Robustes Air Transport Rack startet zur Internationalen Raumstation ISS

| Redakteur: Hendrik Härter

Die Internationale Raumstation ISS erhält ein robustes Air Transport Rack mit OpenVPX-Technik aus Pforzheim.
Die Internationale Raumstation ISS erhält ein robustes Air Transport Rack mit OpenVPX-Technik aus Pforzheim. (Bild: NASA / CC0)

Ein sogenanntes Air Transport Rack mit OpenVPX-Technik startet mit einer Versorgungsmission vom russischen Baikonur zur Internationalen Raumstation ISS. Gerade der Start stellt für das Rack eine besondere Herausforderung dar.

Voraussichtlich am 10. Juli 2018 startet eine Soyuz-2.1a-Rakete auf einer Versorgungsmission vom Weltraumbahnhof in Baikonur zur Internationalen Raumstation ISS. Mit an Bord auch ein Air Transport Rack mit OpenVPX-Technik von Elma aus Pforzheim. Das System soll wenige Tage später im russischen Swesda-Modul seine Arbeit aufnehmen. Elema Eletronic entwickelte für die russische Firma Sait, die mit der Weltraumorganisation Roskosmos zusammenarbeitet. Das System ist Teil eines Broadband Communication System User Terminals, das über einen Satellitenverbund eine beinahe permanente Verbindung zur ISS mit der Bodenkontrolle herstellt. Ohne Kommunikationssatellit ist keine permanente Kommunikation möglich, denn sobald die Raumstation über einem Gebiet ist, das nicht von den Bodenstationen abgedeckt wird, bricht die Verbindung ab.

Auf dem Weg zur Internationalen Raumstation ISS ist das Air Transport Rack von Elma aus Pforzheim.
Auf dem Weg zur Internationalen Raumstation ISS ist das Air Transport Rack von Elma aus Pforzheim. (Bild: Elma)

Ein Air Transport Rack (kurz: ATR) ist ein seit vielen Jahren bewährter Formfaktor für Rechnersysteme in der Luft- und Raumfahrt. Denn dort entstehen durch die Manöver der Fluggeräte enorme Richtungskräfte, die ein einfaches Computergehäuse nicht unbeschadet überstehen würde. Ein ATR verfügt über besondere Festigkeit gegen Stöße und Vibrationen, verbiegt sich also nicht so stark und kann auch mal einen stärkeren Stoß wie bei einer besonders harten Landung überstehen. Das Air Transport Rack bildet das Computergehäuse, im Inneren steckt eine Rechnereinheit nach der OpenVPX-Technik.

Kritischer Zeitpunkt ist der Transport zur ISS

Die Kühlung ist bei solchen Systemen immer ein besonders heikler Punkt. Das System wird mit einem sogenannten Forced-Conduction-Cooled-System gekühlt. Dabei werden alle Karten wie Prozessorkarte, Grafikkarte oder Speicherkarte über eine spezielle Mechanik mit der Seitenwand verbunden. Die Seitenwände des ATRs haben Finnen, die nach außen zeigen und durch die Luft hindurchgesogen wird. So werden die robusten Karten zwar aktiv gekühlt (eine passive Kühlung wäre ohne Lüfter), aber eben von außen. Das ist eine praktische Lösung, die eine mögliche Quelle für Schäden während des Transports eliminiert.

Für den Einsatz im Inneren einer Raumstation muss das Rack nicht allzu robust sein. In der ISS herrschen konstante klimatische Bedingungen von 20 bis 22 °C und ähnlich konstanter Luftfeuchtigkeit. Nennenswerte Schocks und Vibrationen sind eher nicht zu erwarten. Dort oben herrschen also tatsächlich recht gemütliche Arbeitsbedingungen. Aber: Der kritische Zeitpunkt ist der Transport zur Station. Beim Raketenstart können die Geräte besonders starken Stößen und Vibrationen mit Spitzen von bis zu 40 g ausgesetzt sein. Technisch interessant ist in diesem Punkt die SSD-Festplatte mit einer Kapazität von einem Terabyte. Für die Auswahl der SSDs mussten einige Tests durchlaufen werden, da die SSDs durch die feinen Strukturen mit ihren 10- bis 15-Nanometer-Technologien den freien Protonen im All deutlich stärker ausgesetzt sind als auf der Erde. Durch die feinen Strukturen kann es durch die Protonen dazu kommen, dass Teile der SSD beschädigt werden. Das ist zwar nicht nicht unbedingt robust, sondern eher gut gegen Strahlung abgeschirmt.

Die Funktionen des Racks auf der Raumstation

Die russische Firma SAIT steuert eine Multiplexor/Demultiplexor/Modem Unit (MDM) bei und das System von Elma stellt die Hardware dar. Mit dem System ist es möglich, eine nahezu-permanente Verbindung der ISS mit der Bodenkontrolle über das Geo-Relaysatellitennetz „Lutsch“ herzustellen. Diese technische Ausrüstung ist nötig, weil ohne den Einsatz von Kommunikationssatelliten keine permanente Kommunikation zwischen Bodenstation und Raumstation möglich wäre, denn sobald sich die Raumstation über einem Gebiet der Erde befindet, die von Bodenstationen nicht abgedeckt ist, bricht die Verbindung ab. Die MDM-Einheit baut eine Verbindung über die Kommunikationssatelliten auf - und erhält diese aufrecht.

Da die ISS für eine Erdumrundung nur etwa 90 Minuten benötigt, ist das eine recht sportliche Aufgabe. Die Verbindung muss ständig umgestrickt werden - je nachdem, welche Satelliten zum jeweiligen Zeitpunkt die beste Übertragungsroute bieten. Außer für diese MDM-Funktion wird die Plattform für die Aufnahme, die Speicherung und – hier wieder über MDM - für die Übertragung der Ergebnisse von auf der ISS durchgeführten Experimenten verwendet. Dazu ist die MDM-Einheit unter anderem mit einem Modem mit einer Uplinkgeschwindigkeit von 100 MBit/s und 6 bis 8 MBit/s Downloadgeschwindigkeit ausgestattet. Außerdem verfügt das System über DVB-S2, über PAL sowie über HD-Video-Ein- bzw. -Ausgänge. Ein weiteres System gleicher Bauart ist für das neue Wissenschafts- und Energiemodul NEM-1 geplant, das 2019 der bestehenden Station hinzugefügt werden soll.

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