Datenverarbeitung, Kommunikation und Energieversorgung

Unsere Welt wäre ohne Kommunikation undenkbar, sie macht den größten Teil unserer Gesellschaft aus. Auch die ISS und mit ihr das europäische Columbus-Labor besitzen ein komplexes System aus Datenverarbeitung und Kommunikation.

Absolut sicher- die Computersysteme

Im Columbus-Labor fallen große Datenmengen an, die vom internen Datenverarbeitungssystem (Data Management System) verwaltet werden. Dieses besteht aus drei Systemen: Das wichtigste ist das so genannte 'Vital Layer'. Dieses übernimmt wichtige Steuerungs- und Überwachungsfunktionen, wie z. B. die Stromversorgung an Bord oder die Sensoren für lebensbedrohliche Zustände.
Außerdem wird über dieses die zweite Komponente, das so genannte 'System Layer' gestartet. Dieses ist das "Arbeitstier" der drei Systeme. Es verwaltet anfallende Daten wie Videoüberwachung oder auch Kabinentemperatur. Außerdem beinhaltet es auch die Massenspeicher, diese entsprechen der Festplatte beim PC, und die Verbindung zum Kommunikationsterminal des Labors. Eine weitere Funktion ist der Start und die Überwachung des 'Payload Layer'. Dieser dritte Bestandteil des Systems ist für die Experimente an Bord zuständig. Im Prinzip könnten so alle Prozesse vom Boden aus ferngesteuert werden.

Die Computersysteme der ISS müssen absolut sicher sein, da durch einen Fehler Menschenleben gefährdet werden könnten. Dazu werden sie speziell angefertigt und durchlaufen ein Qualifikationsprogramm von insgesamt drei Jahren, bevor sie ins All geschossen werden. Wichtige Berechnungen wie die Flugkontrolle werden von vier gleichen Computern ausgeführt, die sich gegenseitig kontrollieren. Damit können Fehler automatisch erkannt und vermieden werden.

Das DMS ist mit einer Prioritätsschaltung ausgestattet, die bei Energieengpässen den Vital- und System Layers höhere Wichtigkeit einräumt als dem Payload Layer, der die Experimente überwacht. So wird den Lebenserhaltungssystemen immer Vorrang vor den Experimenten gewährt.

Ein Datenstrom gelangt zur Erde

Die Daten, zum Beispiel die Ergebnisse eines Experimentes, werden nun über eine gemeinsame Datenleitung zum Empfängersegment, der Funkanlage des Labors geschickt.

Von da aus kommt "unser" Datenstrom zum ersten Punkt seiner Reise. Das wird zunächst ein NASA-Kommunikationssatellit, solange der neue Relais-Satellit "Artemis" der ESA noch nicht seine Bestimmungshöhe erreicht hat. Die Daten werden dann über den NASA-Satelliten an die NASA-Kontrollstation geleitet. Diese Der Artemis- Satellit
sendet sie dann weiter zur ESA-Kontrollstation. Hier kommt der Datenstrom endlich zu seiner eigentlichen Bestimmung und wird ausgewertet.

Wenn die ESA andersherum Daten und Befehle zum Columbus-Modul hoch senden will, läuft dies ebenfalls noch über die NASA. Die Rechner auf der ISS arbeiten nur mit 12 MHz, weit weniger als ein moderner PC, deshalb werden die Daten mit 72 kbit pro Sekunde hoch geschickt, etwas mehr als eine ISDN-Verbindung ins Internet. Die Datenmenge ist so niedrig gehalten, damit so wenig Daten wie möglich verloren gehen. Von der ISS zum Boden beträgt die Geschwindigkeit 192 kbit/s, was dreifacher ISDN-Geschwindigkeit entspricht. Verschiedene Luftschichten können die Daten zerstreuen und reflektieren. Um das zu verhindern, wird eine Zyklussendung eingeführt, d.h. die Datensendung wird ständig wiederholt, so dass der Computer im Modul fehlende Daten bei jeder Sendung ergänzen kann.

Auch Raumstationen brauchen Strom

Die Stromversorgung der ISS erfolgt über die auffälligen Sonnensegel. Diese liefern 120V Gleichstrom für die gesamte Station. In jedem Modul kann die Spannung nach Bedarf herunter geregelt werden.
Die Solarzellen werden wegen ihrer großen Flächen häufig von kleinen und größeren Trümmerstücken getroffen. So fallen nach und nach immer mehr Abschnitte auf den Flächen aus und die Leistung nimmt ab. Dies ist mit eingeplant, so dass von Anfang an mehr Leistung als nötig zur Verfügung steht.

Kommunikation

Audio/Intercom ISS-interne Sprachverbindung
UHF ISS – Astronauten – Verbindung (z.B. Weltraumspaziergänge)
S-Band Datenübertragung von Navigations- und Kommandodaten. (ca.2 mal schneller als ein ISDN-Modem)
Ku-Band Unterstützung für S-Band, Übertragung von Nutzlastdaten
Video Signale der Videoüberwachung
GPS Positionsbestimmung
Der Frequenzbereich, über den die Kommunikation läuft, beginnt bei der „Ultra_High-Frequency“ (UHF = ca.300MHz) und endet bei einer Versuchsfrequenz (ca. 50.200MHz; Vergleich Radio: 88-107MHz). Die Daten werden teilweise über normale Stabantennen und bei höheren Frequenzen über Schüsseln abgestrahlt.

Sarah Göbel und Philipp Reiß