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Internationale Raumstation ISS

Signale im Weltall

Nirgendwo sind die Anforderungen höher als in der Raumfahrt. Besonders der Kommunikationstechnik kommt hier eine lebenswichtige Rolle zu. So auch den Switches im Joint Station Local Area Network (JSL) an Bord der internationalen Raumstation ISS.



Bild: NASA

Die ISS dient zur Durchführung von Forschungsprojekten, der Untersuchung von Langzeitmissionen im Weltraum sowie der Vermittlung von kulturellen und ausbildungsbezogenen Informationen für Schüler und interessierte Gruppen wie Funkamateure. Hauptaufgabe der ISS sind wissenschaftliche Experimente. Hierfür müssen die notwendigen Geräte und Anlagen in den Orbit transportiert werden. Diese Versuchsaufbauten nutzen vor allem kommerzielle Standardprodukte, um Kosten und Entwicklungszeit zu senken.

Feindliche Umgebung für Mensch und Material

Die Octopus-Switches von Belden an Bord der ISS sind Teil der Kommunikations-systeme im russischen und im amerikanischem (USOS) Segment der Raumstation. Im amerikanischen Segment ist der Octopus im Tranquility-Modul (Node 3) installiert, das gegenüber der dortigen Luftschleuse liegt. Dies beherbergt auch die Cupola, das große segmentierte Fenster, das man von vielen Fotos kennt. Der Switch stellt mehrere Ethernet-Leitungen zwischen Tranquility-Modul und Cupola bereit, um die dortigen Aktivitäten der Crew mit den Einrichtungen zu unterstützen. Die verschiedenen Daten werden durch drei virtuelle lokale Netze (VLANs) getrennt. Zurzeit transportiert der Switch die Daten über das gemeinsame LAN der Raumstation (JSL) für Angelegenheiten der Besatzung wie Prozessbeobachtung, IP-Telefonie und NetMeeting (private Arzt- und Familienkonferenzschaltungen). Künftig soll er auch dazu eingesetzt werden, HD-Videos aus der Cupola zur Bodenstation zu senden.



Bild: NASA

Robuste Netze im Weltraum

Unter Weltraumbedingen hat Zuverlässigkeit höchste Priorität. An Bord der ISS sind die Switches erheblicher Strahlung ausgesetzt. Die Strahlung in einem unter Luftdruck stehenden ISS-Modul ist etwa 100 Mal höher als auf der Erde. 90 Prozent dieser Strahlung werden durch schnelle Protonen verursacht. Daher wurden viele Tests durchgeführt, in deren Verlauf verschiedene Teile der Octopus-Platine energiereichen Protonenstrahlen ausgesetzt wurden. Die strahlungsempfindlichsten Teile sind die hoch komplexen integrierten Schaltungen, das heißt der Switching Chip und ein CPLD (Complex Programmable Logic Device). Die Testergebnisse sowie die Erfahrungen aus der Installation im russischen Teil der ISS führten 2011 zu der Entscheidung diese Switche auch im amerikanischen Teil zu installieren. Seither arbeiten die Switche einwandfrei. Die Lösung besteht aus:

  • Ethernet-Switches vom Typ Octopus 16M und 8M mit vibrationsfesten M12-Steckern
  • VLANs werden zur Trennung der unterschiedlichen Datenkategorien genutzt
  • Eingesetzt wird eine Sterntopologie
  • Die Verkabelung wird mittels teflonisolierter Kabel realisiert.


  • Bild: NASA
     

    Die ISS auf einen Blick

    Als multinationales Projekt der Nationen USA (Nasa), Kanada (CSA), Europa (ESA), Russland (Roskosmos) und Japan (Jaxa) ist die internationale Raumstation ISS das größte künstliche Objekt im Orbit. Mit dem ersten Modul startete die Station 1998 und soll bis mindestens 2020 betrieben werden. Die modulare Struktur umfasst zehn unter Druck stehende Module und über 100 weitere Komponenten. Bei einer Masse von beinahe 500 Tonnen hat die ISS eine Spannweite von 108 Metern und ist insgesamt 88 Meter lang. In einer Höhe von 400 Kilometern umkreist sie die Erde mit einer Geschwindigkeit von 28.000 Kilometern pro Stunde. Die Umlaufzeit beträgt rund 1,5 Stunden.


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