HP-MFA - Weltraum-Demonstration eines hochpräzisen Magnetometer-Front-End-ASICs an Bord der FORESAIL-Mission

Eine Möglichkeit Kosten zukünftiger wissenschaftlicher Weltraummissionen zu reduzieren, liegt in der Reduktion der Satellitengröße. Das daraus resultierende verminderte Startgewicht reduziert folglich auch die Startkosten und erhöht somit die Chance mehr Satellitenprojekte durchführen zu können. Wissenschaftliche Geräte die für solche Mission gebaut werden müssen daher ebenfalls an Größe, Gewicht und Leistungsverbrauch einsparen, gleichzeitig jedoch ihre Messqualität erhalten. Um dies zu erreichen muss vor allem die sensornahe Elektronik einem Miniaturisierungsprozess unterzogen werden.Vor mehr als 15 Jahren begann das Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, eine miniaturisierte Version der Front-end Elektronik zur Verarbeitung von Signalen von Magnetfeldsensoren auf Basis von Application Specific Integrated Circuits (ASIC) zu entwickeln. Dieser Mikrochip firmiert unter dem Namen Magnetometer Frontend ASIC (MFA).Der MFA wurde in NASAs 4-Satelliten-Mission Magnetospheric MultiScale (MMS), als auch bei ESAs Beitrag zum südkoreanischen Weltraumwetter-Satelliten GEO-KOMPSAT-2A (GK-2A), erfolgreich eingesetzt. Bei beiden Missionen, also insgesamt 6 Magnetometer, hat der MFA seine überragende Funktionalität und Konkurrenzfähigkeit, verglichen mit diskret aufgebauter Elektronik anderer Magnetometer, bewiesen. Aus heutiger Sicht ist der MFA leider nicht mehr ganz perfekt in Bezug auf zukünftige Weltraumprojekte. Das zeigt sich vor allem im unzureichenden Dynamikbereich und in der limitierten Strahlungsfestigkeit. Außerdem hat sich die Anzahl an weltraumqualifizierten MFAs über die Jahre erschöpft und eine Nachproduktion und damit verbundenen Re-qualifizierung basierend auf einem auslaufenden Chip-Herstellungsprozess ist nicht zielführend.Dieses Projekt wird vom IWF gemeinsam mit dem Institut für Elektronik der Technischen Universität Graz (TUG) durchgeführt. Ziel ist (1) die Entwicklung und Test einer neuen Generation des Magnetometer Front-End ASIC basierend auf einer Konzeptstudie eines Vorgängerprojekts, und (2) der Nachweis der Weltraumtauglichkeit des neuen MFAs durch den Einsatz am finnischen CubeSat FORESAIL-2. Das ermöglicht sowohl eine rasche Weltraumqualifikation der Neuentwicklung, als auch die Erforschung einzigartiger Phänomene im Strahlungsgürtel der Erde durch die Forscher am IWF.Ein Erfolg dieses Projektes verspricht eine Teilnahme an einer 32-Satelliten-Mission der NASA, die nur mittels ASIC-basierender Elektronik bewerkstelligt werden kann. Weiters ermöglicht dieses Projekt die Teilnahme an der bereits ausgewählter ESA Kleinsatellitenmission Comet-Interceptor, für die ebenfalls miniaturisierte Elektronik erforderlich ist. Überdies wird der MFA der nächsten Generation auch schon für weitere Weltraummissionen in Betracht gezogen wie NASAs 2-Satellitenmission OHMIC zur Erforschung der Polarlichter und einer kombinierten Asteroiden- und Kometenmission der chinesischen Weltraumorganisation CNSA. Durch die Weiterentwicklung des Magnetometer Front-end ASICs wird die internationale Sichtbarkeit und Expertise des IWF im Bereich der Magnetosphären- und Planetenforschung bewahrt und weiter verbessert.ür das Institut für Elektronik der TUG ist dieses Projekt die perfekte Gelegenheit, die Expertise und Wettbewerbsfähigkeit im Bereich der Entwicklung von hochpräziser und strahlungsfester Mikroelektronik auszubauen. Erfolgreich abgeschlossene Projekte im Bereich der integrierten Sensorelektronik und robusten Sensorsignalverarbeitung bieten hierfür eine optimale Basis.