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16 April 2018
16. April 2018 Space

Neue Hardware beschleunigt Forschung auf der ISS

HSC OS Press Copyright Airbus DLR

Aufrüstung der Elektronik für den elektromagnetischen Levitator (EML) – mehr Experimente in kürzerer Zeit

Friedrichshafen, 16/04/2018 – Der deutsche Astronaut Alexander Gerst wird während seines nächsten Raumfluges das High Speed Camera Operating System (HSC-OS) auf der Internationalen Raumstation ISS installieren. Dieses System ist eine kleine, aber leistungsfähige Ergänzung zur Steuerungselektronik der Hochgeschwindigkeitskamera des EML. Sie dient der schnellen Verarbeitung der gelieferten riesigen Datenmengen. Airbus hat diese Komponente für das Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt. Dieser „Forschungsbeschleuniger“, soll mit dem Träger Orbital Antares 9 in den Orbit gebracht werden. Er wird im Rahmen der bis Ende 2018 laufenden „Horizons“-Mission der Europäischen Weltraumorganisation ESA in die EML-Anlage an Bord der ISS integriert. 

Das neue Konzept von Airbus nutzt fortschrittliche Standardplatinen für Mikrocomputer, die speziell für die Nutzung im Weltraum angepasst und getestet wurden. Somit kann die Übertragungsgeschwindigkeit zwischen Kamera und Computersystem um den Faktor zehn gesteigert werden. Außerdem ersetzt ein spezielles, in den handelsüblichen Mikrocomputer eingebautes, hardwarebasiertes Datenkompressionsmodul die bisherige softwarebasierte Lösung und verringert die Kompressionszeiten um den Faktor 60 oder mehr. Beide Maßnahmen führen zu einer erheblichen Steigerung des Datendurchsatzes im System.

Der auf dem Prinzip der elektromagnetischen Schwebetechnik beruhende EML ist eine sehr geschätzte Versuchsanlage des Columbus-Labors der ISS. Die von ESA und DLR Raumfahrtmanagement finanzierte Anlage wurde von Airbus entwickelt und gebaut. Sie wurde im August 2014 an Bord des ATV-5 in die Umlaufbahn gebracht und von Alexander Gerst während seines ersten ISS-Aufenthalts im Herbst 2014 installiert. Diesen Sommer soll Gerst nun auch die Datenelektronik integrieren – eine wichtige Verbesserung für den EML, mit deren Hilfe die Wissenschaftler ihre herausragende Forschung noch effizienter betreiben können.

Der EML

Mit der EML-Anlage lassen sich wissenschaftliche Experimente an kleinen Metallproben durchführen und dadurch wichtige Werkstoffparameter mit äußerster Genauigkeit ermitteln. Diese Daten sind für die Optimierung industrieller Fertigungsprozesse auf der Erde von entscheidender Bedeutung, denn so können bessere metallische Werkstoffe mit ganz spezifischen Eigenschaften hergestellt werden.

Die Metallproben werden geschmolzen und auf bis zu 2.100°C erhitzt, die Messungen erfolgen in geschmolzenem Zustand. Anschließend werden die Proben kontrolliert abgekühlt, wobei sie wieder erstarren. Da geschmolzenes, heißes Metall chemisch extrem reaktiv ist, werden die einzelnen Proben ohne Behälter aufbereitet. Sie werden ohne Tiegel in einem elektromagnetischen Feld platziert, wobei die Positionierung und Erwärmung mittels Induktion erfolgt. Daher müssen alle Messungen mithilfe kontaktloser optischer Verfahren vorgenommen werden.

Zu den hoch entwickelten Mess- und Verarbeitungstechnologien des EML gehört auch eine Hochgeschwindigkeitskamera, mit der diese schnell ablaufenden Prozesse in der schwebenden Probe aus geschmolzenem Metall mit mehr als 30.000 Einzelbildern pro Sekunde gefilmt werden.

Seit der Inbetriebnahme wurden bereits zahlreiche Experimente durchgeführt (> 1.200 Schmelz- und Erstarrungszyklen) und immense Datenmengen (> 13 TByte) – hauptsächlich Videodaten – erfasst.

„Schon bald nach der Inbetriebnahme hat sich gezeigt, dass die Missionsleistung von der Verarbeitungszeit für die enormen Mengen von Hochgeschwindigkeits-Videodaten abhängt“, sagt Wolfgang Soellner, der bei Airbus für den Aufbau der EML-Experimente zuständig ist. „Grund für den hohen Datenanfall ist das erweiterte Nutzungskonzept, das weit über den Rahmen der ursprünglichen Missionsstudien hinausgeht. Die verbesserte Videodaten­verarbeitung wird diesen Engpass in den Versuchsverfahren beseitigen.“

In der Werkstoffkunde werden Experimente oft viele Male mit leicht veränderten Rahmenbedingungen wiederholt, und somit trägt eine Beschleunigung der Versuchsverfahren maßgeblich dazu bei, dass Forschungsergebnisse zeitnah zur Verfügung stehen.

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Über Airbus

Airbus ist ein weltweit führendes Unternehmen im Bereich Luft- und Raumfahrt sowie den dazugehörigen Dienstleistungen. Der berichtete Umsatz im Jahr 2017 betrug € 67 Mrd. – oder € 59 Mrd. angepasst unter IFRS 15 –, die Anzahl der Mitarbeiter rund 129.000. Airbus bietet die umfangreichste Verkehrsflugzeugpalette mit 100 bis über 600 Sitzen. Das Unternehmen ist europäischer Marktführer bei Tank-, Kampf-, Transport- und Missionsflugzeugen und eines der größten Raumfahrtunternehmen der Welt. Die zivilen und militärischen Hubschrauber von Airbus zeichnen sich durch hohe Effizienz aus und sind weltweit gefragt.

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