Patent DE-102021002354-A1 (DE)
Title: Ressourcenbasiertes Konzept zur Betriebsplanung verteilter Raumfahrtsysteme
Inventor: LEIDIG KAI
IPC: G06Q10/06
Filed: 2021-04-28
Abstract: Satelliten haben in der heutigen Zeit weitläufige Einsatzgebiete. Diese reichen von wissenschaftlichen Missionen wie der Erforschung des weltweiten Klimas, über klassische Kommunikationssatelliten für die Fernsehübertragung bis hin zu verbraucherorientierten Systemen wie die globale Verfügbarkeit von Satelliten. Durch diese sehr breiten Anwendungbereiche steigt die Zahl der sich im Orbit befindlichen Satelliten stetig an. Da der Bau, Start und Betrieb dieser Satelliten allerdings weiterhin sehr teuer ist und durch die sehr stark steigende Zahl an Satelliten im Orbit auch das Problem des Weltraummülls immer dringlicher wird, müssen Satelliten im Orbit best möglich genutzt werden. Hierfür bedarf es einer effizienten und effektiven Missionsplanung am Boden. Diese Missionsplanung hat die Aufgabe, verfügbare Ressourcen sowohl am Boden als auch im Orbit best möglich auszunutzen. Ressourcen am Boden beinhalten Dinge wie verfügbare Antennen, verfügbare Downlinkkapazitäten und verfügbare Datenauswertungen. Im Orbit hingegen müssen Ressourcen wie die verfügbare Zeit, der verfügbare Speicher, die Position im Orbit und die zur Verfügung stehende elektrische Leistung verwaltet werden. Diese Verwaltung geschieht momentan meist zumindest teilweise von Hand durch Operatoren. Das macht diesen Prozess stark zeitaufwändig und anfällig für Menschliche Fehler. Des Weiteren sollte für eine optimale Ausnutzung der verfügbaren Ressourcen dynamisch auf Änderungen sowohl am Boden als auch im Orbit reagiert werden können. Dies beinhaltet zum Beispiel den Ausfall einzelner Bodenstationen, durch welchen Überflüge neu geplant werden müssen oder die Änderung der Missionsplans. Spontan auf solche Umstände ist meist nur schwer bis garnicht möglich, wenn die Planung von Menschen durchgeführt wird, da hier genug Zeit vorhanden sein muss, um die erhaltenen Daten zu analysieren, den Plan entsprechend anzupassen und anschließend zu verifizieren, bevor die neue Planung ausgeführt werden kann. Wenn die Ressourcenplanung allerdings vollständig von Computern übernommen wird, kann können Pläne sehr schnell und dynamisch erstellt und angepasst werden. Hierfür muss allerdings das gesamte zu steuernde System und dessen Ressourcen dem Computer bekannt sein, damit dieser im Stande ist, die best mögliche Ressourcenverteilung zu erstellen und zu pflegen.Der hier vorgeschlagene Aufbau eines solchen Ressourcenmanagement setzt an dieser Stelle an. Die vorgestellte Komponente ist Teil eines größeren Systems zu Steuerung mehrere Missionen. Der Grundgedanke der vorgestellten Missionsplanung und des Ressourcenmanagements ist, dass das Bodensegment und das Segment im Orbit zusammengenommen einen zu regelnden Regelkreis bilden. Diese Regelung muss auf beiden Seiten die begrenzten Ressourcen beachten und damit einen möglichst optimalen Zeitplan für alle Systeme gemeinsam finden. Dieser Zeitplan soll hierbei nicht statisch erstellt werden, das System kann dynamisch auf Änderungen an allen Stellen reagieren. In einem ersten Schritt in diesem Regelkreis gilt es, die aktuellen Statusinformationen aller Systeme zu sammeln. Dies geschieht über verschiedene MCS, deren Zweck es ist, zwischen dem Mission Planning Tool (MPT) und den verschiedenen, zu steuernden Systemen zu übersetzen. Dabei werden die Statusinformationen bei den einzelnen Systemen abgeholt und in ein für das MPT lesbares Format übersetzt. Diese Daten werden dann in einem nächsten Schritt analysiert und dienen dann als Grundlage für die weitere Regelung. Diese Analyse beinhaltet systemspezifische Daten und dient dazu, den aktuellen Status des Systems zu beschreiben. Dies beinhaltet zum Beispiel Daten zu dem aktuellen Orbit eines Satelliten anhand welcher dann Überflüge über verschiedenen Bodenstationen geplant werden können. Diese Analysen werden in dem hier beschriebenen System von sogenannten Agent durchgeführt. Diese Agenten sind Softwarekomponenten, welche anhand von den ihnen zur Verfügung gestellten Daten Entscheidungen treffen und verschiedene Aktionen ausführen können. Diese dann auszuführenden Aktionen werden in dem hier definierten System als Activities beschrieben. Sie enthalten alle nötigen Informationen um die getroffene Entscheidung bei den betroffenen Systemen ausführen zu können. Um eine Activity weiterzuverarbeiten bestehen zwei Möglichkeiten. Wenn weitere Entscheidungen getroffen werden müssen, kann eine Activity an einen Agenten weitergegeben werden, welcher diese weiter bearbeitet. Wenn allerdings direkt verschiedene Systeme angesteuert werden sollen, wird die Activity an ein Mission Control System (MCS) weitergegeben, welches dann wiederum die Anweisungen in ein Format übersetzt, welches von dem entsprechenden System verstanden wird. Zusätzlich zu solch automatisch erstellten Activities können diese auch von Menschen an das System übergeben werden. Dies dient als Schnittstelle nach außen, wenn Operatoren die Missionsplanung direkt beeinflussen müssen. Die weitere Verarbeitung dieser Activities läuft dann aber weiterhin vollautomatisch in dem System ab.Die Übergabe einer Activity an ein MCS schließt dann den Regelkreis wieder. Die erstellte Planung wird wieder an das zu steuernde System übergeben und neue Statusinformationen können angefragt oder zur Verfügung gestellt werden.