitung von Empfangenen Daten
o Verarbeitung von Daten wie Telemetrie
- Communication System
o Empfangen, Senden von Daten
o Demodulieren, Frequenzgenerieren
o stellt Verbindung zur Erde her
2.2 Warum werden in Satellitenstrukturen oft "HeliCoils" verwandt? Nennen Sie zwei Aufgaben!
- Selbstsicherung der Schrauben
- Erzeugung von hochfesten Gewinden in Metallen geringer Festigkeit, verschleißfrei
2.9 Was ist eine so genante Ventinganalyse? Nennen Sie 4 Ziele dieser Analyse!
- Analyse der Entlüftung der inneren Strukturen beim Start, für den Einsatz im Vakuum
o Auftretende Druckunterschiede
o Auftretende Geschwindigkeiten der Luftströme
o Auftretende Temperaturmaxima an den Entlüftungslöchern
o Beurteilung der Schadlosigkeit bzw. Zeigen, dass ausreichend Entlüftungsmöglichkeiten vorhanden sind
3.1 Was ist der Unterschied zwischen einem Flugmodell und einem Ingenieurmodell?
- Flugmodell
o in den Weltraum startendes Objekt
o Tests werden im Rahmen des Acceptance Tests durchgeführt, d.h. nur leichte Belastung
- Ingenieurmodell
o Technologiedemonstrator, Funktionstests
o Erprobung des Modells, finden von Fehlern und Verbesserungsmöglichkeiten
o Durchführung Umfangreicher Tests für die Qualifikation unter harten Bedingungen
3.2 Für die Auslegung eines LEO-Satelliten spielt atomarer Sauerstoff eine wichtige Rolle. Nennen Sie min. 3 Gründe dafür!
- Degradation, Auf- und Ablösung von Schichten
- Wirkungsgrade großer Solarzellen wird schlechter
- Optische Systeme werden Angegriffen
- durch Ablösung von Schutzschichten besteht Gefahr für darunter liegende, ungeschützte Teile
3.7 Erläutern Sie kurz warum in der Weltraumqualifikation folgende ausgewählte Dokumente angefertigt werden sollten!
- FMECA
o Ausfallszenarien und deren Folgen auf die Funktionalität von Subsystemen
- Flight Segment Safety Data Package
o Verifikations- und Gefahrennachweis, beinhaltet Testreports
- Fracture Analysis Report
o Analysierung von möglichen Brüchen und deren Folgen
- Structure Analysis Report
o Analysierung der Festigkeit der tragenden Strukturen
- Thermal Cycle Test Report
o Test um Beständigkeit gegen Temperaturwechsellasten zu zeigen
- Thermal Balance Test Report
o Test der Funktionalität unter Vakuumbedingungen wenn die Systeme laufen
o Test ob die sich einstellende Ausgleichstemperatur innerhalb der Anforderungen ist
- EMC
o Nachweis der Elektromagnetischen Kompatibilität
o Test der Absorbierung und Abstrahlung von elektromagnetischer Strahlung
o keine Störung der Komponenten untereinander
- DML
o Nachweis aller eingesetzten Materialien sowie deren Toxizitäten
- DCL
o Auflistung aller eingesetzten Bauteile, Art Stückliste
- DPL
o Auflistung aller Herstellungs- und Montageprozesse
4.1 Welche unterschiedlichen Aufgaben unterliegen C&DH Subsystemen und dem CS System?
- C&DH
o Aufbereiten der Daten / Verwerten von Informationen
- CS
o De/Modulieren, Senden/Empfangen von Datenströmen
4.2 Welche Gründe gibt es für die Durchführung des Satellitendirektempfangs im 14/12 GHz Band?
- bis 16 GHz geringe Dämpfung durch die Atmosphäre
- 14 GHz Uplink, 12 GHz Downlink --> weniger Energie erforderlich
4.3 Warum unterscheiden sich die Antennenbauformen für den Up- bzw. Downlink bei Telekommunikationssatelliten?
- Uplink
o nur zielgerichtet mit hoher Datenrate den Satelliten erreichen
- Downlink
o viele Menschen durch großen Empfangsbereich erreichen
4.4 Nennen Sie mindestens 4 Vorteile der Satellitenkommunikation!
- Weltweite Erreichbarkeit auch an schwer zugänglichen Orten
- Materialarm, nur Satellit und Empfangsgerät nötig
- wenig Bodeninfrastruktur nötig
- Wartungsarm
- unabhängig von der Situation am Boden (Naturkatastrophen)
4.5. Warum sollte bei enger Platzierung von geostationären Kommunikationssatelliten das Ku-Band gegenüber dem C-Band bevorzugt werden?
- Ku (14/12GHz) deutlich geringere Störungen
4.6. Der weltweite Umsatzverlauf im Geokommunikationssatellitenmarkt kann seit dem ersten Satelliten bis heute in drei Phasen unterteilt werden. Nennen Sie diese und nennen Sie Gründe für diesen Verlauf!
- erst Subventionierung, dann Benutzung der gebauten Satelliten, jetzt Lebensdauerende der Satelliten erreicht, neue müssen gebaut werden
4.7. Der Umsatz in der Raumfahrt hervorgerufen durch institutionelle Aufträge ist in den USA wesentlich höher als in Europa; während der Umsatz im kommerziellen Sektor in Europa und den USA ungefähr gleich ist. Beurteilen Sie diese Lage für die USA als auch die europäische Raumfahrt bezüglich a) Innovationsfähigkeit und b) Reaktion auf Weltwirtschaftszyklen!
- a) USA mehr
- b) USA unsensibler, da viel Geld kontinuierlich vom Militär/Staat kommt
4.8. Was verstehen Sie unter den Wertschöpfungsstufen im Satellitenkommunikationsmarkt?
- Bereiche, die von der Produktion eines Satelliten bzw. dessen Betrieb Nutzen ziehen
4.9. Erläutern Sie den Begriff „Satellites Handover“?
- Übergabe der Funkverbindung zwischen einem Nutzer am Boden und einem Satelliten an den nächsten, naheliegenden Satelliten
4.10. Was bedeutet „ISL-Routing“?
- Inter-Satellite-Link: Verbindung zwischen zwei Satelliten im Orbit
- Routing: Weiterleiten der Daten von Satellit zu Satellit
4.11. Stellen Sie die Begriffe „Sichtkegel“, „Hotspots“ (Funkzellen), „International Switching Center“ (ISC) und „Mobile Switching Center“ (MSC) für die Satellitentelefonie gegenüber!
- Sichtkegel: Bereich, in dem der Satellit optisch wahrnehmbar ist
- Hotsspots: Bereich, in dem Daten empfangen werden können, innerhalb der3db Keule
- MSC: Verbindung Satellit - Bodenstation
- ISC: Verbindung MSC mit Internationalem Kommunikationsnetz
4.12. Fernsehbilder (inklusive Ton) im NTSC Standard werden eindeutig durch fünf Signale dargestellt, jedoch nur vier übertragen. Nennen Sie die vier zu übertragenden Signale!
- Ton + Helligkeit(Y) + U(Blau)+V(Gelb) - (YUV-Farbmodell)
4.13. Warum sind für die Breitbandkommunikation (Multimediakommunikation) höhere Frequenzen zu wählen? Nennen Sie Auswirkungen auf den Satelliten als auch auf die Funkstrecke!
- höhere Datenrate --> mehr übertragbare Informationen
- Funkstrecke
o Frequenzen >16 GHz --> Atmosphärendämpfung
o 3db Keule wird kleiner
- Satellit:
o mehr Antennen nötig
o mehr Energie nötig
4.14. Welche Aufgaben hat ein Transponder?
- Transponder = Transmitter + Responder (Receiver)
- Leistungsverstärkung des empfangenen Signals
- Wechseln der Trägerfrequenz (up/downlink)
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Cartes-fiches
6.28. Entscheiden Sie, ob Sie für folgende Fälle Qualifikations- oder Acceptance-Tests durchführen würden!
a) Engineering Model
b) Flight Model
c) Evaluierung von Komponenten für den Raumfahrteinsatz
d) Komponenten fürs Flight Model
a) QT
b) AT
c) QT
d) AT
