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Dezentrale Softwareinfrastruktur für modulare Raumfahrtsysteme

Dezentrale Softwareinfrastruktur für modulare Raumfahrtsysteme

Teilvorhaben: Digitale Zwillinge und Services

Projektbeschreibung

Modulare Raumfahrtsysteme setzten sich aus einer Vielzahl von Modulen zusammen, die ihrerseits ein oder mehrere Cyber-Physische Systeme (CPS) beinhalten. Die stufenweise Integration dieser Komponenten ergibt die Funktionalität des gesamten Raumfahrtsystems. Ein CPS setzt sich in dieser Betrachtungsweise aus einem physischen Teil (dem Asset, z.B. ein Sensor) sowie dem zugehörigen Controller (z.B. Sensor-Firmware), und einem virtuellen Teil dem „Digitaler Zwilling“ (DZ) zusammen. Ein DZ stellt in diesem Fall eine umfassende virtuelle Abbildung seines jeweiligen Assets zur Verfügung. Er verwaltet das Asset eigenständig und eigeninitiativ, kennt dessen Zustand, kann ihn bewerten und in die Zukunft prognostizieren. Ferner stellt der DZ alle relevanten Aspekte seines Assets über eine einheitliche Softwareschnittstelle in Form von „Asset Services“ zur Verfügung. Seinerseits beschreibt der DZ seine Eigenschaften und Funktionen gegenüber weiteren DZ, so dass diese sich untereinander vernetzen und gemeinsam übergeordnete Funktionen (z.B. Lageregelung) bis hin zu einer gesamten Satellitenfunktionalität umsetzen können. Im Rahmen dieses Vorhabens soll eine dezentrale Softwareinfrastruktur entwickelt werden, welche die Grundlage für die Realisierung und Vernetzung von DZ und damit den Betrieb von modularen Raumfahrtsystemen im oben beschriebenen Sinne bildet. Im Gegensatz zu einer klassischen monolithischen Systemstruktur bietet die vorgeschlagene Vernetzung eigenständiger CPS über ihre DZ in einer dezentralen Struktur ein Maximum an möglicher Redundanz und ermöglicht In-Orbit Upgrade und Maintenance. Das vorgeschlagene Konzept lässt sich hierbei nahtlos auf den Betrieb verteilter Systeme (z.B. Satellitenschwärme) sowie in terrestrische Anwendungen (z.B. Steuerung von Produktionsanlagen) übertragen. Die entwickelte Infrastruktur soll auf Raumfahrt-repräsentativer Hardware in Form von vier prototypischen Modulen mit exemplarischen Software-Services demonstriert werden.

Kooperationspartner

  • Institut für Mensch-Maschine-Interaktion, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
  • Lehrstuhl für Informatik VIII – Informationstechnik für Luftund Raumfahrt Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Unterauftragnehmer

  • SpaceTech GmbH Immenstaad
  • iBOSS Solutions GmbH

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Das Projekt wird unter dem Förderkennzeichen 50RA2102 vom Bundeministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK, ehemals BMWi) im Rahmen des Programms "Förderung von Vorhaben im Bereich Automatisierungstechnologien & Robotik – Receiving" gefördert und vom DLR e.V. betreut.

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