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Consultative Committee for Space Data Systems

Standardierungsorganisation der Raumfahrt

Das Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS) (deutsch: „Beratendes Komitee für Datensysteme in der Raumfahrt“) mit Sitz in Washington, D.C. ist eine internationale Organisation, in der sich die führenden Weltraumorganisationen zusammenfanden. Die Aufgabe des CCSDS ist die Ausarbeitung gemeinsamer Methoden des Datenverkehrs mit Raumfahrzeugen, Satelliten und Forschungssonden.

Das CCSDS wurde im Jahr 1982 auf Anregung einer gemeinsamen Arbeitsgruppe von NASA und ESA gegründet, die seit 1981 an gemeinsamen Kommunikationsprotokollen arbeitete. Eine immer weiter ausgebaute Zusammenarbeit zwischen den einzelnen Raumfahrtorganisationen und die erforderliche gegenseitige Nutzung von Infrastrukturen machte die Festlegung gemeinsamer Standards zwingend erforderlich. Eine besonders kritische Rolle spielt die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Organisationen während der Startphase von Raketen, wenn zur exakten Kursbestimmung Trackingstationen unterschiedlicher Betreiber in verschiedenen Weltregionen zusammenarbeiten müssen.

Rückblick

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Die ersten Pioneer- und Explorer-Raumsonden haben ihre Telemetriedaten noch als einfache Abfolge von Sinusschwingungen gesendet, deren Frequenz sich proportional zum Messwert änderte, jedem einzelnen Messwert war ein Zeitschlitz zugewiesen, den ersten Zeitschlitz nahm immer ein Pilotton zur Synchronisation ein. Dieses einfache Zeitmultiplexverfahren genügte den Anforderungen schon bald nicht mehr. Die neueren Verfahren und die zunehmende internationale Zusammenarbeit brachte die heutige Bedeutung der CCSDS zustande.

SCID – Durchnummerierung der Raumfahrzeuge

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So wird heute jedem Raumfahrzeug eine eigene, von der CCSDS vergebene Nummer zugewiesen, die auch Bestandteil der standardisierten Datenblöcke ist, die zwischen den Bodenstationen und dem Raumfahrzeug ausgetauscht werden, ebenso standardisierte Zeit- und Positionsangaben. Die Nummer des Raumfahrzeugs (SCID – Spacecraft IDentification genannt) wurde von ursprünglich 8 Bits (0..255) auf zwei Nummernkreise mit 10 Bits (0..1023) erweitert. Die Version (2 Bits) des Nummernkreises wird der Nummer selbst vorangestellt. Einer der vier möglichen Nummernkreise ist noch gar nicht zugewiesen.

Verwaltet werden die Nummern zentral für alle beteiligten Weltraumorganisationen beim World Data Center for Satellite Informations (WDC SI) im Goddard Space Flight Center (GSFC) der NASA in Greenbelt (Maryland).

Aufbau

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Der eigentlichen Nummer ist eine aus zwei Bits bestehende Gruppierung der SCID als Versionsnummer vorgeschaltet, sie legt den Nummernkreis fest. 00 = erster Nummernkreis mit 10-Bit-Nummern, 01 = Nummernkreis mit 8-Bit-Nummern, 10 = zweiter Nummernkreis mit 10 Bits, 11 = nicht vergeben. Beides zusammen – Version und SCID – bildet die GSCID (Global Spacecraft Identification).

Beispiele

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  • Die Ariane 5 hat für alle Raketen eine einheitliche Nummer, es befindet sich ja immer nur eine Rakete kurzzeitig im Flug. Hier ist die 8-Bit-Nummer 1Ah (0001 1010) vergeben.
  • Die Space Shuttles hatten 10-Bit-Nummern.
OV-103 (Discovery) die 1D3h (01 1101 0011)
OV-104 (Atlantis) die 1D4h (01 1101 0100)
OV-105 (Endeavour) die 1D5h (01 1101 0101)
Nicht zugewiesen sind die Nummern für OV-101 (Enterprise), die nie für den Raumflug konzipiert war und die verunglückten OV-99 (Challenger) und OV-102 (Columbia).

Zeitformate

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Im Blue Book 301.0-B-4 sind die unterschiedlichsten Zeitformate definiert, hier die wichtigsten:[1]

  • CUC = CCSDS Unsegmented Time Code
  • CDS = CCSDS Day segmented Time Code
  • CCS = CCSDS Calendar segmented Time Code
  • CCS ASCII = CCS in ASCII-Darstellung

Das CUC-Format ist ein reines binäres Zählformat, in dem eine 32-bit lange vorzeichenlose Binärzahl die Sekunden seit einem bestimmten Zeitpunkt angibt. Dem Wert können noch Sekundenbruchteile als Binärwert folgen, hierzu sind diverse Unterformate definiert.

Mit diesem Format können etwa 136 Jahre abgedeckt werden. Es gibt unterschiedliche Startpunkte – bei der NASA gebräuchlich ist der 1. Januar 1958.

Der CUC-Wert wird im Raumfahrzeug direkt aus der Mission Elapsed Time abgeleitet.

Das Blue Book 301.0-B wurde in der ersten Fassung im Jahr 1987 eingesetzt. Momentan gilt die vierte Fassung aus dem Jahr 2010.[2]

Veröffentlichungen

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  • Blue Books – Empfohlene Normen und Anforderungen
  • Magenta Books – Empfohlene Prozeduren
  • Green Books – Informelle Berichte
  • Orange Books – Experimentelle Spezifikationen
  • Yellow Books – Allgemeine Berichte
  • Silver Books – Veraltete Normen, Anforderungen und Berichte

Ein Großteil der Veröffentlichungen ist im Internet als PDF-Dokument verfügbar.[3]

Entwickelte Standards (Auswahl)

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Beteiligte Organisationen

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Es gibt verschiedene Wege, auf denen eine Zusammenarbeit mit der Organisation möglich ist. Es gibt drei Ebenen mit abgestuften Rechten und Pflichten: Mitglieder, Beobachter und Assoziierte.

Vollmitglieder

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Mitte 2017 hatte die Organisation 11 Vollmitglieder:[6] Mitglieder sind staatliche Organisationen oder staatsnahe Organisationen, die einen angemessenen Beitrag zu den Aktivitäten leisten. Nur jeweils ein Mitglied kann einen Staat oder eine multinationale Organisation repräsentieren. Alle Mitglieder müssen sich an die Beschlüsse halten und ihr Bestes tun, um die Beschlüsse umzusetzen, indem sie ihre eigenen Standards an die von der CCSDS empfohlenen Standards anpassen. Mitglieder müssen Delegierte zu den technischen Arbeitsgruppen abstellen. Alle Mitglieder sind dazu aufgerufen, Entwürfe und Positionen in Sachfragen in den Arbeitsgruppen vorzubringen. Die Mitgliedsorganisationen haben alleine das Stimmrecht bei den beiden Versammlungen im Jahr.

Beobachter

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Mitte 2017 gab es 31 Beobachterorganisationen:[7]

Ein CCSDS Beobachter ist eine staatliche oder staatsnahe Organisation, die die Aktivitäten der CCSDS auf einer niedrigeren Ebene unterstützen. Beobachterorganisationen werden dazu ermutigt, die empfohlenen Standards umzusetzen, müssen aber nicht unbedingt die eigenen Standards anpassen. Beobachter können, müssen aber nicht eigene Vorschläge und Positionen in die Arbeitsgruppen einbringen. Abgesandte der Beobachterorganisationen können als technische Experten teilnehmen. Es gibt keine Begrenzung, wie viele nationale oder multinationale Organisationen als Beobachter mitwirken können.

Assoziierte Organisationen

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Mitte 2017 sind 106 assoziierte Organisationen registriert.[8] Assoziierte Organisationen sind wissenschaftliche oder industrielle Körperschaften, die es ermöglichen, den Entscheidungsprozess mitzuverfolgen und möglicherweise die Standards zu beeinflussen. Es handelt sich dabei um Hersteller, die Produkte oder Dienstleistungen für die Raumfahrt liefern, Forschungseinrichtungen und Universitäten.

Assoziierte können in Arbeitsgruppen teilnehmen und bei der Entwicklung der Standards mitwirken, wenn ein Vollmitglied oder eine unterstützende Beobachterorganisation diesem ausdrücklich zustimmt. Assoziierte können ebenso Entwürfe oder Positionspapiere über ihr unterstützendes Mitglied oder ihre Beobachterorganisation einbringen. Generell soll der Unsterstützer und der kommerzielle Assoziierte aus dem gleichen Land stammen. Multinationale Organisationen z. B. ESA können Assoziierte aus jedem Land unterstützen, das Anteil an der unterstützenden Organisation hat.

Standorte von Deep-Space-Antennen

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Für den Betrieb verschiedener Weltraummissionen wurden häufig die Antennen verschiedener Agenturen zugleich beteiligt. Für manche Missionen ist der Einsatz von Antennen einer anderen Agentur unumgänglich. Eine besonders enge Zusammenarbeit besteht zwischen dem DSN der NASA und dem ESTRACK Netzwerk der ESA. Zusammenarbeit geschieht aber auch zwischen den anderen Agenturen fallweise auf der Grundlage von Verträgen für einzelne Missionen. Die Zusammenarbeit mehrerer Agenturen bei einer Mission bezieht sich nicht nur auf den Bau des Fahrzeugs, der Instrumente, der Startrakete, beim Start und bei der Auswertung der Ergebnisse, sondern häufig auch auf den Betrieb und die Kommunikation, die über CCSDS geregelt werden. Es besteht außerdem eine Übereinkunft zur kurzfristigen gegenseitigen Unterstützung in Notfällen zwischen den Agenturen. Einige Antennen sind für Radioastronomie gebaut worden, werden aber zeitweise auch für Weltraummissionen für den Downlink genutzt, üblicherweise haben diese keine Uplink-Möglichkeiten.

 
Consultative Committee for Space Data Systems (Welt)
Kashi
Jiamusi
Kunming
Miyun
Lejano
New Norcia
Cebreros
Malargüe
Byalalu
Jewpatorija
Galjonki (Ussurijsk)
Medvezhi Ozera (Bear Lakes)
Weltweite Deep-Space-Stationen mit Antennendurchmesser 30 m oder mehr: blau=DSN, grün=ESTRACK, rot=CDSN, gelb=Jaxa, orange=ISRO, violett=Roskosmos, türkis=DLR, schwarz = wissenschaftliche Radioteleskope, pink = kommerzielle Deep Space Station

Die Zusammenarbeit umfasst auch die Trackingeinrichtungen für die Verfolgung von Raketenstarts in niedriger Höhe und das Satellitentracking mit kleineren Antennen, die weit verstreut über die Erde bestehen und teilweise auch kommerziell betrieben werden. Diese Trackingstationen mit kleineren Antennen sind in der Karte nicht verzeichnet.

Siehe auch

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Einzelnachweise

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  1. ↑ Time Code Formats, auf public.ccsds.org
  2. ↑ CCSDS: Recommendation for Space Data System Standards. Time Code Formats. Blue Book 301.0-B-4. November 2010, abgerufen am 31. März 2021.
  3. ↑ CCSDS.org - Review Documents. Abgerufen am 20. Januar 2019.
  4. ↑ CCSDS: SCPS Protocols. Abgerufen am 31. März 2021.
  5. ↑ CCSDS: SCPS Protocols. Abgerufen am 31. März 2021.
  6. ↑ CCSDS.org - Member Agencies. Abgerufen am 1. August 2017.
  7. ↑ CCSDS.org - Observer Agencies. Abgerufen am 1. August 2017.
  8. ↑ CCSDS.org - Associates. Abgerufen am 1. August 2017.
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