Am 20. Juni 2024 wird Kinéis, ein französischer Satellitenbetreiber und Anbieter globaler Konnektivität für das Internet der Dinge (IoT), seine Konstellation von 25 Nanosatelliten mit Rocket Lab starten, die erste europäische Konstellation für das IoT mit globaler Abdeckung. Satellitenkonstellationen sind schon noch eher selten, aber die Aufstellung der Kinéis-Konstellation ist eine Premiere und die Entdeckung eines neuen Raumfahrtsektors, den Frankreich zu erobern ansetzt.

Nanosatelliten: die Revolution der Miniaturisierung

Bis zur Verfügbarkeit von miniaturisierter Elektronik entwarfen und bauten die Raumfahrtagenturen und -hersteller in den 80ern und 90ern noch Satelliten von der Größe eines Autos oder eines Minibusses, proportional zur Größe der Nutzlasten (der Missionsinstrumente) gesehen.

Diese Satelliten waren teuer in der Herstellung, und ihre technische Qualifizierung und Erprobung dauerte sehr lange: Zwischen Phase Null der Projekte und dem Betrieb der Satelliten lagen 10 bis 20 Jahre.

Mit der Miniaturisierung kamen mikroelektronische Komponenten aus der Welt der Telekommunikation, die eine größere Rechenkapazität bieten und gleichzeitig viel billiger sind und wenig Energie verbrauchen. Diese Komponenten finden sich in Nutzlasten, die Telekommunikations- oder IOT-Missionen unterstützen (wie im Fall von Kinéis und seinen Nutzlasten), aber auch in Bordcomputern oder Energieverwaltungs- und -verteilungsanlagen, die von der Satellitenplattform bereitgestellt werden. Die Satelliten wurden damit plötzlich kleiner.

Die Miniaturisierung brachte weitere Vorteile: Für den Preis eines Satelliten konnten etwa zehn Nanosatelliten hergestellt werden. Diese wirtschaftliche Logik führte auch zu der Entscheidung, Systeme auf der Grundlage von Konstellationen zu entwickeln, die zuvor mit Standardsatelliten viel teurer waren.

Die Trägerraketen haben sich angepasst: Private Mikro-Trägerraketen können nun diese Nanosatelliten in die Umlaufbahn bringen.

Die Eintrittskarte in den Weltraum ist im Vergleich zu den großen Trägerraketen viel erschwinglicher geworden. Im Fall von Kinéis wird jeder der 5 Starts nur 150 kg Nutzlast (5 Nanosatelliten) tragen. Die Wahl einer Mikro-Trägerrakete entsprach daher genau den Bedürfnissen des Unternehmens aus Toulouse für den Aufbau seiner Konstellation.

Kinéis-Nanosatelliten: Innovation für globale Konnektivität

Der Kinéis-Nanosatellit hat ein Volumen von 16 Milchtüten und wiegt nur 28 kg. Mit ausgefahrenen Solarzellen misst er 1,40 m (Höhe) x 1,60 m (Länge). Dieser kleine Satellit vereint einzigartiges Know-how, sowohl für seine Navigation als auch für seine beiden Aufgaben: das Internet der Dinge und AIS (automatisches Schiffsidentifikationssystem).

3 Antennen für IoT- und AIS-Aufgaben

Das Antennensystem ist eine der Besonderheiten der Kinéis-Satelliten, insbesondere die doppelte UHF-S-Antenne, die sich selbst entfaltet. Aufgrund der Größe der Nanosatelliten musste ein neues Konzept einer kleinen, faltbaren Antenne entworfen und entwickelt werden.

Die duale UHF-S-Antenne erfüllt diese Anforderungen und besteht aus einer faltbaren UHF-Antenne, an der eine starre S-Band-Antenne befestigt ist. Die Baugruppe wurde im Hinblick auf die Startbedingungen (Vibrationen), die besonderen Leistungsanforderungen für diese Art der Sammlung kleiner Nachrichten und ihre Kompaktheit qualifiziert.

Die ausfahrbare UHF-Antenne (Ultra High Frequency) ist für die IoT-Konnektivität bestimmt. Sie ist ein Produkt von CNES R&T und wurde gemeinsam von Cobham Aerospace Communications und Comat entwickelt und von Comat, einem in Toulouse ansässigen Unternehmen, hergestellt. Diese Antenne ermöglicht einen hochempfindlichen Empfang von Nachrichten, die von IoT-Terminals auf der Erde gesendet werden. Sie kann auch kleine Nachrichten an dieselben Endgeräte senden. Ihre Innovation liegt in den 4 starren Metallsträngen aus Berylliumkupfer (ein hartes Leichtmetall), die einer DNA-Kette ähneln und zwei Funktionen erfüllen: Sie strahlen die Funkfrequenzen für das IoT ab und spielen eine Rolle im Entfaltungsmechanismus der Antenne.

Die S-Band-Antenne (entwickelt und hergestellt von Cobham Aerospace Communications) kommuniziert mit den 20 Bodenstationen des Kineis-Systems, um die an Bord gesammelten Missionsdaten weiterzuleiten.

Ein weiteres Beispiel für Innovation ist die AIS-Antenne (Automatic Identification System), die mit einer bahnbrechenden Technologie ausgestattet ist, die speziell für die zweite Kineis-Satellitenmission entwickelt wurde. Kineis-Satellitenmission entwickelt wurde. Sie ist für das automatische Identifizierungssystem (AIS) für den Seeverkehr bestimmt, ein Antikollisionssystem, das es Schiffen und Überwachungssystemen für den Seeverkehr ermöglicht, die Identität, den Status, die Position und die Route eines Schiffes in einem dichten Schifffahrts- oder Fischereigebiet zu bestimmen.

Die AIS-Antenne von Kinéis sorgt für einen besseren Empfang, da das Signal eines Schiffes von jedem der 6 unabhängigen Metallstränge aus Edelstahl empfangen wird. Dieses System erhöht die Empfangsrate von Schiffen in Gebieten mit hoher Schiffsdichte (Nordeuropa, Singapur) auf bis zu 80 % (tägliche Erkennungsrate bei großen Schiffen), im Vergleich zu Einstrang-Satelliten, die 10 oder 20 % Erkennung erreichen.

Die IoT-Nutzlast

Das Instrument, das die IoT-Mission durchführt, ist in Bezug auf Volumen und Masse zehnmal kleiner als frühere Satellitengenerationen. Thales Alenia Space und Syrlinks haben die technologische Herausforderung der Miniaturisierung der Nutzlast gemeistert, die dreimal weniger Energie verbraucht als aktuelle IoT-Nutzlasten.

Das elektrische Triebwerk

Nicht alle Satelliten sind mit einem Triebwerk ausgestattet. Dieses Merkmal ermöglicht 4 Aktionen auf den Kinéis-Nanosatelliten:

Positionierung des Satelliten auf seiner Umlaufbahn nach der Trennung von der Trägerrakete, Aufrechterhaltung des Satelliten in der Umlaufbahn, Debris-Vermeidungsmanöver, De-orbiting.

Das elektrische Triebwerk, das von zwei Solarpaneelen angetrieben wird, hält Kurs und somit die Genauigkeit der Abdeckung dauerhaft aufrecht.

Die 25 Nanosatelliten der Konstellation befinden sich in 5 niedrigen polaren Umlaufbahnen in 650 km Entfernung von der Erde, so dass sie den gesamten Globus überfliegen können.

Diese auf 5 Bahnebenen optimierte Konstellation, die durch den elektrischen Antrieb jederzeit gesteuert wird, ist die DNA des Kinéis-Systems. Dank dieser Konstellation von 25 Nanosatelliten und einem Netz von 20 Bodenstationen ist es möglich, jedes beliebige Objekt auf der Welt zu verbinden und Daten nahezu in Echtzeit an den Endnutzer zu übertragen.

Einen weiteren Beleg für die Kreativität hinter diesem Produkt liefert schon der Missionsname:

No time Toulouse.

Quelle: https://www.kineis.com/en/nanosatellites-kineis-size-doesnt-matter/