Zu den Faktoren, die dieses Phänomen begünstigen, zählen die Verfügbarkeit kostengünstigerer Technologien und Open-Source-Referenzdesigns. Diese haben dazu beigetragen, die Einstiegshürden im Ingenieurwesen zu senken und es kleineren Unternehmen ermöglicht, ihre selbst entwickelten und gebauten Geräte auf den Markt zu bringen. Darüber hinaus hat dies dazu geführt, dass sie deutlich weniger technologische und finanzielle Ressourcen benötigen als früher.

4Links mit Hauptsitz in Buckinghamshire, Großbritannien, spielt eine zentrale Rolle in der Entwicklung des „New Space“. Das im Jahr 2000 gegründete Unternehmen bietet Ingenieurskompetenz und Beratungsleistungen, die kleine und mittlere Unternehmen (KMU) für die Realisierung ihrer Raumfahrtprojekte benötigen. Darüber hinaus arbeitet 4Links mit größeren Organisationen wie Airbus und Clearspace zusammen.
Eines der jüngsten Projekte von 4Links war die Entwicklung einer Software- und Hardwareplattform, die die Entwicklung von Raumfahrtsystemen beschleunigen, vereinfachen und kostengünstiger gestalten soll. Diese Plattform, benannt nach dem nordischen Gott Loki, der für seine Weisheit bekannt ist, ermöglicht die Wiederverwendung von Designs, ohne dass jedes Projekt von Grund auf neu entwickelt werden muss.

Abbildung 1: Die Loki-Entwicklungsplattform von 4Links (der Subsystem-Anschlussbereich befindet sich rechts).
Loki bietet Kunden der Raumfahrtindustrie eine vollständig konfigurierbare Verarbeitungsplattform für ihre Bordcomputer. Sie ist für Satelliten konzipiert, die die immer beliebter werdende SpaceWire-Netzwerkinfrastruktur nutzen (bei deren Implementierung 4Links-Gründer Paul Walker eine Schlüsselrolle spielte). Dank seines programmierbaren, modularen und logischen Designs benötigt Loki weniger Entwicklungsressourcen, was die Vorlaufzeiten verkürzt und die Kosten senkt.
Loki besteht aus einer Hauptplatine im Eurocard-Format und einer Erweiterungsplatine. Diese Erweiterungsplatine übernimmt alle Aspekte der festen Funktionalität, wie Verarbeitung, Speicher und Systemmanagement. Sie basiert auf einem leistungsstarken Xilinx Kintex UltraScale FPGA. Sie kann vor dem Start neu programmiert und sogar während des Fluges aktualisiert werden. Eine Haupt-I/O-Platine übernimmt alle Verbindungen. Sie fungiert als Gateway, kommuniziert mit den verschiedenen Satellitensubsystemen und stellt die Eingaben für die an den FPGA angeschlossene Erweiterungsplatine bereit.
Die Möglichkeit, die Hilfsplatine mit den Hauptplatinen über verschiedene I/O-Konfigurationen zu integrieren, vereinfacht Anpassungen an Kundenanforderungen erheblich. Ein weiterer entscheidender Vorteil von Loki ist, dass die Platine nur einmal validiert werden muss und anschließend in verschiedenen Konfigurationen eingesetzt werden kann. Dadurch kann alles in deutlich kürzerer Zeit, manchmal sogar in nur einem Monat, startbereit sein.
Spencer Saunders, Engineering Director bei 4Links, erklärt: „Der Ansatz mit Haupt- und Hilfsplatine macht diese Plattform für unsere Kunden sehr attraktiv. Sie ist deutlich agiler und ermöglicht eine beschleunigte Entwicklung. Ein weiterer Vorteil für die Anwender ist, dass sie eine Platine validieren und anschließend andere rekonfigurieren können. Diese Validierung macht eine kostspielige Rezertifizierung für jedes neue Projekt überflüssig.“
Technische Überlegungen
: Da Loki für Satelliten und andere Geräte im Orbit konzipiert ist, musste sein Gesamtgewicht minimal sein. Zudem musste die Kostensensibilität der meisten „New Space“-Projekte berücksichtigt werden, weshalb kundenspezifische MIL-SPEC-Komponenten im Design nicht realisierbar waren; stattdessen wurden Standardprodukte verwendet. Die Geräte mussten vor allem robust sein. Alle ausgewählten Komponenten mussten trotz extremer Temperaturen, mechanischer Stöße und Vibrationen über längere Zeiträume zuverlässig funktionieren.
Die Verbindung der Hauptplatine mit den einzelnen Subsystemen stellte das Entwicklungsteam von 4Links vor mehrere gestalterische Herausforderungen. Zusätzlich zu den genannten Anforderungen war der Platz für die benötigten Steckverbinder sehr begrenzt, was eine hohe Pin-Dichte erforderlich machte.

Eine effektive Verbindungslösung finden:
Herkömmliche Steckverbinder, wie beispielsweise im Micro-D-Format, wären für diese Anwendung zu groß und würden wertvollen Platz auf der Leiterplatte beanspruchen. Zudem sind diese Steckverbinder aufgrund ihrer Metallgehäuse schwerer, was eine alternative Lösung erforderlich machte.
Harwin und 4Links begannen vor etwas mehr als einem Jahr mit den Gesprächen über Loki. Nach umfangreichen Tests verschiedener Prototypen wurde festgestellt, dass Gecko-SL-Steckverbinder eine ausgezeichnete Wahl für die I/O-Platine darstellen und alle Verbindungsfunktionen des Subsystems erfüllen. Die

Gecko-SL-Steckverbinder von Harwin mit 1,25-Zoll-Raster bieten deutliche Vorteile gegenüber Standard-Micro-D-Komponenten, da sie wesentlich leichter und kompakter sind. Wie alle Komponenten der Gecko-Familie bieten sie die extrem hohe Zuverlässigkeit, die für unternehmenskritische Systeme erforderlich ist: Sie müssen robust genug sein, um auch anspruchsvollsten Betriebsbedingungen standzuhalten. Der Schraubverschluss gewährleistet eine sichere Befestigung selbst unter starken Torsionskräften. Die 4-polige Beryllium-Kupfer-Kontaktkonstruktion gewährleistet eine stabile Verbindung selbst unter starken Stößen (50G/100G) und Vibrationen (20G). Gecko-SL-Steckverbinder arbeiten in einem Temperaturbereich von -65 °C bis +150 °C und zeichnen sich zudem durch hervorragende Entgasungseigenschaften aus. Sie
sind in einer Vielzahl von Pin-Konfigurationen erhältlich. Für die Loki-Plattform war es dem technischen Team von 4Links außerdem wichtig, von der außergewöhnlichen Anschlussflexibilität durch zahlreiche Kombinationsmöglichkeiten zu profitieren, die sich optimal in die verfügbare Fläche des Motherboards integrieren ließen. Dadurch wurde der Platzbedarf durch ungenutzte Pins minimiert.
„Die Gecko-SL-Steckverbinder von Harwin haben uns die benötigte hohe Pin-Dichte ermöglicht – und das deutlich besser als vergleichbare Lösungen, da sie nur minimalen Platz auf der Platine benötigen“, so Saunders von 4Links. „Wir schätzen auch die enorme Flexibilität hinsichtlich der Pinanzahl der verschiedenen Versionen. Dadurch konnten wir Steckverbinder mit der jeweils benötigten Pinanzahl für jede Funktion installieren, ohne Pins ungenutzt zu lassen oder Platz zu verschwenden.“ „Die Qualität der von Harwin gelieferten Produkte und der dazugehörige technische Support waren maßgeblich für die Markteinführung unserer Loki-Plattform.“
Die Loki-Plattform bildet bereits die Grundlage der Bordcomputer zahlreicher LEO-Satellitenmissionen (Low Earth Orbit), die für Wetterbeobachtung, Erdbeobachtung und Weltraumschrottbeseitigung eingesetzt werden. Weitere Projekte werden in Kürze gestartet.

Autor: Andy Brayford, Direktor für Geschäftsentwicklung Nordeuropa, Harwin