Präzise Weltraummanöver

Damit sie dabei nicht vom Kurs abkommen, erfassen bildgebende Sensoren eine Flut von Daten, die in Echtzeit analysiert werden. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik FIRST haben nun auf Basis von Multicore-Technologien ein System entwickelt, mit dem sich Raumfahrzeuge genau steuern und positionieren lassen. Zu sehen ist es vom 28. Februar bis 1. März 2012 auf der Messe embedded world in Nürnberg (Halle 5, Stand 228.

Damit ein Raumfahrzeug »sehen« kann und nicht aus dem Gleichgeicht gerät, braucht es einen leistungsfähigen Bordrechner. Dieser muss gleichzeitig eine Vielzahl von Sensordaten bearbeiten und den erschwerten Bedingungen im Weltall standhalten. Mit dem Projekt MUSE (Multicore-Architektur zur Sensorbasierten Positionsverfolgung im Weltraum) wollen Forscher die Positionierung und Steuerung solcher Raumfahrzeuge verbessern.
Im Rahmen des Vorhabens entwickelten Wissenschaftler vom FIRST einen Bordrechner, der mit modernen Multicore-Prozessoren eine äußerst hohe Rechenleistung schafft. Hochauflösende Kameras sowie Infrarot oder Radarsensoren an den Raumfahrzeugen liefern immense Datenmengen, mit deren Hilfe die Lage des Zielobjekts bestimmt wird. Diese Daten gilt es in Echtzeit zu verarbeiten, um die genaue Steuerung des Fahrzeugs zu berechnen. Bisherige weltraumtaugliche Rechner mussten hier aufgrund des hohen Leistungsbedarfs immer Abstriche in punkto Qualität machen.

»Die große Herausforderung im Weltall ist: Bei minimalen Anforderungen an Stromversorgung, Gewicht, Platz und Kühlung muss das System eine enorm hohe Rechenleistung bereitstellen. Zudem können durch Weltraumstrahlung sporadisch Datenverfälschungen auftreten, die es anhand von Fehlertoleranzmechanismen zu erkennen und beheben gilt«, erklärt Samuel Pletner, verantwortlich für Business Development Luft- und Raumfahrt bei FIRST. »Wir müssen zuverlässig ausschließen, dass unerkannte Fehler zu falschen Steuerbefehlen und damit unkontrollierten Bewegungen des Raumfahrzeugs führen«.

Das Problem lösen die Forscher mit dem Multicore-Prozessor P4080 des Herstellers Freescale, der hoch integriert und besonders robust ist. Neben maximaler Rechenleistung lassen sich damit auch leistungsfähigere Fehlertoleranzmechanismen realisieren. Speziell für Multicore-Architekturen haben die Fraunhofer-Experten komplexe Algorithmen zur Positionserkennung entwickelt. Kritische Berechnungen können damit auf verschiedenen Prozessorkernen durchgeführt und die Ergebnisse durch einen sicheren Vergleich überprüft werden.

Das MUSE-Projekt wird von der Raumfahrt-Agentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e. V. mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie gefördert.