On-Demand-Befehl und -Kontrolle von ASTERIA mit cloudbasierten Bodenstationsdiensten

ASTERIA (Arcsecond Space Telescope Enabling Research in Astrophysics) war eine 6-Einheiten-CubeSat-Technologiedemonstrationsmission, die am 20. November 2017 von der Internationalen Raumstation gestartet wurde. Nachdem sie ihre 90-tägige primäre Mission erfolgreich abgeschlossen hatte, die das zeilenrichtende Zeigen auf Arcsecond-Niveau und die thermische Stabilität des Fokus für die Exoplanetenerkennung demonstrierte, trat sie in eine erweiterte Mission ein, um softwaretechnische Demonstrationen durchzuführen, die die Technologie sowohl im Weltraum als auch am Boden weiterentwickeln. Eine der Technologien war ein vollständig cloudbasiertes Bodensystem, das den Amazon Web Services (AWS) Ground Station-Dienst nutzte. Dies wurde im November 2018 angekündigt und im Mai 2019 gestartet. AWS Ground Station ist ein vollständig verwalteter Bodensystemdienst, der darauf abzielt, die Kosten, die mit der Entwicklung und Wartung der Bodensysteminfrastruktur während des gesamten Missionslebenszyklus verbunden sind, zu reduzieren. AWS Ground Station stellt die erforderlichen Funktionen für jedes Bodensystem zur Unterstützung von Satellitenoperationen im niedrigen Erdorbit (LEO) und mittleren Erdorbit (MEO) auf Abruf und ohne die Einrichtung oder Pflege langfristiger Verträge zur Verfügung. Gebühren entstehen pro Minute für die Antennennutzung während geplanter Verfolgungen. Unterstützung ist für den S-Band-Uplink und -Downlink sowie für den X-Band-Narrowband- und -Wideband-Downlink verfügbar. Missionen, die den Dienst nutzen, können Verfolgungen mit allen lizenzierten AWS Ground Station-Antennen in jeder Serviceregion reservieren und haben direkten Zugang zu allen AWS-Diensten zur Unterstützung der Missionsoperationen. Die cloudbasierte Architektur, die um den AWS Ground Station-Dienst herum aufgebaut wurde, verbesserte die Missionoperationen von ASTERIA erheblich, indem sie eine End-to-End-Passautomatisierung, eine kontaktabhängige Planung und Notfallplanung sowie einen effizienteren Datendownlink durch Verfügbarkeiten der Station und Übergaben zwischen den Stationen ermöglichte. Es wurden Open-Source-Softwarelösungen integriert, insbesondere das AMMOS Instrument Toolkit (AIT) und Open Mission Control Technologies (OpenMCT) von NASA sowie die AWS-Anwendungsprogrammierschnittstellen (API) zum Ground Station, Elastic Compute Cloud (EC2) und Simple Storage Service (S3) Diensten. Nach der Demonstration der Betriebsfähigkeit im August 2019 nutzte das Team dieses neuartige Bodensystemarchitektur bis zum Ende der Mission im Dezember 2019 weiter und verbesserte sie. Dieses Papier beschreibt das cloudbasierte Bodensystem, wie es entworfen, getestet und mit einem im Orbit befindlichen Raumfahrzeug evaluiert wurde, die operationellen Fähigkeiten, die es ermöglichte, sowie die gewonnenen Erkenntnisse und Empfehlungen für zukünftige Missionen.