USB für resilientere, nachhaltigere und effizientere Raumfahrtinfrastruktur
Moderne Raumfahrzeuge sind oft mit proprietären Schnittstellen zur Diensten ausgestattet, wodurch Interoperabilität zwischen Missionen, Forschungsagenturen oder kommerziellen Unternehmen verhindert wird. In diesem fragmentierten Umfeld kann ein Satellit, der mit einer bestimmten Schnittstelle konzipiert wurde, nicht von einem anderen Raumfahrzeug unter Einsatz eines anderen Anschlusses gewartet oder zusammengebaut werden, was die Entwicklung eines skalierbaren, nachhaltigen, wartbaren und einheitlichen Ökosystems für Weltraumkommunikation und -dienstleistungen erschwert. Die 2024 gestartete Arbeit des EU-finanzierten Projekts SPACE USB(öffnet in neuem Fenster) widmet sich diesem Problem. Dazu werden die Grundlagen für ein genormtes, serielles und universelles Verbindungssystem geschafften – einen echten universellen seriellen Bus (USB) für Weltraumerforschungssysteme. Das Projektteam zielt darauf ab, mithilfe des mechanisch-elektrischen Adapters bzw. der projektintern entwickelten gemeinsamen passiven Schnittstelle (Common Passive Interface; CPI) eine mechanische Kopplung und einen Daten-/Energieaustausch zwischen den drei wichtigsten europäischen Raumfahrtdienstleistungsschnittstellen HOTDOCK, SIROM und iSSI zu ermöglichen, ohne deren individuelle Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen. „Diese Anstrengung ist unerlässlich, um das volle Potenzial der Wartung in der Umlaufbahn, der robotischen Montage und des modularen Raumfahrzeugdesigns auszuschöpfen und gleichzeitig Weltraummüll zu reduzieren und eine kreislauforientiertere Weltraumwirtschaft zu ermöglichen“, erklärt Matisse Briand, Berater für nachhaltige Innovation beim französischen SPACE USB-Projektpartner In Extenso Innovation Croissance. Die gemeinsame passive Schnittstelle wird außerdem symmetrisch, kompakt und mit Roboterarmen und Orbitalersatzeinheiten kompatibel sein. Damit wird zudem zukünftigen universellen genormten Schnittstellen der Weg bereitet, die zum Rückgrat interoperabler Operationen mit Satelliten in verschiedenen Umlaufbahnen werden könnten.
Meilensteine der Interoperabilität
Bis heute hat das Team von SPACE USB mehrere wichtige Meilensteine erreicht, die die Grundlage für die Interoperabilität bei der Wartung im Orbit bilden. Einer davon ist eine umfassende, hochmoderne Untersuchung, die rund einhundert multifunktionale Verbindungslösungen aus Europa, den Vereinigten Staaten und Asien abdeckt. HOTDOCK, SIROM und iSSI sowie kommerziell erhältliche Systeme wurden jeweils anhand von mehr als siebzig technischen Kriterien analysiert, darunter mechanische, elektrische, thermische und operative Eigenschaften. „Diese Untersuchung verdeutlichte sowohl die Vielfalt der Schnittstellenkonzepte als auch den Mangel an Konvergenz und unterstreicht damit die Notwendigkeit einer allgemeinen Norm“, berichtet Briand. Aufbauend auf den Ergebnissen der Umfrage wurde innerhalb von SPACE USB ein Normungsrahmenwerk mit definierten mechanischen Symmetrien, Datenprotokollen und Leistungsbereichen geschaffen, um die Kompatibilität zwischen verschiedenen Systemen zu gewährleisten. Die daraus resultierenden Referenzspezifikationen werden als Grundlage für zukünftige europäische und internationale Schnittstellendesigns dienen. Auch beim mechanischen und elektrischen Design der gemeinsamen passiven Schnittstelle wurden bedeutende Fortschritte erzielt. Das Projektteam finalisiert gegenwärtig den Prototyp gemäß Technologie-Reifegrad 4(öffnet in neuem Fenster) für Robotiktests im letzten Quartal von 2025. SPACE USB befindet sich nun in der experimentellen Phase, wobei die dynamische Validierung in einem Robotik-Testbett im Mittelpunkt steht. Als Ziel gilt, die mechanische Interoperabilität bei wiederholten Andock-/Abdockzyklen und die Ausrichtbarkeit über verschiedene Roboterarme hinweg sowie die elektrische Kontinuität und Datenintegrität nach dem Verbinden/Verriegeln zu gewährleisten. Mit der gemeinsamen passiven Schnittstelle des Projekts SPACE USB (SPACE Universal Serial Bus) wird Wettbewerbsfähigkeit durch herstellerneutrale Kompatibilität möglich und es werden Abhängigkeiten von einzelnen Missionen verringert sowie die Kosten durch Modularität, Wiederverwendbarkeit und reduzierte Designbeschränkungen gesenkt. Außerdem werden Missionen flexibler gestaltet und die Entstehung orbitaler Ökosysteme unterstützt, die auf robotischer Montage, Plug-and-Play-Nutzlasten und nachhaltiger Infrastruktur beruhen. Briand kommt zu dem Schluss: „Letztlich bildet SPACE USB einen Eckpfeiler in Europas Fahrplan für die Wartung im Weltraum und stärkt die Autonomie und Führungsrolle des Kontinents in den Bereichen orbitale Nachhaltigkeit und Innovation.“ Wenn Sie Ihr Projekt als „Projekt des Monats“ sehen wollen, schreiben Sie uns einfach eine E-Mail an editorial@cordis.europa.eu und sagen Sie uns, warum wir Ihr Projekt vorstellen sollten.