Mit dem steigenden Interesse an kleinen Satelliten, vor allem an CubeSats und PocketQubes, andern sich auch die Anforderungen an die Attitude Determination (AD) Systeme der Satelliten. Diese sollen kompakt, robust und möglichst kostengünstig sein. In dieser Arbeit wird das physikalische Konzept eines bestehenden Thermo-Optical Sun Sensor (TOSS), entwickelt am Lehrstuhl für Raumfahrttechnik (LRT) der Technische Universität München (TUM), zu in einem funktionalen Sensorprototypen modifiziert. Dieser wird an die Bedingungen aus den Standards der oben genannten Kleinstsatelliten angepasst. Hauptaspekte der Konstruktion sind deren Große, deren Modularität, deren Kosten, deren Funktionszuverlässigkeit auch im Erdschatten und deren Zugänglichkeit, die sich in der Nutzung von Commercial Off The Shelf (COTS) Komponenten widerspiegelt. Um einen systematischen Ansatz bezüglich der Produktentwicklung zu wahren, werden Anforderungs- und Rahmenbedingungslisten bezüglich des Prototypen und seiner Subsysteme aufgestellt. Diese richten sich nach den aktuellen Tendenzen im Bereich des Kleinstsatellitenbaus. Der Vorgänger, die TOSS v2.2 Version weist keine eigenständige Energieversorgung, keinen Datenspeicher und kein Sendemodul auf und ist somit nicht als unabhängiger Lagesensor anwendbar. Die Entwicklung einer autarken Energieversorgung durch Photodioden, deren Optimierung durch spezielle Verschaltungen und der Einsatz besonderer Bypass- und Sperrdioden steht im Vordergrund bei der Entwicklung des Photomoduls. Das Energiemanagement wird durch einen Energy Harvester der Firma Texas Instruments realisiert. Zur Abschätzung der Güte der Energieversorgung wird ein Energiebudget aufgestellt, das mit einem Operationskonzept, das sich auf eine Testumgebung bezieht, verknüpft wird. Die Konstruktion ist darauf ausgelegt die vorhersehbare Lichtbedingungen so gut wie möglich zu nutzen. Die Datenspeicherung, für die ein non-volatiler Ferroelectric Random Access Memory (FRAM) verwendet wird, ermöglicht es, die in einem Messzyklus ermittelten Daten zwischen zu speichern und diese werden dann durch ein Bluetoothmodul an den Satelliten gesendet. Das Ziel hierbei ist es, einen Sensor zu kreieren, der möglichst wenig zusätzliche Schnittstellen vom Satellitenhersteller erfordert. In diesem Fall benötigt der Nutzer nur ein Bluetooth-Empfangsgerät. Es werden Überlegungen zu einer speziellen Geometrie des Sensors und seinen Einbaumöglichkeiten getroffen, die das Field Of View (FOV) maximieren sollen. Der überarbeitete Schaltplan wird in ein Platinen-Layout überführt und anschließend manuell im Reinraum verlötet. Das Platinenlayout folgt dabei der Idee eines ChipSats. Der entstandene Prototyp TOSS v4.0 wird unter anderem im Robotic Actuation and On-Orbit Navigation Laboratory (RACOON-Lab) des LRT getestet und die entstandenen Daten ausgewertet. Einige Aspekte der Validierung müssen noch weiter überprüft werden. Ideen bezüglich der Weiterentwicklung des Prototypen und dessen Anwendungsmöglichkeiten werden evaluiert.     «

Mit dem steigenden Interesse an kleinen Satelliten, vor allem an CubeSats und PocketQubes, andern sich auch die Anforderungen an die Attitude Determination (AD) Systeme der Satelliten. Diese sollen kompakt, robust und möglichst kostengünstig sein. In dieser Arbeit wird das physikalische Konzept eines bestehenden Thermo-Optical Sun Sensor (TOSS), entwickelt am Lehrstuhl für Raumfahrttechnik (LRT) der Technische Universität München (TUM), zu in einem funktionalen Sensorprototypen modifiziert. Die...     »

With the increasing interest in small satellites, especially in CubeSats and PocketQubes, the requirements for the AD systems of these satellites are also changing. These should be compact, robust and as cost-effective as possible. In this thesis the physical concept of an existing TOSS sensor, developed at the LRT at TUM, is modified into a functional sensor prototype. It is adapted to the conditions of the small satellite standards mentioned above. The main aspects of the construction are size, modularity, costs, functional reliability even in the shadow of the earth and accessibility, which is reflected in the use of COTS components. In order to maintain a systematic approach to product development, requirement and constraint lists are drawn up for the prototype and its subsystems. These are based on the current trends in the field of microsatellite construction. The predecessor, the TOSS v2.2 version, has no independent power supply, no data memory and no transmitter module. It is therefore not applicable as an independent position sensor. The development of a self-sufficient power supply by photodiodes, their optimization by special circuits and the use of special bypass and blocking diodes is in the foreground during the development of the photomodule. The energy management is realized by an energy harvester from Texas Instruments. In order to estimate the quality of the energy supply, an energy budget is drawn up, which is linked to an operational concept relating to a test environment. The design is conceived to make the best possible use of the predictable lighting conditions. The data storage, for which a non-volatile FRAM is used, makes it possible to temporarily store the data determined in a measurement cycle. These are then sent to the satellite by a Bluetooth module. The goal here is to create a sensor that requires as few additional interfaces from the satellite manufacturer as possible. In this case, the user only needs a Bluetooth receiver. Considerations are made about a special geometry of the sensor and its installation possibilities, which should maximize the FOV. The revised circuit diagram is converted into a PCB layout and then soldered manually in the clean room. The PCB layout follows the idea of a ChipSat. The resulting prototype TOSS v4.0 is tested in the RACOON-Lab of the LRT and the resulting data is evaluated. Some aspects of the validation have to be checked further. Ideas regarding the further development of the prototype and its application possibilities are assessed.     «

With the increasing interest in small satellites, especially in CubeSats and PocketQubes, the requirements for the AD systems of these satellites are also changing. These should be compact, robust and as cost-effective as possible. In this thesis the physical concept of an existing TOSS sensor, developed at the LRT at TUM, is modified into a functional sensor prototype. It is adapted to the conditions of the small satellite standards mentioned above. The main aspects of the construction are size...     »