DE3940041C2 - Satellit - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Satelliten nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Satelliten oder Satellitensysteme zur Erdbeobachtung, beispielsweise Meteosat, sind bekannt. Nach Elektor, Heft 6, Juni 1987, S. 20, 2. Abs. 2 ab Zeile 1 findet die Bildverarbeitung beim Meteosat-System auf der Erde statt. Meteosat sendet somit keine unmittelbaren, sondern nur die in Darmstadt aufbereiteten Bilder aus. Der beschriebene Umweg über eine bodenseitige Anlage zur Daten- bzw. Bildaufbereitung ist erforderlich, weil die zur Daten- und Bildverarbeitung erforderlichen Einrichtungen an Bord eines bisherigen Satelliten aus Gewichts- und Volumengründen nicht installierbar sind.

Ferner ist es aus der Zeitschrift International Journal of Satellite Commucations, Vol. 6, 127-140 (1988) "An experimental optical link between an earth remote sensing setellite, Spot 4, and a European Data Relay Satellite", bekannt, zum Datenaustausch zwischen verschiedenen Satelliten optische Übertragungswege zu verwenden.

Aus der DE 31 01 368 A1 ist es weiterhin bekannt, bei einer Vorrichtung zur Durchführung von Grundlagenexperimenten unter Schwerelosigkeit in einer Erdumlaufbahn, wobei die aus zwei miteinander koppelbaren Einheiten besteht, von denen die eine als Operationseinheit mit an sich bekannten, für den Daueraufenthalt in einer Umlaufbahn erforderlichen Untersystemen für die Stromversorgung, die Lageregelung, den Thermalhaushalt, Nachrichtenverbindungen, Dockmechanismen und ähnliches, sowie mit für die Durchführung der Experimente erforderlichen speziellen Vorrichtungen wie Energieversorgungseinrichtungen, Steuermechanismen mit zugehöriger Elektronik, Meßeinrichtungen mit Elektronik, Manipulatoren usw. ausgerüstet ist, während die andere als Transporteinheit mit Vorrichtungen zum Transport und zur Übergabe bzw. Übernahme der Experimentmodule an die/von der Operationseinheit ausgerüstet ist und Antriebsmittel sowie Steuer- und Dockungsmittel aufweist, mit deren Hilfe die Transporteinheit mit der Operationseinheit koppelbar ist.

Bei bisherigen Satellitensystemen, auch bei denen, die zur Erdbeobachtung dienen, sind folgende Nachteile festzustellen.

• - Die per Satellit gelieferten Daten stehen nur dem jeweiligen Betreiber des Systems zur Verfügung, da dieser außer über entsprechende Empfangsanlagen allein über die Einrichtungen zur Aufbereitung und Auswertung der Daten verfügt, wobei diese aufgrund einer aus kommerziellen Gründen durchgeführ­ ten Verschlüsselung für Dritte unbrauchbar sind.
• - Die an Bord des Satelliten befindlichen elektronischen Einheiten sind weder geeignet, höhere Datenaufbereitungs- und Datenauswertungs-Operationen auszuführen, noch können sie aus mittel- bis langfristigen Beobachtungen gewonnene Informationen aufgrund eigener Lernvorgänge interpretieren und den Benutzer auf künftige Entwicklungen hinweisen.
• - Die Nutzungsdauer des Satelliten ist durch den für das Lage­ regelsystem vorgesehenen Kraftstoffvorrat begrenzt.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen gat­ tungsgemäßen Satelliten derart auszubilden, daß dieser ein derart gesteigertes Leistungsvermögen aufweist, daß er unterschiedliche Satellitenaufgaben wie Erdbeobachtung oder Kommunikation bearbeiten kann, wobei alle wesentlichen Auswertungs-Operationen an Bord des Satelliten erfolgen, so daß eine terrestrische Aufbereitung der betreffenden Daten entfällt und die ermittelten Daten einem großen Benutzerkreis in Klartext zur Verfügung stehen wobei die Nutzungsdauer des Systems nicht durch den beim Start mitgegebenen Kraftstoffvorrat für das Lageregelsystem begrenzt ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Satelliten durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dabei ist insbesondere von Vorteil, daß alle Funktionen zur Aufbereitung und Auswertung der Meßergebnisse unter Mitwirkung der an Bord installierten künstlichen Intelligenz derart erfolgen, daß ein Benutzer praktisch nur noch Ergebnisse in Form von Übersichten, Prognosen und dgl. erhält.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

So besteht ein Vorteil der Ausgestaltung nach Anspruch 2 darin, daß der Satellit bei Bedarf in seiner Umlaufbahn betankt werden kann, wodurch die Nutzungsdauer des Systems wesentlich verlän­ gert wird.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung dargestellt und nachfol­ gend näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Systemübersicht eines geostationären Satelli­ ten zur Erdbeobachtung,

Fig. 2 eine Anordnung zur Energieversorgung,

Fig. 3 den Schnitt IV-IV nach Fig. 2,

Fig. 4 eine Systemübersicht eines polumlaufenden Satelli­ ten,

Fig. 5 eine Systemübersicht eines Tanksatelliten,

Fig. 6 schematisch eine Kamera mit einem Festkörpernetz­ werk,

Fig. 7 den Bildprozessor nach Fig. 6 mit einer Blenden­ steuerung,

Fig. 8 eine Einzelheit des Festkörpernetzwerks nach Fig. 6,

Fig. 9 ein Satellitensystem mit vier geostationären und zwei polumlaufenden Satelliten.

Fig. 1 zeigt eine Systemübersicht eines Satelliten 1, der als wesentlicher Bestandteil eines global operierenden Satelliten­ systems zur Erdbeobachtung von einer geostationären Umlaufbahn aus verwendbar ist. Dabei ist zur Verarbeitung von Informationen unterschiedlicher Art ein Prozessornetzwerk 2 vorgesehen, das mit einem Zentral-Speicher 3 und einem Programm-Festspeicher 4 zusammenwirkt.

Bei dem Prozessornetzwerk 2 handelt es sich um einen aus einer Mehrzahl von Funktionseinheiten gebildeten Digitalrechner, wobei diese Funktionseinheiten aus Chips bestehen, die größtenteils aus als komplette Digitalrechner ausgebildeten Prozessoren bestehen, die jeweils einen eigenen Zentralprozessor und minde­ stens einen Arbeitsspeicher aufweisen. Bei dieser sog. Multipro­ zessor-Anordnung ist jede Funktionseinheit beispielsweise als hoch integrierter Rechner-Chip auf Halbleiterbasis ausgebildet, der mit den weiteren in gleicher Weise ausgebildeten Funktions­ einheiten über ein Lichtleiternetzwerk in Verbindung steht. Das Lichtleiternetzwerk ist sowohl als vermaschtes als auch als ver­ zweigtes Leitungssystem denkbar, wobei auch Kombinationen aus beiden Formen möglich sind. In der hier gezeigten bevorzugten Ausgestaltung ist das Lichtleiternetzwerk vermascht, wobei jedem Knoten des Netzwerks eine Funktionseinheit zugeordnet ist, die über einen optischen Sender und einen optischen Empfänger an den Knoten angekoppelt ist. Dabei besteht das Netzwerk nicht aus einzeln hergestellten und dann über elektrische Anschlüsse mit­ einander verbundenen Prozessorchips, sondern alle Funktionsein­ heiten sind zugleich auf einer Ebene von entsprechenden Abmes­ sungen nach den Methoden der Mikrolithographie hergestellt. Auch die vorgenannten Lichtleiter und die zugeordneten optoelektroni­ schen Wandler sind nach diesen Methoden gefertigt. Ein derarti­ ges Prozessornetzwerk besteht möglicherweise aus Tausenden von Prozessoren, die monolithisch in eine Siliziumscheibe eingear­ beitet sind. Dieses Prozessornetzwerk 2 ist aufgrund seiner vernetzten Rechnerstruktur und seiner außerordentlich hohen Speicherkapazität in besonders vorteilhafter Weise geeignet, einen Rechner mit künstlicher Intelligenz aufzubauen. Daher wird die auf diese Weise realisierbare künstliche Intelligenz erfin­ dungsgemäß an Bord des Satelliten dazu verwendet, aufgrund von intelligenten Mustererkennungs-Programmsystemen umfangreiche vergleichende und korrelierende Datensammlungen anzulegen. Hier­ bei werden nicht nur statistisch mathematische Datenerhebungen zu Veränderungsparametern in der Klima- und Umweltentwicklung der Erdoberfläche angelegt, sondern auch kritische Grenzwert­ überschreitungen festgestellt. Gegebenenfalls können bestimmte Beobachtungsobjekte aufgrund entsprechender Befehle an die betreffenden Kameras und Sensoren näher untersucht werden.

Im Zusammenwirken mit den peripheren Einrichtungen können fol­ gende Operationen durchgeführt werden.

• a) Optische Analyse des von der Erdoberfläche ausgehenden Lichtspektrums,
• b) Messung des äußeren Erdmagnetfeldes im Zusammenhang mit dem von der Sonne ausgehenden Teilchenstrom,
• c) Optische Erkundung der Erdoberfläche,
• d) Anlegen einer Infrarot-Karte der Erdoberfläche und
• e) Erfassung der von der Erdoberfläche ausgehenden Strah­ lung im Mikrowellenbereich,
• f) Feststellung der spektralen Strahlungsdämpfung der Erd­ atmosphäre und der Erdoberfläche.

Zur optischen Analyse der Erdoberfläche dient ein Spektralana­ lyse-Sensor 5, dessen Meßwerte über einen Spektralprozessor 6 dem Prozessornetzwerk 2 zugeführt werden. Dabei wird das von der Erde ausgehende Licht sowohl am Tage als auch nachts in Form des Nacht-Rückstreulichtes erfaßt. Der Spektralanalyse-Sensor 5 übernimmt dabei die Aufgabe, direkte sektorisierte Spektralana­ lysen der die Erde umgebenden Lufthülle durchzuführen und damit ihre stoffliche Zusammensetzung zu erforschen. Der Spektralpro­ zessor 6 setzt die vom Sensor 5 gelieferten Ergebnisse in vom Prozessornetzwerk 2 verarbeitbare digitale Signale um.

Zur Messung des äußeren Erdmagnetfeldes im Zusammenhang mit dem von der Sonne ausgehenden Teilchenstrom dient ein Magnetfeldsen­ sor 7, der über einen Magnetfeldprozessor 8 mit dem Prozessor­ netzwerk 2 in Verbindung steht. Dabei werden von dem Sensor 7 ständig Schwankungen des erdmagnetischen Feldes in Richtung, Feldstärke und Polarität festgestellt und über den Magnetfeld­ prozessor 8 an das Prozessornetzwerk 2 weitergeleitet. Dabei werden die den Meßwerten entsprechenden Signale wieder durch den Prozessor 8 digitalisiert.

Die optische Erkundung der Erdoberfläche zur Erfassung des Wettergeschehens erfolgt mittels einer CCD-Kamera 9 üblicher Bauart, (CCD=charge coupled device) deren wesentliche Betriebs­ einstellungen wie Brennweite, Filterart und Blende mittels einer Kamerasteuerung 10 vorgenommen werden. Weiterhin ist ein Bild­ prozessor 11 vorgesehen, der die Digitalisierung der von der Kamera 9 gelieferten Video-Signale übernimmt. Aufgenommen wird das Bild der Erdoberfläche sowohl im Bereich des sichtbaren Lichtes als auch im UV- und im IR-Bereich. Als Bildwandler wird dabei ein hochauflösender CCD-Chip verwendet.

Das Anlegen einer Infrarot-Karte der Erdoberfläche erfolgt an­ hand eines IR-Laser-Scanners 12, der über einen Laser-Prozes­ sor 13 mit dem Prozessornetzwerk 2 in Wirkverbindung steht. Hierzu wird die Erdoberfläche vom Laser-Scanner 12 mit codemar­ kierten Erkennungssignalen abgetastet, wobei die Reflexionsdämp­ fung der unterschiedlichen Oberflächen-Materialien eine klare Umrißerkennung der Land- Wasser- und Eisformationen ermöglicht. Weiterhin können in höheren optischen Frequenzbereichen Messun­ gen der atmosphärischen Dämpfungswerte durchgeführt werden. Ferner sind aufgrund der Signalkodierung die Beschaffenheit der Eisoberfläche und die Planktonkonzentration der Gewässer fest­ stellbar. Weiterhin können durch Ausnutzung des Dopplereffektes die Gewässerströmungen sowie Eisbewegungen nach Größe und Richtung erfaßt werden. Die hierdurch gewonnenen Ergebnisse erlauben u. a. Rückschlüsse auf die durch die globale Tempera­ turentwicklung an der Erdoberfläche ausgelösten klimatischen Veränderungen. Der Laser-Prozessor 13 übernimmt dabei die digi­ tale Umwandlung der vom Laser-Scanner 12 gelieferten Meßwerte für das Prozessornetzwerk 2.

Ein anderes Verfahren zur Erfassung des globalen Wärmegeschehens wird mittels eines Mikrowellenempfängers 14 durchgeführt. Dieser erfaßt die von der Erde ausgehende letztlich durch Sonnenein­ strahlung ausgelöste Mikrowellenrückstrahlung. Die hierdurch gewonnenen und mittels eines Mikro Mikrowellenprozessors 15 an das Prozessornetzwerk 2 in digitaler Form weitergeleiteten Ergebnisse ermöglichen eine Energiebilanz im Mikrowellenbereich.

Der Datenaustausch mit anderen ähnlich ausgebildeten Satelliten erfolgt mittels Laserkommunikation. Hierzu ist ein auf gerichte­ ten Laserstrahlen basierender Ringlaserbus vorgesehen, der anhand eines Laser Sender/Empfängers 16 realisiert ist. Der Sender/Empfänger 16 steht über einen Busprozessor 17 mit dem Prozessornetzwerk 2 in Wirkverbindung.

Ein weiteres Datenaustauschsystem besteht aus einem Navigations- und Andock-Sender/Empfänger 18 und einem Navigationsprozessor 19. Hierdurch kann der Satellit Funksignale senden bzw. empfangen, die er für seine Navigation benötigt. Außerdem dient dieses System während eines Andockmanövers zum Austausch von Steuerbe­ fehlen mit dem Partnergerät.

Für den Datenaustausch mit erdgebundenen Feststationen und mobi­ len Nutzern ist eine Breitband-Kommunikationsanlage 20 mit einem Kommunikations-Prozessor 21 vorgesehen, die wie die anderen Organe des Systems mit dem Prozessornetzwerk 2 in Verbindung steht. Damit stehen die an Bord abrufbar gespeicherten Daten und Informationen technisch allen interessierten Nutzern weltweit zur Verfügung. Die vom Nutzer empfangenen Informationen liegen im Klartext vor bzw. bestehen aus entsprechenden bildlichen Darstellungen. Aufwendige Einrichtungen seitens des Nutzers zur Auswertung bzw. Aufbereitung der empfangenen Daten sind somit nicht erforderlich. Zum Abruf der Daten kann ein standardisier­ tes Kommunikationsprogramm verwendet werden. Dabei besteht auch die Möglichkeit, neue vom satellitenseitigen Rechner zu lösende Aufgaben zu formulieren. Aufgrund der dabei ablaufenden Operati­ onen und der daraus resultierenden Ergebnisse lernt das bordsei­ tige Prozessornetzwerk, neue Zusammenhänge zu erkennen und die Entwicklung unseres Planeten kritisch zu begleiten. Damit wird die Möglichkeit eröffnet, ein global operierendes Satelliten­ system zur weltweiten Umweltdatenerfassung und zur aktiven Aufklärung klimatischer Zusammenhänge zu erstellen. Ein derarti­ ges System ist in der Lage, die langfristige Entwicklung von Vegetationsschäden aufzuklären und weltweite Prognosen bei­ spielsweise über Ernteergebnisse oder Vegetationschäden zu lie­ fern, wobei mitgekoppelte Wetteranalysen berücksichtigt sind.

Zur Lageregelung ist eine mit dem Prozessornetzwerk 2 zusammen­ wirkende Lagesteuerung 22 vorgesehen, die aufgrund der von einer Plattform 23 gelieferten Werte die Triebwerke 24 ansteuert. Die Plattform 23 ist lasergestützt dient zur Spin- und Lagestabili­ sierung des Satelliten, wodurch dieser aufgrund einer zusätzlich angewendeten Orientierung nach bestimmten Sternen seine geosta­ tionäre Position genau einhalten kann. Dabei werden mögliche Abweichungen von der vorbestimmten Position durch die Triebwer­ ke 24 zur Spin- und Lagesteuerung ausgeglichen.

Zum Andocken dient eine durch eine Andocksteuerung 25 betriebene Andockmechanik 26. Dadurch kann am Satelliten beispielsweise ein Tanksatellit zum Auftanken ankoppeln. Hierzu wird der ankommende Tanksatellit mittels des Transceivers 18 aktiv in die Andockpo­ sition geleitet.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine zur elektrischen Energieversorgung des Satelliten dienende Anordnung 27, im wesentlichen bestehend aus Solarzellen, die hier beispielgemäß zur Versorgung des Prozessornetzwerkes und des Mikrowellentransceivers vorgesehen sind. Die schematische Darstellung zeigt links im Bild einen Solarzellenbereich 28, der als Basisschicht mit einer Rechner­ scheibe 29 zu einem Schichtaufbau integriert ist. Die einzelnen Funktionseinheiten 30 bestehen jeweils aus einem Silizium-Chip von sechseckiger Form, wodurch sich eine besonders günstige Flächenausnutzung ergibt. Der besagte Schichtaufbau weist außer dem Solarzellenbereich 28 und der Rechnerscheibe 29 eine Schicht 30a auf, in der das Lichtleitersystem untergebracht ist. Mittels elektrischer Leitungen wird die in den Solarzellen entstehende Spannung zu den Funktionseinheiten 30 weitergelei­ tet. Der im Bild rechte Solarzellenbereich 31 ist ebenfalls mit einer Prozessorschicht verbunden, die hier jedoch mit 29a bezeichnet ist und vorwiegend Kommunikations-Schaltkreise und die dazu gehörende Leistungselektronik enthält. Das schematische Bild zeigt demgemäß einen Frequenzgenerator 32, eine Modulator­ stufe 33, einen Verstärker 34 und einen Leistungsverstärker 34, der über einen Hohlleiter 35 mit der Zentralantenne verbunden ist. Der Satellit weist insgesamt eine Vielzahl derart geschich­ teter Elemente auf und ist damit vielfach redundant. Dies bedeutet, daß die Funktion des Gesamtsystems nicht gefährdet ist, auch wenn möglicherweise bestimmte Bereiche davon infolge von Meteoritentreffern oder von Partikelstrahlung ausfallen sollten. Dies wird sichergestellt durch bestimmte Prüfprogramme, wodurch das Netzwerk erkennt, welche Bereiche beschädigt bzw. gestört sind, um diese dann vom Funktionsablauf abzuschalten.

Fig. 4 zeigt eine Systemübersicht eines Satelliten, der als Bestandteil eines Erdbeobachtunssystems vorgesehen ist und die Erde auf einer Polarbahn in relativ geringer Höhe umkreisen soll. Das System weist wieder ein zentrales Prozessornetzwerk 36 auf, woran ebenfalls ein Zentralspeicher 37 und ein Programm- Festspeicher 38 angeschlossen sind. Auch hier sind eine Platt­ formsteuerung 39, eine Plattform 40 und entsprechende Lagere­ gel-Triebwerke 41 vorgesehen. Der Satellit weist weiterhin eine Andocksteuerung 42 und eine dazu gehörende Koppelmechanik 43 auf.

Im Zusammenwirken des Prozessornetzwerkes 36 mit den weiteren daran angeschlossenen peripheren Organen können von diesem Satelliten folgende Operationen durchgeführt werden.

• a) Hoch aufgelöste optische Erfassung von Objekten aus der nahen Umlaufbahn im nahen UV- und IR- Bereich.
• b) Ergänzende hoch aufgelöste wetter- und wolkenabhängige Untersuchung von Einzelheiten auf der Erdoberfläche im Land- und Eisbereich sowie Seegang und Strömungsermitt­ lung im ozeanischen Bereich.
• d) Einzel- und Summenfarbsektor-Auszüge im Parallel­ screening ermitteln integrale Farbänderungen und spek­ trale Temperaturänderungen in der Atmosphäre und auf der Erdoberfläche.
• e) Messung der von der Erdoberfläche ausgehenden Wärme­ strahlung aus der erdnahen Umlaufbahn.
• f) Eine Thermobildkamera ermittelt die Wärmestrahlung und löst auf der Erdoberfläche festgestellte Temperaturzo­ nen-Details auf.

Zur optischen Erfassung von Objekten dient eine mit einem Va­ rio-Objektiv 44 arbeitende übliche Kamera 45 mit hoch auflösen­ den CCD-Chips, wobei eine Filtersteuerung 46 vorgesehen ist, um wechselbare Farb- und Polarisationsfilter zu verwenden. Zur Auf­ bereitung der betreffenden Videosignale ist ein Bildprozes­ sor 46a vorgesehen.

Zur ergänzenden Untersuchung von Einzelheiten auf der Erdober­ fläche im Land- und Eisbereich sowie im ozeanischen Bereich dient ein Mikrowellenradar 47, das über einen Radarprozessor 48 mit dem Prozessornetzwerk 36 in Verbindung steht. Dieses Mikro­ wellenradar 47 liefert strukturierte Detailbilder von der Erd­ oberfläche, die eine kurzfristige Ergänzung zu den Informationen aus dem optischen Bereich darstellen. Diese Art der Beobachtung liefert die besten Ergebnisse, wenn sie aus einer erdnahen Umlaufbahn vorgenommen wird.

Zur Ermittlung von Einzel- und Summenfarbsektor-Auszügen im Parallelscreening-Verfahren dient ein mit festen Farbfiltern versehenes integriertes Kameranetzwerk 49 in Festkörperbauweise, dessen Aufbau weiter unten näher erläutert ist. Dieses nach dem Prinzip eines Insektenauges facettenartig aufgebaute optische System liefert unterschiedlich sektorisierte Farbbildsummen­ signale, die einzeln oder gemeinsam ausgewertet werden können. Die hierbei verwendeten optischen Systeme arbeiten mit einer festen Brennweite und sind daher in erdnahen Umlaufbahnen beson­ ders vorteilhaft einsetzbar.

Die Messung der von der Erdoberfläche ausgehenden Wärmestrahlung wird mittels einer Thermobildkamera 50 ausgeführt, die über einen Kameraprozessor 51 mit dem Prozessornetzwerk 36 in Verbin­ dung steht. Diese Kamera 50 ermittelt aus einer erdnahen Umlauf­ bahn die Wärmestrahlung der Erdoberfläche und löst festgestellte Temperaturzonen-Details auf.

Zum Datenaustausch mit einem anderen Satelliten, beispielsweise mit einem geostationären Satelliten nach Fig. 1, dient eine Laser-Ringbus-Kommunikationsanlage 52 mit einem Kommunikations­ prozessor 53. Diese Anlage liefert im wesentlichen an andere Satelliten Informationen, die praktisch die Ergebnisse der eige­ nen Messungen und Wahrnehmungen in hochqualifiziert ausgewerte­ ter Form darstellen und empfängt in umgekehrter Form von den anderen Satelliten entsprechende Informationen dergestalt, daß bei jedem Satelliten der gesamte Informationsgehalt aller betei­ ligten Satelliten abrufbereit vorhanden ist und somit für den Nutzer an jedem Standort bei Bedarf ein völliges Gesamtbild der Erdoberfläche vorhanden ist. Die Versorgung des Systems mit elektrischer Energie geschieht wieder mittels Solarzellen, die, wie vorbeschrieben mit dem Prozessornetzwerk 36 sowie mit den weiterhin vorhandenen Schaltkreisen der anderen Organe und Leistungsschaltkreise integriert sind.

Die Triebwerke 41 werden aus einem zentralen Tank 54 mit Kraft­ stoff versorgt. Dabei soll die schematische Darstellung auch den Fall zeigen, daß der Kraftstoff beispielsweise aus zwei Kompo­ nenten, nämlich aus dem eigentlichen Brennstoff und einem Oxida­ tor, besteht.

Fig. 5 zeigt eine Systemübersicht eines Tanksatelliten 55. Als zentrales Organ zur Daten- und Informationsverarbeitung weist dieser wieder ein zentrales mit 56 bezeichnetes Prozessornetz­ werk auf. Zum Andocken an andere Partnergeräte ist der Satel­ lit 55 mit einer über eine Andocksteuerung 57 steuerbare An­ dock-Vorrichtung 58 versehen. Weiterhin steht das zentrale Prozessornetzwerk 56 mit einer Breitband-Kommunikations- Anlage 59 in Verbindung, wobei die betreffende Schnittstelle durch einen Kommunikations-Prozessor 60 gebildet ist. Diese Organe dienen dem Datenaustausch über Funk mit den Bodenstati­ onen sowie mit anderen Satelliten. Zur Lageregelung ist eine Lageplattform 63 vorgesehen, die über das zentrale Prozessor­ netzwerk 56 mit einer Lagesteuerung 64 und Lagetriebwerken 65 in Verbindung steht. Anhand dieses in der Regel in einer Parkbahn befindlichen Tanksatelliten 55 können die anderen Satelliten des Systems bei Bedarf betankt werden. Hierzu tritt der Bedarf anmeldende Satellit über die Breitband-Kommunikationsanlage 59 mit dem Tanksatelliten 55 in Verbindung und teilt diesem automa­ tisch seine Bahndaten mit. Daraufhin verläßt der Tanksatellit 55 seine Parkbahn und setzt sich mit Hilfe seines Hauptantriebes 67 zu dem zu betankenden Satelliten in Bewegung. Hierzu errechnet er selbst die erforderliche Übergangskurve, wobei er seine eigene Bewegung anhand des Navigations- und Andock-Transcei­ vers 61 überprüft und mit der Antriebssteuerung 66 kontrolliert. Dabei vermeidet er Kollisionen mit anderen Satelliten, indem er deren Bahndaten berücksichtigt die in seinem Prozessornetzwerk 2 abgespeichert sind. Hat der Tanksatellit 55 den anderen Satelli­ ten erreicht, so beginnt er mit dem Andockmanöver, das er mittels seiner Lagesteuerung 64 mit den Lagetriebwerken 65 und der Andocksteuerung 57 mit der Andock-Vorrichtung 58 ausführt. Nach dem Betanken aus dem Speichertank 68 wird die Verbindung wieder gelöst und der Tanksatellit 55 setzt sich wieder zu seiner Parkbahn in Bewegung. Zum Auffüllen seines im Speicher­ tank 68 befindlichen Kraftstoffvorrates kann der Tanksatellit 55 bei Bedarf beispielsweise von einer Raumfähre aus betankt wer­ den. Aufgrund des Tanksatelliten 55 wird eine große Nutzungsdau­ er des Gesamtsystems sichergestellt.

Fig. 6, 7 und 8 zeigen Einzelheiten des optischen Kameranetzwer­ kes 49 nach Fig. 4 mit einer elementaren CCD-Kamera 69, beste­ hend aus einem Objektiv 70, einem CCD-Matrix-Bildsensor 71, einem Bildprozessor 72, einem Lichtleiter-Bus 73 und einer LCD-Blende 74. Diese Kamera 69 stellt eine Elementaranordnung aus dem facettenartig aufgebauten optischen Netzwerk 49 dar. Der Bildprozessor 72 ist in Fig. 7 als eigenes Organ dargestellt, das mit einer Blendensteuerung 75 in Wirkverbindung steht, die ihrerseits auf die LCD-Blende 74 einwirkt. Diese besteht aus einer Vielzahl konzentrischer Ringe, die in eine Flüssigkri­ stallschicht eingearbeitet sind und in Abhängigkeit von der durch die Blendensteuerung 75 gelieferten elektrischen Spannung entweder durchsichtig oder undurchsichtig geschaltet sein können. Der Übergang von der maximalen Blendenöffnung bis zur minimalen geschieht dadurch, daß die anfänglich durchsichtig geschalteten Ringe von außen nach innen undurchsichtig geschal­ tet werden. Unterhalb des CCD-Matrix-Bildsensors 71 und des als vielfach vermaschtes Netzwerk ausgebildeten Lichtleiter-Bus­ ses 73 befindet sich der Bildprozessor 72. Dieser stellt prak­ tisch einen Prozessor-Chip dar, der mit einer Vielzahl von Nachbarchips über den Lichtleiter-Bus 73 in Verbindung steht. Die Kamera 69 ist weitgehend nach den Verfahren der Mikrolitho­ graphie hergestellt. Der CCD-Matrix-Bildsensor 71 und der Bildprozessor 72 mit dem Lichtleiter-Bus 73 bilden einen Fest­ körper-Schichtaufbau, der mit einer Stromversorgungsschicht 76, basierend auf Solarzellen, integriert ist. Die Bildsensoren 71 und die Funktionseinheiten 72 sind mit metallischen Abschirmun­ gen 77 umgeben. Damit sind die elektronischen Schaltkreise der Chips gegen elektrische Störfelder geschützt. Um die Bildwahr­ nehmungen der einzelnen Kameras 69 im Licht von unterschiedli­ chen Wellenlängen durchzuführen, ist je Bildsensor 71 eine ansteuerbare Farbfilterschicht 79, basierend auf einem optischen Gitter, angeordnet. Um dieses Gitter ansteuerbar zu machen, ist es in einen Flüssigkristall-Film eingearbeitet. Diese Schicht befindet sich unmittelbar oberhalb des jeweiligen Bildsensors 71 und enthält eine Vielzahl feinster paralleler Elementarstreifen, die durch Anlegen einer elektrischen Spannung durchsichtig oder undurchsichtig schaltbar sind. Diese Elementarstreifen sind so schmal ausgebildet, daß jeweils eine Anzahl undurchsichtiger Streifen die Balken und eine Anzahl durchsichtiger Streifen die freien Felder zwischen den Balken des Gitters bilden. Durch Zu- oder Abschalten von Streifen können die Abstände der Balken und deren Breite verändert werden, so daß die Wirkung des Filters durch eine entsprechende Ansteuerung veränderbar ist. Fig. 8 zeigt den Schnitt VIII nach Fig. 6. Dieser Schnitt ist gerade oberhalb des Lichtleiter-Busses 73 geführt und zeigt diesen in der Ansicht. Hier erscheint die Abschirmung 77 im Schnitt und man sieht, daß diese einzelne Zellen von sechseckigem Quer­ schnitt umschließt. In jeder Zelle der Abschirmung 77 befindet sich ein CCD-Matrix-Bildsensor 71. Diese Sensoren sind deckungs­ gleich oberhalb der ebenfalls sechseckigen und durch eine Abschirmung 78 getrennten Bildprozessoren 72 angeordnet. Zum Betrieb der Stromversorgungsschicht 76 wird Sonnenlicht in diese eingeleitet. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß das Licht mittels eines spinstabilisierten Reflektors eingefangen und auf die lichtempfindliche Seite der Stromversorgungs­ schicht 76 reflektiert wird oder, daß das Licht vom Reflektor aus mittels eines Leistungslichtleiters in die Schicht 76 eingespeist wird.

Fig. 9 zeigt, wie ein aus den vorbeschriebenen Satelliten beste­ hendes Erdbeobachtungssystem aufgebaut sein kann.

Dieses System umkreist die Erde 80 und besteht aus vier geosta­ tionären Satelliten 1a, 1b, 1c und 1d deren Betrachtungswinkel sich in ihren Randgebieten gegenseitig überdecken, so daß die gesamte Erdoberfläche beobachtet wird. Weiterhin weist das System zwei polumlaufende Satelliten 81 und 81a auf, die die Erde 80 auf niedrigeren Polbahnen umkreisen. Die Satelliten 1a bis 1d stehen untereinander über einen Laser-Ringbus in Verbin­ dung über den der systeminterne Datenaustausch erfolgt. Das System wird ergänzt durch den Tanksatelliten 55. Dieser kann die anderen Satelliten bei Bedarf mit Kraftstoff versorgen. Die Vorteile dieses Systems beruhen auf der Verwendung der vorbe­ schriebenen intelligenten Prozessornetzwerke, wodurch nahezu alle Funktionen zur Aufbereitung und Auswertung der Meßergebnis­ se bereits an Bord der Satelliten ablaufen. Ein zusätzlicher Vorteil der obigen Satelliten besteht darin, daß diese infolge der neuartigen Anordnung der Prozessornetzwerke ein niedrigeres Startgewicht als bisherige Ausbildungen aufweisen. Hierdurch können die Anforderungen an das betreffende Trägersystem gesenkt werden. Durch die intelligenten Bordrechner, basierend auf den erfindungsgemäßen Prozessornetzwerken, sind anspruchsvolle Ope­ rationen, wie beispielsweise die Transformation von Projektions­ winkeln durchführbar. Hierdurch können die in den Randbereichen der Gesichtsfelder der Kameras und Sensoren auftretenden schrä­ gen Projektionswinkel in senkrechte transformiert werden. Hieraus ergibt sich der weitere Vorteil, daß das vorbeschriebene System infolge dieser Fähigkeit gegenüber bisherigen Lösungen mit weniger Satelliten die Information über die gesamte Plane­ tenoberfläche vollständig wiedergibt.

Es ist denkbar, daß die beschriebenen Anordnungen außer zur Wetterbeobachtung auch zur Übernahme anderer Aufgaben verwendbar sind.

Weiterhin ist es denkbar, daß das aufgezeigte Satellitensystem nach entsprechender Anpassung auch zur Beobachtung erdferner Planeten verwendet wird.

Claims (13)

1. Satellit zur Bildung eines insbesondere zur Erdbeobachtung verwendbaren Satellitensystems, bestehend aus mindestens mehre­ ren Satelliten, wobei der Satellit mit digitalen Bordrechnern, mit einem Bahn- und Lagesteuersystem und mit Kommunikationseinrichtungen ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Bordrechner als Prozessornetzwerk (2, 36, 56), bestehend aus einer Vielzahl von digitalen Prozessoren, ausgebildet ist, und die einzelnen Prozessoren über ein verzweigtes oder vermaschtes Lichtleiternetzwerk miteinander in Verbindung stehen und das Prozessornetzwerk (2, 36, 56) mit einer zum Auftanken des Satelliten vorgesehenen Andockmechanik (26) und einem Andock-Sender/Empfänger (18) für Funksignale zusammenwirkt, der zur Navigation benötigt wird und während des Andockmanövers zum Austausch von Steuerbefehlen dient.

2. Satellit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozessornetzwerk (2, 36, 56) mit einer optischen Video-Kamera (45), einem Mikrowellenradar (47), einem Kameranetzwerk (49) und einer Thermobildkamera (50) zusammen­ wirkt.

3. Satellit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speichertank 68) zur Aufnahme von Kraftstoff vorgesehen ist, wobei das zentrale Prozessor­ netzwerk (2, 36, 56) mit einer Andock-Vorrichtung (58), einer Breitband-Kommunikations-Anlage (59) und einem Navigations- und Andock-Transceiver (61) in Wirkverbindung steht.

4. Satellit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die einzelnen Funktionseinheiten des Prozessornetzwerks (2, 36, 56) jeweils durch eine metallische Abschirmung voneinander getrennt sind.

5. Satellit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die einzelnen Funktionseinheiten des Prozessornetzwerks (2, 36, 56) monolithisch in eine Silizium­ platte eingearbeitet sind und die Siliziumplatte als Ganzes gegen elektromagnetische Störfelder abgeschirmt ist.

6. Satellit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die einzelnen Funktionseinheiten des Prozessornetzwerks (2, 36, 56) überwiegend als digitale Pro­ zessoreinheiten ausgebildet sind.

7. Satellit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß einzelne Funktionseinheiten des Prozessornetzwerks (2, 36, 56) als analoge Prozessoreinheiten ausgebildet sind.

8. Satellit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß einzelne Funktionseinheiten des Prozessornetzwerks (2, 36, 56) intern mindestens eine digitale und eine analoge Funktionsebene aufweisen.

9. Satellit nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kameranetzwerk (49) aus einer Vielzahl von elementaren CCD-Kameras (69), jeweils bestehend aus einem Objektiv (70), einem CCD-Matrix-Bildsensor (71), einem Bildpro­ zessor (72), einem Lichtleiter-Bus (73) und einer LCD-Blen­ de (74) facettenartig aufgebaut ist.

10. Satellit nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die LCD-Blende (74) aus einer Vielzahl konzentrischer Ringe besteht, die in eine Flüssigkristallschicht eingearbeitet sind und in Abhängigkeit von einer angelegten elektrischen Spannung entweder durchsichtig oder undurchsichtig schaltbar sind.

11. Satellit nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kameranetzwerk (49) ansteuerbare Farbfilter (79) aufweist, die jeweils aus einem Flüssigkristall- Film bestehen, in den eine Vielzahl feinster paralleler elek­ trisch ansteuerbarer Elementarstreifen eingearbeitet ist, die ein optisches Gitter bildet.

12. Satellit nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elementaren CCD-Kameras (69) weitge­ hend nach den Verfahren der Mikrolithographie hergestellt sind.

13. Satellit nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elementaren CCD-Kameras (69) nach den Verfahren der Mikrolithographie monolithisch in eine Silizium­ platte eingearbeitet sind.