03.12.2020 • Energie

Genug Strom für Nano-Satelliten

Genaue Planung des Energieverbrauchs verhindert eine Überlastung der Batterien.

Nano-Satelliten sind ungefähr so groß wie ein Schuhkarton, hoch­technisiert und bald zu Zehntausenden in der Erdumlaufbahn unterwegs. Diese können zum Beispiel hochauflösende Fotos unseres Planeten schießen oder Tele­kommunikations-Netzwerke verstärken. Das kostet jedoch Energie und diese Ressource ist bei den kompakten Hightech-Geräten knapp. Informatiker der Universität des Saarlandes zeigen, wie der Energie­verbrauch von Satelliten so geplant werden kann, dass sie stets optimal arbeiten, ohne ihre Batterien jemals zu überlasten. Die Ergebnisse sind auch auf andere Anwendungen übertragbar.

Abb.: Holger Hermanns entwickelt ein ausgeklügeltes Batterie­management für...
Abb.: Holger Hermanns entwickelt ein ausgeklügeltes Batterie­management für Nano-Satelliten. (Bild: O. Dietze)

„Kern unserer aktuellen Arbeit ist ein Scheduler, also ein Ablauf-Planer“, erklärt Holger Hermanns, Informatik-Professor der Universität des Saarlandes. Damit lassen sich die zahlreichen unter­schiedlichen Aktivitäten, die moderne Nano-Satelliten durchführen können, konti­nuierlich vorausplanen und mit Blick auf den Energieverbrauch optimieren. Außergewöhnlich ist dabei das Batterie-Modell, das dem Planungs­verfahren der Forscher zugrunde liegt: „Wir beziehen uns nicht auf das gewöhnliche, lineare Modell, gemäß dessen die Batterieladung einfach als Wert zwischen hundert und null Prozent dargestellt wird“, so der Informatiker Hermanns. „Unser Ablauf-Planer stützt sich auf das kinetische Batterie-Modell, mit dem auch Ladungs­schwankungen, die jeder Batterie zu eigen sind, präzise einberechnet werden können.“

Das neue Verfahren zur Steuerung von Satelliten lässt so auch langfristige Aktivitäts­planungen zu und skaliert reibungslos auf ganze Satelliten-Flotten. Ihr neues Planungs­verfahren haben die Forscher anhand zweier Satelliten des Typs GOMX-4 der dänisch-luxem­burgischen Firma GOMspace entwickelt. Jedes Mal, wenn die Satelliten die Bodenstation in Dänemark überfliegen, senden diese die Telemetrie-Daten ihrer Batterie­nutzung hinunter. Auf Grundlage dieser Daten wird dort mithilfe des Planungs­modells ein neuer Aktionsplan errechnet und dann auf die Satelliten hochgeladen. „Indem wir den Plan bei jedem Überflug über die Bodenstation erneuern, stellen wir sicher, dass stets die best­mögliche Batterie­nutzung gewährleistet wird“, erklärt Hermanns.

Diese Ergebnisse könnten auf großes Interesse stoßen. Denn der Markt für LEO (low-earth orbit) Satelliten wächst rasant: Heutzutage kreisen etwa 2500 aktive Kleinst-Satelliten in erdnaher Umlaufbahn um unseren Planeten, aber für die kommenden zehn Jahren sind bereits Starts für rund 50.000 weitere angekündigt. Das neuartige Planungs­modell für Batterie­nutzung geht jedoch darüber hinaus und kann auch auf andere Anwendungs­bereiche übertragen werden, beispiels­weise E-Mobilität, Drohnen oder Smart-Home-Geräte.

U. Saarland / JOL

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