Unified Monitoring of Spacecrafts

• Main Author: Dannemann, Frank
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: 2015
• Subjects: Raumfahrzeug; Überwachungstechnik; Monitoring; Software; ddc:000
• Online Access: https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/11593; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-115934; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-115934; https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/11593/Dannemann_Frank_Diss.pdf

Within this thesis a new philosophy in monitoring spacecrafts is presented: the unification of the various kinds of monitoring techniques used during the different lifecylce phases of a spacecraft. The challenging requirements being set for this monitoring framework are: - "separation of concerns" as a design principle (dividing the steps of logging from registered sources, sending to connected sinks and displaying of information), - usage during all mission phases, - usage by all actors (EGSE engineers, groundstation operators, etc.), - configurable at runtime, especially regarding the level of detail of logging information, and - very low resource consumption. First a prototype of the monitoring framework was developed as a support library for the real-time operating system RODOS. This prototype was tested on dedicated hardware platforms relevant for space, and also on a satellite demonstrator used for educational purposes. As a second step, the results and lessons learned from the development and usage of this prototype were transfered to a real space mission: the first satellite of the DLR compact satellite series - a space based platform for DLR's own research activities. Within this project, the software of the avionic subsystem was supplemented by a powerful logging component, which enhances the traditional housekeeping capabilities and offers extensive filtering and debugging techniques for monitoring and FDIR needs. This logging component is the major part of the flight version of the monitoring framework. It is completed by counterparts running on the development computers and as well as the EGSE hardware in the integration room, making it most valuable already in the earliest stages of traditional spacecraft development. Future plans in terms of adding support from the groundstation as well will lead to a seamless integration of the monitoring framework not only into to the spacecraft itself, but into the whole space system. === Im Rahmen dieser Arbeit wird eine neue Philosophie der Überwachung von Raumfahrzeugen vorgestellt: die Vereinigung der verschiedenen Arten von Überwachungstechniken, die während der verschiedenen Entwicklungsphasen eines Raumfahrzeuges verwendet werden. Die Anforderungen an dieses Monitoring Framework sind: - "Separation of Concerns" als Designprinzip, - Nutzung während aller Missionsphasen, - Nutzung durch alle beteiligten Akteure, - Konfigurierbarkeit zur Laufzeit, insbesondere in Bezug auf die Detailebene der Protokollierung, und - sehr niedriger Ressourcenverbrauch. Zunächst wird ein Prototyp des Frameworks als Support-Bibliothek für das Echtzeit-Betriebssystem RODOS entwickelt. Dieser Prototyp wurde auf dedizierten Raumfahrt-relevanten Hardware-Plattformen und auf einem Satelliten-Demonstrator getestet. In einem zweiten Schritt werden die Ergebnisse und Erfahrungen aus der Entwicklung und Nutzung dieses Prototypen auf eine echte Weltraummission übertragen: den ersten Satelliten der DLR Kompakt-Satelliten-Serie. Im Rahmen dieses Projektes wird die Software des Avionik-Subsystems durch eine leistungsstarke Logging-Komponente ergänzt, die das traditionelle Housekeeping erweitert und umfangreiche Filter- und Debugging-Techniken für die Überwachung und Analyse bereitstellt. Diese Logging-Komponente bildet den Hauptteil der Flug-Version des Frameworks. Sie wird ergänzt durch entsprechende Auswerte- und Konfigurations-Software, die auf den jeweiligen Entwicklungscomputern bzw. dem EGSE-Equipment im Integrationsraum ausgeführt wird. Hierdurch kommt das Unified Monitoring Framework bereits in sehr frühen Phasen der Entwicklung eines Raumfahrzeuges zum Einsatz. Zukünftige Pläne in Bezug auf die Einbettung der bodengebundenen Bestandteile des Frameworks in die Infrastruktur der Bodenstation führen letztlich zu einer nahtlosen Integration in das operationelle Szenario.