Elissa

Experimentalumgebung für Nahbereichs-, Rendezvous- und Docking-Operationen

(Experimental Lab for Proximity Operations and Space Situational Awareness, ELISSA)

Ziele und Umfang von ELISSA

Das Erreichen eines hohen Technologie-Reifegrads (TRL) ist korreliert mit der Verwendung einer hochgenauen Testumgebung, die das Verhalten von Raumfahrzeugen und ihrer Subsysteme detailgetreu modelliert und simuliert. Die ELISSA-Testumgebung am Institut für Raumfahrtsysteme stellt genau diese Bedingungen bereit und ermöglicht:

• Die Emulation von Schwerelosigkeit und Kontaktdynamik im Orbit durch reibungsfrei schwebende Satellitensimulatoren auf einem Luftkissen
• Präzise Positions- und Lagebestimmung durch Verwendung eines fortschrittlichen Motion Capture Systems
• Die Emulation von Satelliten-Subsystemen mithilfe von 3D-gedruckten, computergesteuerten Modellen

Das ELISSA-Labor, das sich auf drei Räume verteilt (einen Luftlagertischraum, einen Luftzufuhrraum und einen Kontrollraum), besteht aus den folgenden 4 Teilsystemen:

• Das Teilsystem Aeromechanik,  bestehend aus einem Luftlagertisch (im Luftlagertischraum) und zwei Gebläsen (im Luftzufuhrraum), ist für die Förderung der Luftmasse und die Erzeugung des Luftkissens für die Freeflyer zuständig. Im Gegensatz zu herkömmlichen Luftlagertischen, bei denen Druckluftflaschen auf den Freeflyern verwendet werden, um  ein Luftkissen zu erzeugen, ist der ELISSA-Luftlagertisch in der Lage mittels der integrierten SmartNozzle^TM-Technologie ein kontinuierliches Luftkissen bereitzustellen, das nicht durch die Füllmenge der mitgeführten Flasche begrenzt ist und somit die Durchführung von Langzeitexperimenten ermöglicht.
• Die Freeflyer befinden sich im Luftlagertischraum und werden zur Emulation von Satelliten eingesetzt. Sie können im autonomen Modus oder durch Fernsteuerung vom Kontrollraum aus betrieben werden. Derzeit werden zwei unterschiedlich große Klassen Freeflyer verwendet, die kleinere Hamilcar-Klasse und die größere Hannibal-Klasse.
• Das Motion Capture Teilsystem befindet sich im Luftlagertischraum und besteht aus 6 OptiTrack-Kameras und einem Netzwerk-Switch. Es ermöglicht die Erfassung von Position und Lage der Freeflyer mit geringer Latenz und hoher Präzision.
• Die Missionskontrolle befindet sich im Kontrollraum und enthält alle notwendigen Geräte für den Betrieb der gesamten Simulationsumgebung sowie zur Überwachung und Steuerung der auf ELISSA durchgeführten Experimente.

Aktuelle Anwendungen auf ELISSA sind:

• Kontaktdynamiktest wie z.B. Gecko-Docking-Mechanismen
• Rendezvoustests zur aktiven Entfernung von Weltraummüll
• Verifizierung von Navigations- und Steuerungsalgorithmen
• Additive Fertigung im Weltraum

Weitere mögliche Anwendungen auf ELISSA sind:

• Formationsflugversuche
• Tests zur Entfaltung von Solarpanelen
• On-Orbit Service- und Telepräsenz Operationen
• Roboter-Montagetests

Veröffentlichungen

C. Trentlage, J. Yang, M. K. Ben Larbi, C. A. de Alba Padilla, and E. Stoll, “The ELISSA Laboratory: Free-Floating Satellites for Space-Related Research,” in Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress, Friedrichshafen, Germany, Sep. 2018.