In den letzten Jahren ist bei Kommunikationssatelliten ein neues Paradigma aufgekommen: Von einer modellbasierten Flotte mit mehreren „großen“ GEO-Satelliten hin zu einem neuen Ansatz mit vielen (100 +) LEO-Satelliten-Konstellationen. Einige Akteure wie OneWeb oder SpaceX haben bereits begonnen, solche großen Konstellationen zum Einsatz zu bringen, während Amazon und andere ebenfalls diesen Weg einschlagen.

Allerdings bringt dieses neue Konzept auch riesige Herausforderungen mit sich und zwar nicht nur bei den Weltraumfahrzeugen, sondern auch im Bodensegment. Die historisch im Einsatz befindlichen Lösungen für die Steuersoftware der Bodenkontrollzentren von GEO-Satelliten sind für große LEO-Konstellationen nicht mehr anwendbar.

Entscheidende Triebkraft ist hier die Skalierbarkeit. Sowohl die Bodenantennen als auch die Steuersoftware müssen sich bei einer wachsenden Konstellation nahtlos auf Hunderte oder gar Tausende Satelliten skalieren lassen, während die Kosteneffizienz eine bedeutende Triebfeder bei der Produktion machbarer Lösungen darstellt.

In diesem Sinne haben wir 2019 die Entscheidung getroffen, eine vollkommen neue, andersartige und disruptive Initiative mit dem Ziel zu ergreifen, ein neues GMV-Produkt zu schaffen, das die Überwachung und Steuerung großer Konstellationen kleiner und Nano-Satelliten übernimmt.

Dahinter stand der Gedanke, kein herkömmliches Projekt in Form einer vordefinierten Anzahl von Meilensteinen mit einem geschlossenen Umfang auszuführen. Stattdessen haben wir einen Rahmen definiert, der anhand einer umfassenden Untersuchung der Bedürfnisse unserer Kunden den Bedarf berücksichtigt und für das Team auch einen hohen Freiheitsgrad mit Raum für innovative Lösungen vorsieht. Damit nahmen wir die von uns als MiniSats bezeichnete Initiative in Angriff, die zwei unterschiedliche Hauptziele verfolgte:

Einerseits ging es zunächst darum, eine absolut brandneue Bodensoftware zu entwickeln. Die aktuell bei GMV vorhandenen Produkte zur Überwachung und Steuerung von Bodenstationen und Satelliten bieten einen riesigen Funktionsumfang. Für herkömmliche GEO-Satellitenflotten und sogar für Konstellationen mittelgroßer Satelliten ist das außergewöhnlich. Jedoch wurde unseres Erachtens dieser Ansatz dem geforderten neuen Paradigma mit großen Konstellationen kleiner und Nano-Satelliten nicht gerecht. Für diese Anwendung erkannten wir, dass eine ganz anders geartete Alternative erforderlich war, die auf einem einfacheren Ansatz beruht und den Schwerpunkt auf eine in hohem Maße skalierbare und kosteneffektive Lösung legt. Aus unserer Sicht mussten ebenfalls API bereitgestellt werden, um nicht nur mit unseren bestehenden GMV-Produkten sondern auch mit anderen externen Lösungen zusammenwirken zu können.

Als zweites Ziel sollte das von GMV angebotene Portfolio an Bodensoftware-Lösungen auf moderne Technologien ausgerichtet werden. Angesichts der außerordentlichen Evolution, die gegenwärtig in der Software stattfindet und vor allem vom Internet und dem Web im Allgemeinen vorangetrieben wird, erkannten wir die Vorteile, bereits bestehende Komponenten und eine moderne Architektur zu nutzen, die in der Software heute üblich sind und in unsere Systeme integriert werden können.

Um das Projekt durchzuführen, wählten wir dann eine Gruppe erfahrener Ingenieure aus verschiedenen Teilgebieten des Geschäftsbereichs Satellitensteuerung und Missionsplanung von GMV aus. Ziel war, Mitarbeiter heranzuziehen, die nicht nur Erfahrungen bei der Entwicklung von Bodensoftware sondern auch einen starken operativen Hintergrund vorweisen konnten.

Wir entschieden uns, bei der Arbeit einem agilen Rahmen und insbesondere SCRUM zu folgen. Nachfolgend baute das Entwicklungsteam das System iterativ durch regelmäßige Aufnahme neuer, von unserem Produkteigentümer definierter Funktionalitäten auf. Der Produkteigentümer wird ebenfalls von anderen Ingenieuren unterstützt, die über ausgezeichnete Kenntnisse in der Softwareentwicklung und im operativen Bereich verfügen. Dazu zählen nicht nur Ingenieure aus unserem Stakeholder-Team bei GMV sondern auch andere externe Anwender wie unsere Kunden.

Ermöglicht wurde dies durch die regelmäßige Vorstellung des Systems bei den relevanten Akteuren zu verschiedenen Zeitpunkten des Entwicklungsprozesses. In diesem Sinne konnten wir Rückmeldungen entgegennehmen und unsere Entwicklung auf die auf die Bedürfnisse unserer Kunden am besten zugeschnittene Lösung ausrichten.

Schließlich produzieren wir eine ereignisgesteuerte, auf Microservices aufgebaute Architektur mit einschlägigen neuen Technologien wie Grafana für das Frontend oder influxdb für die Datenspeicherschicht, die zudem an einem beliebigen Ort in den Räumlichkeiten des Kunden oder auch remote eingesetzt werden kann. Ein Beispiel wäre bei Amazon Web Services dank der verwendeten Containerisierung.

In diesem Video wird vorgeführt, wie unser MiniSat-System funktioniert:

Autor: Hugo Garzón