Entwurf und Umsetzung eines rekonfigurierbaren Schaltmatrix-Satelliten-Experiments zum Nachweis der Raumfahrttauglichkeit keramischer Mikrowellenschaltungstechnologie

摘要

Die Informations- und Kommunikationstechnik ist einer der wesentlichenGrundpfeiler der technischen Entwicklung des vergangenen Jahrhunderts.Gerade für die Erschließung geografisch ausgedehnter als auch abgelegenerGebiete mit Kommunikationsinfrastruktur, Broadcasting, etc. werdensatellitengestützte Systeme eingesetzt. Um aktuelle Technologien in derRaumfahrt einsetzen zu können, bedarf es dem Nachweis derRaumfahrtqualifikation aller Komponenten. Da nicht jede Technologiegeeignet ist und der Qualifikationsprozess aufwendig und mit hohen Kostenverbunden ist, beträgt die zeitliche Verzögerung typischerweise mehrereJahre oder Jahrzehnte und wird nur bei großen zu erwartenden Vorteilendurchgeführt. Die Low Temperature Co-fired Ceramics-Technologie (LTCC)ermöglicht durch die dreidimensionale Integration passiverLeitungsstrukturen kompakte Module hoher Funktionsdichte, geringer Masseund ermöglicht hermetische Gehäuse für integrierte Schaltkreise. DieBerücksichtigung prozessbedingter Geometrieabweichungen im Entwurfsprozesszusammen mit der genauen Kenntnis der elektrischen Materialparameter stellteine wichtige Vorraussetung dar, um eine hohe Ausbeute und eine guteÜbereinstimmung zwischen Messdaten und Simulationsergebnissen zu erzielen.Im Rahmen dieser Arbeit wird die Entwicklungen, die Optimierung und derQualifikationsprozess eines Schaltmatrixexperiments beschrieben. Dabeiwerden die aufgebauten Modelle vorgestellt, die Ergebnisse der Umwelttestsausgewertet und Optimierungen am Modul sowie an der Aufbau- undVerbindungstechnik vorgenommen. Die Ergebnisse der mechanischenUntersuchung werden mit numerischen Methoden nachvollzogen.Aufbauend aufden grundlegenden keramischen Modulen wurde ein System entworfen, welchesim All selbstständig Messdaten aufnimmt und so Rückschlüsse auf dieFunktionsfähigkeit der Komponenten erlaubt. Das Schaltmatrixexperimentwurde als der Teil der KERAMIS-Nutzlast in den Testsatelliten TET-1(Technologieerprobungsträger) integriert. Die einjährige OOV-Mission(On-Orbit Verification) begann mit dem Start der Trägerrakete am 22. Juli2012. Anhand der verfügbaren Messdaten konnte keine Beeinflussung derFunktionsfähigkeit festgestellt werden.Darüber hinaus werden verschiedeneKonzepte für den modularen Aufbau komplexerer Schaltmatrizen basierend aufdem 4x4 Schaltmatrixmodul vorgestellt und diskutiert.