Raumfahrtsysteme II
Gehalten an der TU Dresden im SS 2014
Gehalten an der TU Dresden im SS 2014
Kartei Details
| Karten | 81 |
|---|---|
| Lernende | 15 |
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Technik |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 29.07.2014 / 05.08.2019 |
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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)
4.15. Nennen Sie die vier Hauptbestandteile eines Bodensegmentes eines
Satellitenkommunikationssystems!
- Systemkontrollzentrum
- Nutzerkontrollzentrum
- Sendeanlagen
- Empfangsanlagen
4.16. Nennen Sie zwei Gründe, warum die Berechnung der Sichtwinkel eines geostationären
Satelliten wesentlich einfacher ist, als bei einem nicht äquatorialen LEO-Satelliten?
- Breite = Inklination = 0° --> Rechnung vereinfacht
- keine zeitliche Veränderung (immer beobachtbar)
4.17. Wie ist der Antennengewinn G definiert (keine Formelangabe!)?
- Verhältnis der Strahlleistung einer Parabolantenne in Hauptrichtung im Bezug zu einem
isentropen Strahler gleicher Speiseleistung
4.18. Weisen Sie folgenden Kommunikationsverbindungen die Senderichtungen zu!
siehe Bild
4.19. Wie sind die beiden Sichtwinkel eines Satelliten definiert?
- Elevation: Höhe über dem Horizont, vom Boden aus beginnend
- Azimut: Positionswinkel von Norden aus im Uhrzeigersinn gezählt
4.20. Schätzen Sie sinnvoll für folgende Bodenspuren die Orbitparameter Höhe, Umlaufzeit, Inklination und treffen Sie Aussagen über die Charakteristik der Kommunikation mit diesen Satelliten!
Tabelle:
4.21. Wie ist die Leistungsflussdichte PFD definiert? (in Worten! Keine Formelangabe!)
- gesendete Leistung(unter Berücksichtigung des Antennengewinns) pro Fläche
4.22. Gelegentlich werden Glasfasersysteme und Satellitensysteme für die Nachrichtenübertragung miteinander verglichen. Für welche unterschiedlichen Einsatzgebiete sind diese Systeme jeweils am besten geeignet und wo ergänzen diese sich?
- Wenn technische Möglichkeit vorhanden: Glasfaser deutlich schneller, da kürzere Verbindungsstrecke
- Glasfaser: Verbindung von Städten/Orten mit guter Infrastruktur
- Satellit: Verbindung von sehr unzugänglichen Orten oder von beweglichen Objekten
- Kombination z.B. für Kommunikation zwischen einem Schiff und einer Person in einer Stadt
4.23. Ein Kommunikationssatellit im geostationären Orbit wird bevorzugt westlich der Erdfunkstelle positioniert. Nennen Sie den Grund dafür! (Eine Erdfunkstelle ist die Sendestation auf der Erde, die das vom Satelliten zu verteilende Signal zum Satelliten sendet.)
- Da der Telekommunikationssatellit im GEO sich dann noch in Sonnenbereich befindet während in der Abendzeit im Empfangsbereich bereits Schatten ist. Jedoch ist dann das Datenaufkommen sehr hoch, und die elektr. Leistung kann noch den Solarzellen entnommen werden.
4.24. In welchem Orbit würden Sie Wettersatelliten stationieren?
- In LEO(Polarer Orbit), da eine hohe Auflösung möglich, jedoch auch in MEO oder GEO möglich, aber aufwendiger
4.28. Entscheiden Sie, ob die folgenden physikalisch-technischen Größen im LEO größer (>) oder kleiner (<) als im HEO (High Earth Orbit) sind!
- Orbithöhe LEO < HEO
- Dopplerfrequenzverschiebung ΔfD LEO > HEO
- Bedeckungsbereich ρ LEO < HEO
- Antennennachführungsrate LEO > HEO
- Maximale Verweildauer im Sichtbereich τ LEO < HEO
- Leistungsflussdichte PFD LEO > HEO
- Signallaufzeitverzögerung LEO < HEO
4.29. In welchen der aufgeführten Orbits ist eine direkte Satellitenkommunikation an den Polen der Erde möglich? Welche Maßnahmen könnten Sie gegebenenfalls unternehmen, um eine indirekte Kommunikation zu ermöglichen?
- GEO: Nein --> ISL zu Satellit auf polarer Bahn
- LEO: i=20° Nein --> ISL zu Satellit auf polarer Bahn (evt. über GEO)
- Sonnensynchron: Ja
- Polarer Orbit: Ja
- Molniya Orbit: (ja nur Nordpol)
4.30. Was ist für Auslegung der Kommunikationsanlagen für die Funkzellen im Randbereich des Sichtbereiches des Satelliten zu beachten?
- Elevation klein, daher stört Bebauung bzw. hohe Berge etc. --> besser auf hohem Punkt errichten
- großer Antennengewinn nötig, also eine große Antenne
4.31. Nennen und erläutern Sie kurz die zwei wesentlichen Kommunikationskonzepte für LEO Satelliten!
- ISL mit GEO Satelliten --> Kontakt zu Bodenstationen (real-time)
- direkter Kontakt zur Erde, dafür jedoch viele Bodenstationen notwendig (store-and-Forward)
4.32. Warum existieren bei dem GLOBALSTAR System sehr hohe Überlappungsbereiche der Sichtkegel?
- um Satelliten-Handover durchführen zu können --> kein Verbindungsabbruch!
4.33. Nennen Sie Vor- und Nachteile von GEO Kommunikationskonstellationen!
- Vorteile:
o von einem Punkt aus immer zu erreichen
o hohe Abdeckung
o lange Lebensdauer, wenig Degradation, wenig atmosphärischer Widerstand
o fast immer in der Sonne --> viel Energie durch Solarzellen erzeugbar
o nur drei Satelliten nötig für gleichzeitige Weltweite Abdeckung
- Nachteile
o große Entfernung --> große Verluste in Kommunikation (Freiraumdämpfung)
o mehr Leistung nötig
o Pole nicht erreichbar
o höhere Startkosten
4.34. Nennen Sie Vor- und Nachteile von LEO-Satelliten hinsichtlich der kleineren Abdeckung!
- Vorteile:
o höhere Leistungsflussdichte -->hohe Datenrate möglich
o weniger Leistung nötig
o weniger Antennen nötig
o geringe Startkosten
o kleinere Satelliten
o kleine Antennen
- Nachteile:
o nur kurze Sicht/Kommunikationsdauer
o viele Satelliten nötig -ISL nötig
o häufiges Handover nötig
o AOC komplex - geringe Lebensdauer
4.35. Stellen sie den Elevationswinkel ε und den Nadirwinkel β in Abhängigkeit des geozentrischen Winkels α für einen geostationären Satelliten in einem Diagramm dar und interpretieren Sie den Kurvenverlauf!
Bild
4.36. Weshalb sollten für die Übertragung von Telekommandos und Telemetriedaten omnidirektionale Antennen während des Einschusses eines geostationären Satelliten in die korrekte Bahn verwendet werden?
- für treibstoffeffizientes Manöver zu GEO bleibt Satellit in Ruhe (fliegt antriebslos)
- keine Störung der Bahn durch schwenken einer Antenne --> omnidirektionale Antenne zur Kommunikation nötig, da sich die Lage des Satelliten zur Erde ständig ändert
4.37. Entscheiden Sie, welche der folgenden Aussagen zutreffen:
- Ein größerer Reflektor erhöht den Antennengewinn.
- Eine kleinere Wellenlänge erhöht den Antennengewinn.
- Ein größerer Reflektor erhöht die Strahlenbündelung.
- Eine kleinere Wellenlänge erhöht die Strahlenbündelung.
- Im 6/4-GHz Bereich sind größere Reflektoren als im 14/12 GHz Bereich notwendig, um vergleichbare Zahlenwerte für Antennengewinn und Strahlenbreite zu erreichen.
- Der Antennengewinn ist proportional zu (D/λ)2
- Die Strahlenbündelung ist umgekehrt proportional zu D/λ.
- Der Leistungsverlust erhöht sich beim Atmosphärendurchgang bei starkem Regen mit steigender Frequenz
Alle sind richtig!
