SATDOS Reference Dosimeter Platform

SATDOS ist eine miniaturisierte Nutzlast, die für Nanosatelliten wie CubeSats entwickelt wurde und die Strahlungsumgebung im Weltraum erfasst und die Auswirkungen der Strahlung auf elektronische Systeme quantifiziert. SATDOS wurde von den Seibersdorf Laboratories mit modernster Technologie und Fachwissen entwickelt und bietet eine kompakte und effiziente Lösung zur Bewertung der Strahlungsumgebung im Weltraum innerhalb von Satelliten. SATDOS-1, das speziell für das österreichische CubeSat-Projekt PRETTY entwickelt wurde, legt den Schwerpunkt auf Effizienz, Sicherheit und Nachhaltigkeit im Weltraum.

>> Poster SATDOS-1​​​​​​​

SATDOS-Referenzdosimeterplattform für Nanosatelliten zur Bewertung der Auswirkungen der Weltraumstrahlung auf die elektronischen Systeme von Satelliten.

 

1. Messung der „Total Ionizing Dose” (TID): SATDOS-1 misst die Gesamtstrahlungsdosis, die der PRETTY-Satellit während seiner einjährigen Mission erhält. Diese Fähigkeit ist für die Bewertung der Auswirkungen der Strahlung auf elektronische Komponenten und die Gewährleistung der Zuverlässigkeit von Satellitensystemen von entscheidender Bedeutung.
    
2. Kontinuierliche Dosisüberwachung: SATDOS-1 überwacht kontinuierlich die Dosisraten im Orbit. Die aufgezeichneten Daten ermöglichen eine umfassende Kartierung der Strahlungsumgebung der Erde, wobei die zeitlichen und räumlichen Merkmale des Weltraumwetters hervorgehoben werden und Reaktionen auf Ereignisse wie Sonnenstürme erleichtert werden.
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3. Erkennung von Einzelereignissen (SEE): SATDOS-1 verfügt über ein Überwachungssystem für Einzelereignisse (SEU), das aus kommerziellen SRAM-Chips (Static Random Access Memory) besteht, die von der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) entwickelt wurden. Es werden zwei verschiedene SRAM-Typen verwendet, um zwischen Teilchen unterschiedlicher Energie zu unterscheiden.

Weltraumstrahlung

Die Weltraumumgebung ist voller Strahlungsgefahren, die von verschiedenen Quellen ausgehen. Die Sonne sendet geladene Teilchen aus, deren Intensität sich bei Sonnenaktivitäten erheblich verstärken kann, was eine direkte Bedrohung für Raumfahrzeuge und Astronauten darstellt. Darüber hinaus werden Raumfahrzeuge und Personen im All während der Raumfahrt ständig von galaktischen kosmischen Teilchen bombardiert. Geladene Teilchen, die im Magnetfeld der Erde gefangen sind, bilden die Van-Allen-Strahlungsgürtel, die für Raumfahrzeuge, die diese Regionen durchqueren oder sich ihnen nähern, eine Gefahr darstellen.

 

Auswirkungen des Weltraumwetters

Weltraumwetterereignisse wie Sonnenstürme und Sonneneruptionen können elektronische Systeme an Bord von Satelliten und Raumfahrzeugen beschädigen oder beeinträchtigen. Ein besseres Verständnis des Weltraumwetters trägt zur Entwicklung von Schutzmaßnahmen bei und erhöht die Betriebssicherheit von Raumfahrzeugen. Die Prüfung der Strahlungsbeständigkeit von Satellitenkomponenten ist für die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Missionen unerlässlich. Die Seibersdorf Laboratories führen Strahlungsbeständigkeitstests als kommerzielle Dienstleistung für die österreichische und internationale Raumfahrtindustrie durch und entwickeln experimentelle und numerische Methoden zur Untersuchung der Strahlungsauswirkungen auf Komponenten und Systeme in verschiedenen Strahlungsfeldern. Mit ihrem Fachwissen und ihrer Erfahrung trägt Seibersdorf Laboratories wesentlich zum Erfolg nationaler und internationaler Weltraummissionen bei.

 

• Gehäuse und Punktabschirmung: Das robuste 1 mm dicke Aluminiumgehäuse bietet Schutz bei der Handhabung und eine effiziente EMV-Abschirmung während des Betriebs. Eine zusätzliche Punktabschirmung auf der Leiterplatte bietet abgeschirmte und nicht abgeschirmte Strahlungssensoren, um die Beiträge von Elektronen und Protonen zur Gesamtdosis zu unterscheiden.
• Schutz vor Einzelereignis-Latch-up: SATDOS-1 verfügt über einen Strombus-Schalter zum Schutz vor zerstörerischen Latch-up-Ereignissen (Single Event Latch-Up, SEL)
• Datenspeicherung: Der 1-Gbit-SPI-Flash-Speicher (128 MB) ermöglicht die Speicherung von Messdaten für mehrere Wochen, bevor sie an die Bodenstation übertragen werden.
• Temperatursensor: Ein I2C-Temperatursensor misst kontinuierlich die Temperatur der SATDOS-1-Plattform im Orbit im Bereich von -20 °C bis +60 °C.
• RADFET-Strahlungssensoren: Verwendet hochbeständige und robuste RADFET-Strahlungssensoren, die eine genaue Dosisbestimmung auch im ausgeschalteten Zustand ermöglichen.
• PC/104-Schnittstelle: Eine standardisierte CubeSat-Hardware-Schnittstelle ermöglicht die einfache Integration in gängige Satellitenplattformen.
• Mikrocontroller: Der 72-MHz-ARM-Cortex-M3-Mikrocontroller bietet vollständige Kontrolle über die Referenzdosimetrieplattform. SATDOS-1 arbeitet komplett autonom.
• FGDOS-Strahlungssensoren: FGDOS-Sensoren mit hoher Empfindlichkeit und Auflösung und SPI-Schnittstelle ermöglichen die Kartierung der Dosisrate im Orbit, wie z. B. in der South Atlantic Anomaly (SAA), einem Gebiet mit erhöhter Dosisrate im Orbit.
• SRAM-Strahlungssensoren: Verwenden handelsübliche SRAMs zur Messung der Häufigkeit von Single-Event-Upset-Ereignissen (SEU) im Orbit. Die SRAMs werden von CERN charakterisiert, wobei zwei verschiedene Typen zur Unterscheidung zwischen Teilchen unterschiedlicher Energie verwendet werden
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Fazit

Das Verständnis und die Minderung der Auswirkungen der Weltraumstrahlung sind für die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Satelliten und Weltraummissionen von entscheidender Bedeutung. SATDOS-1, eine Entwicklung der Seibersdorf Laboratories, bietet eine ausgeklügelte Lösung zur Bewertung der Strahlungsumgebung im Weltraum und ermöglicht eine umfassende Überwachung und Analyse der Auswirkungen der Strahlung auf elektronische Systeme. Mit SATDOS-1 können Weltraummissionen die Herausforderungen der Weltraumstrahlung sicher bewältigen und so den Erfolg der Mission und die Sicherheit der Raumfahrzeuge gewährleisten.

 

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