Post on 24-Jun-2015
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BACARDIEin Katalog für Raumfahrtrückstände
Dipl.-Ing. (DH) Michael MeinelDeutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.Simulations- und Softwaretechnik – Verteilte Systeme und KomponentensoftwareRosa-Luxemburg-Straße 2, 10178 Berlin
> BACARDI – Ein Katalog für Raumfahrtrückstände > Michael Meinel > 15.10.2013DLR.de • Folie 1
Das DLRDeutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
• Forschungseinrichtung• Raumfahrt-Agentur • Projektträger
DLR-Standardfoliensatz • Oktober 2013DLR.de • Folie 2
Standorte und Personal
DLR.de • Folie 3 DLR-Standardfoliensatz • Oktober 2013
Circa 7.400 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter arbeiten in 32 Instituten und Einrichtungen in
16 Standorten.
Büros in Brüssel, Paris, Tokio und Washington.
n Köln
n Oberpfaffenhofen
Braunschweig n
n Göttingen
Berlin n
n Bonn
n Neustrelitz
Weilheim n
Bremen n n Trauen
Lampoldshausen n
n Hamburg
Stuttgart n
Stade n
Augsburg n
Jülich n
Simulations- und Softwaretechnik
DLR.de • Folie 4 DLR-Standardfoliensatz • Oktober 2013
Zwei Abteilungen
• Verteilte Systeme und Komponentensoftware
• Software für Raumfahrtsysteme und interaktive Visualisierung
in Köln, Braunschweig und Berlin. n Köln
n Oberpfaffenhofen
Braunschweig n
n Göttingen
Berlin n
n Bonn
n Neustrelitz
Weilheim n
Bremen n n Trauen
Lampoldshausen n
n Hamburg
Stuttgart n
Stade n
Augsburg n
Jülich n
Inhalt
DLR.de • Folie 5 > Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
• „Weltraumschrott“• Entstehung und Prognose• Aktuelle Strategien zum Umgang
• Das BACARDI-System• Überblick• Design• „skynet“-Komponenten
• Ausblick
Bezeichnet alle nicht-aktiven, nicht-kooperativen orbitalen Objekte, wie z.B.
> Vortrag > Autor • Dokumentname > DatumDLR.de • Folie 6
Was ist „Weltraumschrott“
Raketenoberstufen
Ausgebrannte oderdefekte Satelliten
Verlorene Gegenstände,Werkzeuge, etc.
… und Trümmer aller Art (z.B.aus Kollisionen von Satelliten odervon Technologiedemonstrationen).
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• Derzeitige (katalogisierte) Weltraumpopulation (> 10 cm): 17 000 Teile, davon• 22% Satelliten (6% noch aktiv),• 11% Raketenteile,• 7% sonstige, missionsrelevante Objekte.
• Und die anderen 60%?• Viele Trümmerteile aus Explosionen
• Januar 2007: FengYun-1C• Februar 2009: Kollision von Iridium-33 und Kosmos-2251
• 5 600 neue Teile (Anstieg um ca. 50% im LEO)
• Aber: Gefahr bereits ab 1cm• Schätzwerte um 1 000 000 Objekte
> Vortrag > Autor • Dokumentname > DatumDLR.de • Folie 7
Raumfahrtrückstände in Zahlen
> Vortrag > Autor • Dokumentname > DatumDLR.de • Folie 8
Die Gefahr von Weltraumschrott
• Experten einig: Weltraumschrott muss Beachtung geschenkt werden.
• Konsens aus „6th European Conference on Space Debris“ (März 2013)
• Planung und Durchführung künftiger Missionen nur noch mit End-of-Life-Management. Satelliten müssen spätestens 25 Jahre nach Missionsende die Umlaufbahn verlassen haben.
• Evaluation und Implementation von aktiven Strategien zur Schrottentfernung.
• Aufbau und Pflege von Katalogen.
> Vortrag > Autor • Dokumentname > DatumDLR.de • Folie 9
Weitere Entwicklung
Projektpartneraus dem DLR
DLR.de • Folie 10 > Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
Deutsches Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC)
Institut für Optische Systeme(ab 2014)
• Missionsbetrieb und COLA-Dienst
• Initiator und Betreiber des Katalogs• Modelle und Numerik
• Aktives Laser-Tracking• Vorstufe zu ADR durch
Laserbeschuss
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BACARDI im Überblick
DLR.de • Folie 11 > Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
Sensornetwork, e.g.
Optical Telescopes Tracking Radar Surveillance Radar Laser Tracking
SMARTnet TIRADLR Tracking
RadarDLR Scan
RadarGRAVES EISCAT
TP Demonstrator
BACARDI – Backend Catalog for Relational Debris Information
USSTRATCOM ESA AIUB ISON
User Group
WLZCOLA SystemPlanner
Sensor Scheduler
Monitoring & Control
ISON
Database
Sensor DataObservation Data
(Tracklets)
Correlated Observation
Object Candidates
Catalogue ObjectsEphemerides &
Covariance
Manoeuvre Data Object Properties
Processes
Import of Sensor Data
Import of Extern Orbital Information
Catalogue MergerSensor Data Processing
Identification
Orbit Prediction
Re-entry Prediction
Manoeuvre Identification
COLA Service
User Interface (regarding Data Policy)
Orbit Determination
Extern Orbital / Object Information, e.g.
• Auftrag der Katalogerstellung mit Rahmenbedingungen:• Modelle und Numerik kommen vom GSOC (FORTRAN)• Bereitstellung der Schnittstellen nach außen• Skalierbarkeit bis zu 1 000 000 Objekte• Basisdemonstrator bis Ende 2013 (1 Jahr)
• Alles andere bleibt selbst zu entscheiden!
> Vortrag > Autor • Dokumentname > DatumDLR.de • Folie 12
Grundlegende Überlegungen
• Schnelles Prototyping• Großes Ökosystem• Einfache Integration von FORTRAN-Code• Beliebt in der Wissenschaft (numpy, scipy)
Systemanalyse 1
DLR.de • Folie 13 > Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
RDBMS
RDBMS
RDBMS
RDBMS RDBMS
RDBMS
RDBMS
Cache
Import Import
Process
Process Process
Process
ProcessProcess
Systemanalyse II
DLR.de • Folie 14 > Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
RDBMS
Cache
Import
Processing
Python
FORTRAN
Middlew
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Sicherheit
Nachvollziehbarkeit
• Einfach• Datenparallel• Schnell• Riesige Anzahl
Export
• Entwicklung einer neuen, spezialisierten Middleware:
• Dezentrale Message Queues
• Skalierbares, selbstorganisiertes Netzwerk
• Minimaler Netzwerk-Overhead
• Plattformunabhängig (Betrieb unter Linux, Entwicklung und Windows…)
• Automatische Aufzeichnung aller Aktivitäten (rechtliche Aspekte, Wiederherstellung von Ergebnissen)
• Arbeitstitel für dieses „network for surveillance of the sky“: skynet
> Vortrag > Autor • Dokumentname > DatumDLR.de • Folie 15
Entscheidungen
skynet.network
DLR.de • Folie 16 > Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
• Grundlegende Netzwerkschicht mit ZeroMQ
• „Device“ als abstrakter Endpunkt• XML-Konfiguration (kompatibel zu
ZDCF)• Automatische Verbindung zu
passenden anderen „Devices“• Kompression großer Pakete• (De-)Serialisierung von ProtoBuf-
Messages• Vorbereitet für Verschlüsselung
und Signierung
• Synchron oder Asynchron
skynet.record
DLR.de • Folie 17 > Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
• Aufzeichnen aller Aktivitäten im System: Provenance
• Mehrere Provenance-Stores im System erlaubt / gefordert
• Nur einer Speichert den Datensatz!
• Derzeit Persistenz der Daten mit Neo4J
• Offene Fragen• Beweissicherheit von
Provenance-Daten?
• Basis für Datenmodellierung mit ProtoBuf
• Bereitstellung grundlegender Datentypen als ProtoBuf Messages (z.B. 3D-Vektor, 6D-Vektor, Orbitalelement, …)
• Interfaces für Caching
• ORM für ProtoBuf-Messages mit SQLAlchemy• (fast) ohne zusätzliche Annotation• Optimiert SELECTs durch JOINs!• Erweiterte Abfragen möglich
• Device für Datenbankanbindung
> Vortrag > Autor • Dokumentname > DatumDLR.de • Folie 18
skynet.model
• Abstraktionsschicht für Prozessoren• Keine Auseinandersetzung mit Netzwerkkram• Automatisches Caching, falls gewünscht
• Einfache Einbindung von Prozessoren• … als Unterprozesse. (Datenaustauch über Disk-IO bzw. Named Pipes.)• … als FORTRAN / C Modul mit einem Python-Wrapper.• … als pures Python-Modul
• Worker-Device bietet verschiedene Prozessoren an• Keine interne Parallelisierung (wegen GIL) Ein Device pro CPU oder im FORTRAN-/C-Modul parallelisieren
• Automatische Provenance-Aufzeichnung
• Ebenfalls als (FORTRAN-freundliche) C-Bibliothek geplant.
> Vortrag > Autor • Dokumentname > DatumDLR.de • Folie 19
skynet.process
• Prototyp für bis 10 000 Objekte bis Ende des Jahres• Implementierung im GSOC (ohne externen Zugang)
• skynet-Code• … ist ein echter Prototyp (und wird komplett ersetzt).• … soll als OpenSource bereitgestellt werden.
• Ab 2014 wesentliche Erweiterung das Projektes:• Erstellung eines eigenen, robotischen Sensor-Netzwerks (SMARTnet)• Erster öffentlicher Zugang• Neuimplementierung der GSOC-Dienste auf skynet-Basis• Entwicklung einer dezentralen Workflow-Engine
• Noch kein Logo! (Weder skynet, noch BACARDI)
> Vortrag > Autor • Dokumentname > DatumDLR.de • Folie 20
Status und Ausblick
Vielen Dank!
DLR.de • Folie 21 > Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
Que
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