SONATE-2

Projektübersicht

Im Rahmen der SONATE-2 Mission sollen neuartige Hard- und Softwaretechnologien der künstlichen Intelligenz (KI) im miniaturisierten Format im Erdorbit verifiziert werden. Durch Verwendung solcher KI-Technologien kann der Satellit die Umgebung selbstständig analysieren und autonome Aufnahmen starten. Eine besondere Rolle spielt dabei das Deep Learning als vielseitiges Bildverarbeitungstool. So soll die Nutzlast neben der Klassifikation von bereits zum Missionsbeginn bekannten Zielen auch über die Möglichkeit eines On-Board-Trainings für die Detektion von Anomalien als zuvor unbekannte Objekte bzw. Phänomene verfügen. Diese Technologien könnten perspektivisch z.B. in Kleinsatellitenmissionen zur Erforschung des Sonnensystems eingesetzt werden.

Mission Statement:

Entwicklung und Betrieb eines Technologieerprobungssatelliten für hochautonome Nutzlasten und künstliche Intelligenz.

Beginn des Vorhabens: 01.03.2021
Dauer: 4 Jahre
Förderkennzeichen: 50RU2100

Ansprechpartner:

Oleksii Balagurin (Projektleiter)
Prof. Dr.-Ing. Hakan Kayal

Im Rahmen der SONATE-2 Mission sollen neuartige Hard- und Softwaretechnologien der künstlichen Intelligenz (KI) im miniaturisierten Format im Erdorbit verifiziert werden. Durch Verwendung solcher KI-Technologien kann der Satellit die Umgebung selbstständig analysieren und autonome Aufnahmen starten. Eine besondere Rolle spielt dabei das Deep Learning als vielseitiges Bildverarbeitungstool. So soll die Nutzlast neben der Klassifikation von bereits zum Missionsbeginn bekannten Zielen auch über die Möglichkeit eines On-Board-Trainings für die Detektion von Anomalien als zuvor unbekannte Objekte bzw. Phänomene verfügen. Diese Technologien könnten perspektivisch z.B. in Kleinsatellitenmissionen zur Erforschung des Sonnensystems eingesetzt werden.

Der Start von SONATE-2 erfolgte am 4. März 2024 von Kalifornien an Bord einer Falcon 9 Trägerrakete im Rahmen der Transporter 10 Mission.

SONATE-2 Projektteam nach der Fertigstellung des Flugmodells (Foto: H. Kayal)

Projektverantwortlicher:

O. Balagurin

Mitarbeiter:

Informationen für Funkamateure

2024[ to top ]

In-Orbit Validierung des MultiView-Sternsensors auf dem SONATE-2 CubeSat. Neumann, Tobias; Balagurin, Oleksii; Kaiser, Tobias; Kayal, Hakan; Maurer, Andreas; Riegler, Clemens; Schwarz, Tobias. In Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., 2024.
- [ BibTeX ]
@inproceedings{neumann2024inorbit, author = {Neumann, Tobias and Balagurin, Oleksii and Kaiser, Tobias and Kayal, Hakan and Maurer, Andreas and Riegler, Clemens and Schwarz, Tobias}, booktitle = {Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress}, keywords = {cubesat}, publisher = {Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.}, title = {In-Orbit Validierung des MultiView-Sternsensors auf dem SONATE-2 CubeSat}, year = 2024 }
6U+ CubeSat SONATE2: Operation of an Optical AI Payload in Low Earth Orbit. Herbst, Tobias; Balagurin, Oleksii; Greiner, Tobias; Kaiser, Tobias; Kayal, Hakan; Maurer, Andreas; Schwarz, Tobias. In 75th International Astronautical Congress (IAC). 2024.
- [ BibTeX ]
@inproceedings{herbst2024cubesat, author = {Herbst, Tobias and Balagurin, Oleksii and Greiner, Tobias and Kaiser, Tobias and Kayal, Hakan and Maurer, Andreas and Schwarz, Tobias}, booktitle = {75th International Astronautical Congress (IAC)}, keywords = {ai}, title = {6U+ CubeSat SONATE2: Operation of an Optical AI Payload in Low Earth Orbit}, year = 2024 }
Novel On-Board Data Processing Strategies on Nanosatellite SONATE-2. Maurer, Andreas; Balagurin, Oleksii; Greiner, Tobias; Herbst, Tobias; Kaiser, Tobias; Kayal, Hakan; Schwarz, Tobias. In Small Satellites, System & Services Symposium (4S). Palma de Mallorca, Spain, 2024.
- [ Abstract ]
- [ BibTeX ]
Reliable on-board data handling is the backbone of every successful satellite mission. New scientific experiments can only be validated, and results obtained, if the recorded scientific data reaches the ground completely and correctly. For this, several special techniques were applied during the implementation of the SONATE-2 mission. Generic communication protocols were defined between all payloads, subsystems, and the On-board data handling (OBDH) of SONATE-2 to reduce the overall complexity of the data management system. With the help of these protocols, the development effort could be reduced, and the data transfers simplified. In addition, this allowed the communication interfaces to be simulated and quickly tested during development with a desktop computer using an OBDH-Simulator.

@conference{maurerandreas2024novel, abstract = {Reliable on-board data handling is the backbone of every successful satellite mission. New scientific experiments can only be validated, and results obtained, if the recorded scientific data reaches the ground completely and correctly. For this, several special techniques were applied during the implementation of the SONATE-2 mission. Generic communication protocols were defined between all payloads, subsystems, and the On-board data handling (OBDH) of SONATE-2 to reduce the overall complexity of the data management system. With the help of these protocols, the development effort could be reduced, and the data transfers simplified. In addition, this allowed the communication interfaces to be simulated and quickly tested during development with a desktop computer using an OBDH-Simulator.}, address = {Palma de Mallorca, Spain}, author = {Maurer, Andreas and Balagurin, Oleksii and Greiner, Tobias and Herbst, Tobias and Kaiser, Tobias and Kayal, Hakan and Schwarz, Tobias}, booktitle = {Small Satellites, System & Services Symposium (4S)}, keywords = {obdh}, title = {Novel On-Board Data Processing Strategies on Nanosatellite SONATE-2}, year = 2024 }
Early Results and In-Flight Experience of the 6U-Mission SONATE-2. Schwarz, Tobias; Balagurin, Oleksii; Greiner, Tobias; Herbst, Tobias; Kaiser, Tobias; Kayal, Hakan; Maurer, Andreas. In Small Satellites, System & Services Symposium (4S). Palma de Mallorca, Spain, 2024.
- [ Abstract ]
- [ BibTeX ]
SONATE-2 is a 6U+ CubeSat for technology demonstration developed at the University of Würzburg. It was launched on SpaceX' Transporter-10 mission into a 527x505 km Sun synchronous orbit on March 4, 2024.

@inproceedings{schwarzEARLYRESULTSINFLIGHT2024, abstract = {SONATE-2 is a 6U+ CubeSat for technology demonstration developed at the University of Würzburg. It was launched on SpaceX' Transporter-10 mission into a 527x505 km Sun synchronous orbit on March 4, 2024.}, address = {Palma de Mallorca, Spain}, author = {Schwarz, Tobias and Balagurin, Oleksii and Greiner, Tobias and Herbst, Tobias and Kaiser, Tobias and Kayal, Hakan and Maurer, Andreas}, booktitle = {Small Satellites, System & Services Symposium (4S)}, keywords = {results}, title = {Early Results and In-Flight Experience of the 6U-Mission SONATE-2}, year = 2024 }
Erste Flugergebnisse der Satellitenmission SONATE-2. Balagurin, Oleksii; Greiner, Tobias; Herbst, Tobias; Kaiser, Tobias; Kayal, Hakan; Männel, Jonathan; Maurer, Andreas; Neumann, Tobias; Riegler, Clemens; Schwarz, Tobias. In Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., 2024.
- [ BibTeX ]
@inproceedings{balagurin2024erste, author = {Balagurin, Oleksii and Greiner, Tobias and Herbst, Tobias and Kaiser, Tobias and Kayal, Hakan and Männel, Jonathan and Maurer, Andreas and Neumann, Tobias and Riegler, Clemens and Schwarz, Tobias}, booktitle = {Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress}, keywords = {cubesat}, publisher = {Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.}, title = {Erste Flugergebnisse der Satellitenmission SONATE-2}, year = 2024 }

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SONATE-2 – A Technology Demonstration Mission of Artificial Intelligence for Image Processing and Anomaly Detection. Greiner, Tobias; Balagurin, Oleksii; Herbst, Tobias; Kaiser, Tobias; Kayal, Hakan; Maurer, Andreas; Schwarz, Tobias. In 16th Pico- and Nano-Satellite Workshop. Würzburg, Germany, 2023.
- [ BibTeX ]
@conference{greiner2023sonate2, address = {Würzburg, Germany}, author = {Greiner, Tobias and Balagurin, Oleksii and Herbst, Tobias and Kaiser, Tobias and Kayal, Hakan and Maurer, Andreas and Schwarz, Tobias}, booktitle = {16th Pico- and Nano-Satellite Workshop}, keywords = {ai}, title = {SONATE-2 – A Technology Demonstration Mission of Artificial Intelligence for Image Processing and Anomaly Detection}, year = 2023 }
Attitude-independent calibration of magnetometers in orbit using Particle Swarm Optimization. Kaiser, Tobias; Thois, Dominik; Balagurin, Oleksii; Greiner, Tobias; Kayal, Hakan; Schwarz, Tobias; Maurer, Andreas; Herbst, Tobias; Riegler, Clemens. In 14th IAA Symposium on Small Satellites for Earth Observation. 2023.
- [ Abstract ]
- [ BibTeX ]
SONATE-2 is an upcoming CubeSat for AI applications in space. The payload includes widefield and nearfield cameras to take images of the Earth and perform tasks like image segmentation and anomaly detection. The Attitude Determination and Control System (ADCS) is designed to provide accurate pointing for these tasks. In addition, a propulsion system and a star sensor will be validated in orbit. In normal operations, the magnetic field vector and the sun vector are measured to determine the CubeSat attitude via the TRIAD or QUEST method. The harsh space environment subjects the sensors to disturbances, and it is expected that the calibration parameters will change over time. The magnetometers will be recalibrated in orbit using Particle Swarm Optimization (PSO). The algorithm records the predicted and measured magnetic field vectors from hundreds of points in time and minimises the error between their magnitude by changing the calibration parameters. This calibration was tested at the JMU Würzburg on demonstrator hardware for the ADCS and a set of Helmholtz coils simulating the Earth Magnetic Field. The resulting calibration parameters were only slightly less accurate than those found by calibrating the magnetometer in the laboratory. The calibration algorithm will be optimized further and then implemented on SONATE-2.

@inproceedings{noauthororeditorattitudeindependent, abstract = {SONATE-2 is an upcoming CubeSat for AI applications in space. The payload includes widefield and nearfield cameras to take images of the Earth and perform tasks like image segmentation and anomaly detection. The Attitude Determination and Control System (ADCS) is designed to provide accurate pointing for these tasks. In addition, a propulsion system and a star sensor will be validated in orbit. In normal operations, the magnetic field vector and the sun vector are measured to determine the CubeSat attitude via the TRIAD or QUEST method. The harsh space environment subjects the sensors to disturbances, and it is expected that the calibration parameters will change over time. The magnetometers will be recalibrated in orbit using Particle Swarm Optimization (PSO). The algorithm records the predicted and measured magnetic field vectors from hundreds of points in time and minimises the error between their magnitude by changing the calibration parameters. This calibration was tested at the JMU Würzburg on demonstrator hardware for the ADCS and a set of Helmholtz coils simulating the Earth Magnetic Field. The resulting calibration parameters were only slightly less accurate than those found by calibrating the magnetometer in the laboratory. The calibration algorithm will be optimized further and then implemented on SONATE-2.}, author = {Kaiser, Tobias and Thois, Dominik and Balagurin, Oleksii and Greiner, Tobias and Kayal, Hakan and Schwarz, Tobias and Maurer, Andreas and Herbst, Tobias and Riegler, Clemens}, booktitle = {14th IAA Symposium on Small Satellites for Earth Observation}, keywords = {adcs}, title = {Attitude-independent calibration of magnetometers in orbit using Particle Swarm Optimization}, year = 2023 }
SONATE-2 – Using Artificial Intelligence for In-Orbit Image Processing and Anomaly Detection. Greiner, Tobias; Balagurin, Oleksii; Herbst, Tobias; Kaiser, Tobias; Kayal, Hakan; Maurer, Andreas; Schwarz, Tobias. In 14th IAA Symposium on Small Satellites for Earth Observation. Berlin, 2023.
- [ BibTeX ]
@inproceedings{greiner2023sonate2, address = {Berlin}, author = {Greiner, Tobias and Balagurin, Oleksii and Herbst, Tobias and Kaiser, Tobias and Kayal, Hakan and Maurer, Andreas and Schwarz, Tobias}, booktitle = {14th IAA Symposium on Small Satellites for Earth Observation}, keywords = {ai}, title = {SONATE-2 – Using Artificial Intelligence for In-Orbit Image Processing and Anomaly Detection}, year = 2023 }

2022[ to top ]

SONATE-2 Nanosatellitenmission für Künstliche Intelligenz und Höhere Autonomie. Balagurin, Oleksii; Greiner, Tobias; Herbst, Tobias; Kaiser, Tobias; Kayal, Hakan; Maurer, Andreas; Riegler, Clemens; Schwarz, Tobias. In Proceedings DLRK 2022. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2022.
- [ BibTeX ]
@conference{balagurin2022sonate2, address = {Bonn}, author = {Balagurin, Oleksii and Greiner, Tobias and Herbst, Tobias and Kaiser, Tobias and Kayal, Hakan and Maurer, Andreas and Riegler, Clemens and Schwarz, Tobias}, booktitle = {Proceedings DLRK 2022}, keywords = {ai}, month = 11, publisher = {Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.}, title = {SONATE-2 Nanosatellitenmission für Künstliche Intelligenz und Höhere Autonomie}, year = 2022 }
Hardware and Software Redundancy Concepts on-board of SONATE-2. Maurer, Andreas; Balagurin, Oleksii; Greiner, Tobias; Herbst, Tobias; Kaiser, Tobias; Kayal, Hakan; Riegler, Clemens; Schwarz, Tobias. Vol. IAC 2022 congress proceedings, p. 11. International Astronautical Federation (IAF), 100 Avenue de Suffren 75015 Paris, France, 2022.
- [ Abstract ]
- [ BibTeX ]
- [ URL ]
SONATE-2 is a 6U-CubeSat, which main mission goal is the in-orbit demonstration of a newly developed AI processing platform. Experiments running on this platform include lightening detection, image segmentation and anomaly detection in images taken by the satellite. Thereby, on-board training of neural networks for AI based image processing applications will be demonstrated. Secondary mission objectives include the verification of AOCS components, tests of the ADCS’s target-pointing capabilities and the operation of an amateur radio payload. The SONATE-2 satellite is planned to be launched into a SSO in Q1 2024. par In satellites, redundancy plays a key role due to the lack of hardware-based maintenance availability, but also because of the harsh space environment. Therefore, SONATE-2 consists of two fully redundant 5V and 12V busses which supply the satellite’s subsystems and payloads with the required amount of power. Redundant subsystems are connected to one of the two power busses. In case of a power failure on one of the two busses, the redundant component supplied by the other bus is then still operational. par A key element of the design of SONATE-2 is hardware-based redundancy of the communication subsystem, the ADCS, the OBDH and the AI payload. Each of these subsystems is included multiple times on-board. SONATE-2’s communication subsystem consists of two VHF-, two UHF- and two S-Band transceivers and antennas. The ADCS includes two processing computers and a total of four three-axis magnetometers, four three-axis gyroscopes, six reaction wheel, six magnetorquer and 12 sun sensors. On-board data handling tasks are executed by one of four available OBDH computers. The decision which OBDH is executing the telecommand processing and housekeeping tasks is determined by a software-based role arbitration. Furthermore, the AI-payload which consists of a Nvidia Jetson Xavier NX and four cameras is integrated in the satellite twice. par Each of these subsystems have further built-in software-based redundancy concepts, including fault detection, isolation, and recovery algorithms as well as redundant saved configurations. This paper gives a brief overview of the SONATE-2 mission with the focus on the built-in hardware and software redundancy concepts of the satellite bus and the payloads on SONATE-2.

@conference{maurer2022hardware, abstract = {SONATE-2 is a 6U-CubeSat, which main mission goal is the in-orbit demonstration of a newly developed AI processing platform. Experiments running on this platform include lightening detection, image segmentation and anomaly detection in images taken by the satellite. Thereby, on-board training of neural networks for AI based image processing applications will be demonstrated. Secondary mission objectives include the verification of AOCS components, tests of the ADCS’s target-pointing capabilities and the operation of an amateur radio payload. The SONATE-2 satellite is planned to be launched into a SSO in Q1 2024. \par In satellites, redundancy plays a key role due to the lack of hardware-based maintenance availability, but also because of the harsh space environment. Therefore, SONATE-2 consists of two fully redundant 5V and 12V busses which supply the satellite’s subsystems and payloads with the required amount of power. Redundant subsystems are connected to one of the two power busses. In case of a power failure on one of the two busses, the redundant component supplied by the other bus is then still operational. \par A key element of the design of SONATE-2 is hardware-based redundancy of the communication subsystem, the ADCS, the OBDH and the AI payload. Each of these subsystems is included multiple times on-board. SONATE-2’s communication subsystem consists of two VHF-, two UHF- and two S-Band transceivers and antennas. The ADCS includes two processing computers and a total of four three-axis magnetometers, four three-axis gyroscopes, six reaction wheel, six magnetorquer and 12 sun sensors. On-board data handling tasks are executed by one of four available OBDH computers. The decision which OBDH is executing the telecommand processing and housekeeping tasks is determined by a software-based role arbitration. Furthermore, the AI-payload which consists of a Nvidia Jetson Xavier NX and four cameras is integrated in the satellite twice. \par Each of these subsystems have further built-in software-based redundancy concepts, including fault detection, isolation, and recovery algorithms as well as redundant saved configurations. This paper gives a brief overview of the SONATE-2 mission with the focus on the built-in hardware and software redundancy concepts of the satellite bus and the payloads on SONATE-2.}, address = {100 Avenue de Suffren 75015 Paris, France}, author = {Maurer, Andreas and Balagurin, Oleksii and Greiner, Tobias and Herbst, Tobias and Kaiser, Tobias and Kayal, Hakan and Riegler, Clemens and Schwarz, Tobias}, keywords = {redundancy}, month = {09}, pages = 11, publisher = {International Astronautical Federation (IAF)}, title = {Hardware and Software Redundancy Concepts on-board of SONATE-2}, volume = {IAC 2022 congress proceedings}, year = 2022 }
Testing the NVIDIA Jetson Xavier NX Module for the SONATE-2 Nano Satellite Mission. Herbst, Tobias; Balagurin, Oleksii; Greiner, Tobias; Kaiser, Tobias; Kayal, Hakan; Maurer, Andreas; Riegler, Clemens; Schwarz, Tobias. Vol. IAC 2022 congress proceedings, p. 7. International Astronautical Federation (IAF), 100 Avenue de Suffren 75015 Paris, France, 2022.
- [ Abstract ]
- [ BibTeX ]
- [ URL ]
SONATE-2 is a 6U+, LEO CubeSat mission, which will demonstrate the feasibility of in-orbit image processing using neural networks. These networks shall also be trained on-board. Therefore, a powerful computational unit with a small form factor and low power consumption is needed. One possible candidate, the NVIDIA Jetson Xavier NX is analysed and tested for a possible use in this mission. Thus, thermal vacuum chamber tests, total ionizing radiation dose tests, single event effect tests and vibration tests were performed to expose the module to conditions equivalent to space environment present in LEO. The module has been Total Ionizing Dose (TID) tested with a Co-60 source at a dose of 10,krad. Single Event Effect (SEE) testing has been done with protons at energy levels of 30, 50 and 68 MeV. In addition to that, vibration tests have been conducted on acceptance level for a launch with a Soyuz-2 rocket for a containerized CubeSat. The thermal-vacuum tests included an outgassing test and a thermal cycling test with 5 cycles from -30$$^\circ$$C to 90$$^\circ$$C. After the TID tests, the vibration tests and the thermal tests, no damage to the module could be detected. During the outgassing test, a total mass loss of at least 0.08,% was measured. During the SEE tests, two single event effects occurred, of which one caused the device to reboot and another one caused a memory error in the modules eMMC memory. Thus, it is recommended to implement a redundancy strategy for the content of the eMMC memory and operate the device, such that spontaneous reboots do not lead to critical failures.

@conference{noauthororeditor, abstract = {SONATE-2 is a 6U+, LEO CubeSat mission, which will demonstrate the feasibility of in-orbit image processing using neural networks. These networks shall also be trained on-board. Therefore, a powerful computational unit with a small form factor and low power consumption is needed. One possible candidate, the NVIDIA Jetson Xavier NX is analysed and tested for a possible use in this mission. Thus, thermal vacuum chamber tests, total ionizing radiation dose tests, single event effect tests and vibration tests were performed to expose the module to conditions equivalent to space environment present in LEO. The module has been Total Ionizing Dose (TID) tested with a Co-60 source at a dose of 10\,krad. Single Event Effect (SEE) testing has been done with protons at energy levels of 30, 50 and 68 MeV. In addition to that, vibration tests have been conducted on acceptance level for a launch with a Soyuz-2 rocket for a containerized CubeSat. The thermal-vacuum tests included an outgassing test and a thermal cycling test with 5 cycles from -30$^\circ$C to 90$^\circ$C. After the TID tests, the vibration tests and the thermal tests, no damage to the module could be detected. During the outgassing test, a total mass loss of at least 0.08\,\% was measured. During the SEE tests, two single event effects occurred, of which one caused the device to reboot and another one caused a memory error in the modules eMMC memory. Thus, it is recommended to implement a redundancy strategy for the content of the eMMC memory and operate the device, such that spontaneous reboots do not lead to critical failures.}, address = {100 Avenue de Suffren 75015 Paris, France}, author = {Herbst, Tobias and Balagurin, Oleksii and Greiner, Tobias and Kaiser, Tobias and Kayal, Hakan and Maurer, Andreas and Riegler, Clemens and Schwarz, Tobias}, keywords = {ai}, pages = 7, publisher = {International Astronautical Federation (IAF)}, title = {Testing the NVIDIA Jetson Xavier NX Module for the SONATE-2 Nano Satellite Mission}, volume = {IAC 2022 congress proceedings}, year = 2022 }
SONATE-2 - A Technology Demonstration Mission for Artificial Intelligence. Greiner, Tobias; Balagurin, Oleksii; Herbst, Tobias; Kaiser, Tobias; Kayal, Hakan; Maurer, Andreas; Neumann, Tobias; Riegler, Clemens; Schwarz, Tobias. In Small Satellites, System & Services Symposium (4S), G. Tobias, B. Oleksii, H. Tobias, K. Tobias, K. Hakan, M. Andreas, N. Tobias, R. Clemens, S. Tobias (eds.). Vilamoura, Portugal, 2022.
- [ Abstract ]
- [ BibTeX ]
The increasing amount of data produced by sensors, combined with low download rates, are a challenge for nanosatellites. On-board data processing and classification can be used to reduce the amount of data that needs to be downloaded. This edge computing approach has become more and more present in various terrestrial applications and embedded devices. Recent missions have used artificial intelligence (AI) models, pre-trained on the ground, for on-board image analysis. The SONATE-2 mission expands on this approach by also introducing on-board training capabilities, enabling new applications including on-board model generation and improvement.

@inproceedings{greiner2022sonate2, abstract = {The increasing amount of data produced by sensors, combined with low download rates, are a challenge for nanosatellites. On-board data processing and classification can be used to reduce the amount of data that needs to be downloaded. This edge computing approach has become more and more present in various terrestrial applications and embedded devices. Recent missions have used artificial intelligence (AI) models, pre-trained on the ground, for on-board image analysis. The SONATE-2 mission expands on this approach by also introducing on-board training capabilities, enabling new applications including on-board model generation and improvement.}, address = {Vilamoura, Portugal}, author = {Greiner, Tobias and Balagurin, Oleksii and Herbst, Tobias and Kaiser, Tobias and Kayal, Hakan and Maurer, Andreas and Neumann, Tobias and Riegler, Clemens and Schwarz, Tobias}, booktitle = {Small Satellites, System & Services Symposium (4S)}, editor = {Tobias, Greiner and Oleksii, Balagurin and Tobias, Herbst and Tobias, Kaiser and Hakan, Kayal and Andreas, Maurer and Tobias, Neumann and Clemens, Riegler and Tobias, Schwarz}, keywords = {ai}, title = {SONATE-2 - A Technology Demonstration Mission for Artificial Intelligence}, year = 2022 }

2021[ to top ]

Entwicklung und Betrieb eines Technologieerprobungssatelliten für hochautonome Nutzlasten. Balagurin, Oleksii; Greiner, Tobias; Herbst, Tobias; Kaiser, Tobias; Kayal, Hakan; Maurer, Andreas; Schwarz, Tobias. In Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress (DLRK) 2021. Bremen, 2021.
- [ BibTeX ]
@conference{balagurinentwicklung, address = {Bremen}, author = {Balagurin, Oleksii and Greiner, Tobias and Herbst, Tobias and Kaiser, Tobias and Kayal, Hakan and Maurer, Andreas and Schwarz, Tobias}, booktitle = {Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress (DLRK) 2021}, keywords = {cubesat}, month = {09}, title = {Entwicklung und Betrieb eines Technologieerprobungssatelliten für hochautonome Nutzlasten}, year = 2021 }
Development and operation of a technology testing satellite for highly autonomous payloads and artificial intelligence. Balagurin, Oleksii; Greiner, Tobias; Herbst, Tobias; Kaiser, Tobias; Kayal, Hakan; Maurer, Andreas; Neumann, Tobias; Riegler, Clemens; Schwarz, Tobias. In 14th Pico- and Nano-Satellite Workshop. Würzburg, Germany, 2021.
- [ BibTeX ]
@conference{noauthororeditor2021development, address = {Würzburg, Germany}, author = {Balagurin, Oleksii and Greiner, Tobias and Herbst, Tobias and Kaiser, Tobias and Kayal, Hakan and Maurer, Andreas and Neumann, Tobias and Riegler, Clemens and Schwarz, Tobias}, booktitle = {14th Pico- and Nano-Satellite Workshop}, keywords = {ai}, month = {09}, title = {Development and operation of a technology testing satellite for highly autonomous payloads and artificial intelligence}, year = 2021 }

Nanosatellit soll neuartige KI-Technologien testen

06.11.2023

Eine neue Würzburger Weltraum-Mission ist auf der Zielgeraden: Der Nanosatellit SONATE-2 wird im Orbit neuartige Hard- und Softwaretechnologien der Künstlichen Intelligenz testen.

Mehr

Künstliche Intelligenz für den Weltraum

14.04.2021

Einen Satelliten bauen mit Künstlicher Intelligenz an Bord, die im Weltraum trainiert wird: Für dieses Projekt erhält der Würzburger Professor Hakan Kayal 2,6 Millionen Euro vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

Mehr

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BR Videobeitrag zu SONATE-2

Für die Frankenschau des BR wurde ein Videobeitrag mit einem Interview mit Prof. Kayal veröffentlicht. In diesem erläutert er Hintergründe zum Satellitenstart und gibt Einblicke in das Missionskontrollzentrum der Professur, welches vom bayrischen Wissenschaftsminister M. Blume als 'Houston am Main' bezeichnet wurde.

(Bild: R.Emmerich)

Tagesschau Artikel zu SONATE-2 Start

Der SONATE-2 Start zum Test von KI Technologien im Weltall stieß auf ein großes Mediales Echo, u.a. im Rahmen eines Artikels der Tagesschau, welcher die Hintergründe der Mission und der Arbeiten an der Professur beleuchtet.

Weitere Pressemeldungen zum Projekt:

06.03.2024 - BR (Videobeitrag) Nanosatellit erfolgreich ins All gestartet

06.03.2024 - BR - Meilenstein in Würzburg: Unisatellit in den Weltraum gestartet

05.03.2024 - MainPost - Erfolgreicher Start in den Weltraum

05.03.2024 - Tagesschau - Deutsche KI im All

05.03.2024 - Presseartikel der JMU zum erfolgreichen Start von SONATE-2

06.11.2023 - Presseartikel der JMU zu Entwicklung und Zielen von SONATE-2

02.07.2021 - Vorbereitet auf die Zukunft, Presseartikel Süddeutsche Zeitung

14.04.2021 - Presseartikel der JMU zu SONATE-2

Impressionen aus dem Orbit

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Der Liveticker vom SONATE-2 Start und LEOP Betrieb

Link zum Livestream (beendet): https://www.youtube.com/watch?v=4qOBXHmDCUU

13.05.2024 Erstes hochauflösendes Bild von SONATE-2

Wir haben die ersten hochauflösenden Bilder des Nano-Satelliten SONATE-2 aufgenommen und heruntergeladen. Hier sehen Sie ein Bild von unserer Weitwinkel-Farbkamera. Es zeigt einen Teil von Nordafrika und die Straße von Gibraltar.

16.04.2024 Wir feiern den 42-tägigen ununterbrochenen Betrieb des SONATE-2-Bordcomputers.

02.04.2024 Erstes Training der Anomalieerkennungsnetzwerke im Orbit abgeschlossen!

20.03.2024 Offizielle NORAD-ID zugewiesen

In den vergangenen Tagen wurde SONATE-2 in den offiziellen NORAD Katalog aufgenommen.

International Designator: 2024-043Q
NORAD-ID: 59112

12.03.2024 Erstes Bild von SONATE-2 heruntergeladen!

Das erste Bild mit der Weitwinkelkamera von SONATE-2 wurde erfolgreich heruntergeladen!
Es handelt sich um eine verkleinerte und komprimierte Version des Rohbildes.

Können Sie erraten, welche Küstenlinie Sie hier sehen können?

08.03.2024 Erste SSTV Grußbotschaft von SONATE-2 empfangen

Heute wurde das erste mal ein zuvor an Board gespeichertes Bild über SSTV (Slow Scan TV) erfolgreich übertragen.
Dies ist ein niedrig aufgelöstes Bild, das über eine analoge Übertragungsart in einem Amateuerfunkband gesendet wird.

Termine für weitere Aussendungen finden Sie hier.

06.03.2024 Pressekonferenz zum erfolgreichen Satellitenstart

Gemeinsam mit dem Präsidenten der Universität konnten wir den erfolgreichen Start von SONATE-2 im Rahmen einer Pressekonferenz feiern. (Bild: R.Emmerich)

06.03.2024 Erste ADCS Daten heruntergeladen

Im Rahmen der LEOP Operationen wurde heute erstmals das redundante ADCS System betrieben und verschiedene Zustandsdaten erhoben. Alle Zustandsdaten des Satelliten liegen im erwarteten Bereich. Der Plot zeigt die Drehraten von SONATE-2 im zeitlichen Verlauf. (Abbildung T.Kaiser).

06.03.2024 Onboard-Computer läuft zuverlässig

Der SONATE Onboard Computer, eine eigenständige Entwicklung der Professur für Raumfahrttechnik, welcher das "Gehirn" des Satelliten bildet, erweist sich als sehr zuverlässig und lief bisher ohne Reboot. So konnte bereits gestern eine Up-Time von > 1 Tag erreicht werden, wie die Housekeepingdaten zeigen (Parameter OBDH1 UPTIME, OBDH3 UPTIME; Bild: H.Kayal).

06.03.2024 Aufnahme von SONATE-2 Deployment

Aufnahme von SONATE-2 während dem Auswurf im Rahmen der Transporter-10 Mission von SpaceX am 04.03.2024. (Bildquelle: SpaceX, Bearbeitung: J.Männel)

05.03.2024 - 15.30 Neue TLE Daten veröffentlicht

Aktualisierte TLE Daten wurden veröffentlicht:

SONATE-2
1 70309C 24043J   24064.95799882 .00043189 00000+0 22599-2 0    01
2 70309 97.4633 190.2549 0015255 299.5135 40.1876 15.15805287    14

05.03.2024 - 15.15 SONATE-2 in stabilen Zustand, erste Tagespässe abgeschlossen

Nach den ersten beiden Tagespässen heute ( insgesamt 4 Pässe seit dem Start) konnten durch die erfolgreiche und robuste Kommunikation mit dem Satellit bereits über 1000 Telemetrieframes heruntergeladen werden. Die analysierten Houskeepingdaten zeigen einen sicheren und stabilen Zustand des Satelliten.

05.03.2024 - 01.10 Livestream Ende

Der Livestream wird jetzt abgeschaltet.Vielen Dank an alle Zuschauer, die uns während dieser spannenden Missionsphase begleitet haben! Weitere Updates zu SONATE-2 folgen in den kommenden Tagen.

05.03.2024 - 01.00 SONATE-2 in gesundem Zustand

Die Analysen der ersten Telemetriedaten zeigen, dass sich SONATE-2 in einem gesunden Zustand befindet. Wir beginnen nun mit den LEOP Prozeduren.

05.03.2024 - 00.27 SONATE-2 von SatNOGS Bodenstationen empfangen

Bodenstationen des SatNOGS-Netzwerks haben SONATE-2 empfangen! Danke an alle Betreiber von SATNOGS Stationen für die Unterstützung! Link zu SatNOGS DB

05.03.2024 - 00.25 Uhr Telemetrie wird analysiert!

Screenshot aus Livestream während dem ersten Kontakt mit SONATE-2.

Die Kommunikation mit SONATE-2 ist stabil, erste Telemetriedaten wurden empfangen und analysiert. Der nächste Kontakt mit SONATE-2 wird um 01:47 (MEZ) erwartet.

05.03.2024 - 00.15 Uhr Erste Signale empfangen!

Es ist offiziell! Wir haben den ersten Kontakt zu unserem Satelliten SONATE-2 hergestellt! Jetzt beginnen die Analysen der empfangen Telemetriedaten, welche den Zustand des Satelliten zeigen.

05.03.2024 - 00.03 Uhr Bodenstation bereit für Kontakt

Die Bodenstation ist betriebsbereit und in südöstlicher Richtung ausgerichtet, wo SONATE-2 zum ersten Mal sichtbar sein wird. Alles ist bereit für den ersten Kontakt mit SONATE-2 im Orbit. Der erste Kontakt wird planmäßig gegen 00:14 (MEZ) am 05.04.2024 erwartet.

05.03.2024 - 00.01 Uhr Deployment confirmed

Der Auswurf von SONATE-2 in seine Sonnensynchrone Umlaufbahn (SSO) war erfolgreich!

04.03.2024 - 23.35 Uhr Operationsplan nach dem Auswurf:

Während wir auf die Ankunft am Auswurfpunkt warten ein paar Informationen zu den geplanten Aktionen durch SONATE-2 bis zum ersten Kontaktversuch:

T+0s: Deployment from Exolaunch Container
T+2s: Boot Onboard Computer
T+3min: Deploy Antennas
T+4min: Deploy Solar Array
T+5min: Start CW Transmission
T+15min: First Contact

04.03.2024 - 23.07 Uhr Planmäßige Triebwerksabschaltung der 2. Stufe

Nach der planmäßigen Abschaltung der Triebwerke fliegt die Oberstufe zu den Auswurfpunkten. Für SONATE-2 wird dieser gegen 23:59 Uhr (MEZ) erreicht.

04.03.2024 - 23.07 Uhr Stage Seperation

Die Abtrennung der ersten Stufe der Falcon 9 wurde soeben durch SpaceX bestätigt. Die Rakete wird ihren Flug mit der zweiten Stufe bis zum S-2 Punkt (Abtrennung der 2. Stufe) fortsetzen. Dieser wird voraussichtlich um ca. 23:59 Uhr (MEZ) erreicht. Bislang läuft alles nach Plan.

04.03.2024 - 23.05 Uhr Lift-Off

LIFT-OFF! Die Falcon-9 hebt von dem Space Launch Complex 4E in Vandenberg SFB, CA, ab! Gute Reise SONATE-2!

04.03.2024 - 22.55 Uhr T-10 Minuten Countdown Started

Die Startvorbereitungen für die Transporter-10 Mission mit SONATE-2 an Bord sind fast abgeschlossen, der Countdown läuft! Geplanter Start um (23:05:00 MEZ)

04.03.2024 - 22.35 Finale Startvorbereitungen laufen

Weniger als 30 Minuten bis zum Start. Laut Plan wird die Rakete jetzt noch betankt und letzte Checks werden durchgeführt.

04.03.2024 - 22:28 Livestream - Probleme gelöst

Die technischen Probleme im Livestream konnten behoben werden. Danke an das Team im Hintergrund.

04.03.2024 - 22:23 Uhr Livestream - kleine technische Probleme

Wir haben leider aktuell kleine technische Probleme mit unserem Livestream. Unser Mediateam arbeitet mit Hochdruck an einer Lösung.

04.03.2024 - 22:08 Uhr Gute Wetterbedingungen am Startplatz

SpaceX hat offiziell bestätigt, dass die aktuellen Wetterbedingungen am Startplatz auf der Vandenberg Space Force Base sehr gut sind.

04.03.2024 - 21.30 Uhr Livestream gestartet

Der Livestream wurde jetzt offiziell gestartet! Verfolgen Sie das Launchevent live bei YouTube:https://www.youtube.com/watch?v=4qOBXHmDCUU

Timeline für den Stream (Bild: T.Neumann)

04.03.2024 - 21.05 Uhr Die Spannung steigt!

Weniger als zwei Stunden bis zum Start verbleibend! In dem Bild ist SONATE-2 in dem Deploycontainer von Exolaunch (gelbe Markierung) auf der Transporter-10 Mission zu sehen. (Bildquelle: SpaceX)

04.03.2024 - 15.15 Uhr Planung der ersten Orbits und Kontaktmöglichkeiten

Auf Basis der TLE Daten konnten die ersten Orbits von SONATE-2 simuliert werden inkl. der ersten möglichen Kontaktzeiten zu unserer Bodenstation in Würzburg. Weitere Informationen zu dem Empfang von SONATE-2 sind auf der Seite Information for Radio Amateurs (en) zusammengefasst. (Bild: T.Neumann)

04.03.2024 - 12.00 Uhr TLE veröffentlicht

SONATE-2
1 70309C 24043J   24064.95832326 .00068411 00000+0 35030-2 0    01
2 70309 97.4548 190.2543 0011790 296.9003 44.7014 15.16600872    16

04.03.2024 - 10.30 Uhr Livestream-URL veröffentlicht

Link zum Livestream: https://www.youtube.com/watch?v=4qOBXHmDCUU

Wichtige Ereignisse (MEZ):

Stream Start: 21:30
Raketenstart: 23:05
Erwarteter erster Kontakt: ca. 00:15

04.03.2024 - 07.30 Uhr Startdetails von SpaceX veröffentlicht - Start am 04.03.2024 um 23:05 (MEZ)

SpaceX hat heute morgen die Startdetails der Transporter-10 Mission veröffentlicht, mit welcher SONATE-2 in den Orbit transportiert wird. Der Start wird heute, am 04.03.2024 um 23:05 (MEZ) stattfinden. Ein erster Kontaktversuch zu SONATE-2 wird um ca. 70 Minuten nach dem Start erwartet. Link zur Ankündigung von SpaceX

29.02.2024 SONATE-2: Startevent - Livestream Ankündigung

Die Vorbereitungen für die Liveübertragung des SONATE-2 Starts (Transporter-10 Mission) laufen. Ein Livestream wird das gesamte Startereignis abdecken und exklusive Einblicke aus dem Missionskontrollzentrum bieten. Weitere Informationen zum genauen Startdatum und der Link zum Livestream werden hier veröffentlicht, sobald das offizielle Startdatum bekannt gegeben wurde.

26.02.2024 - SONATE-2: Informationen für Funkamateure

In Vorbereitung auf den Start wurden jetzt die Details zum Empfang von SONATE-2 für Funkamateure veröffentlicht, siehe hier: Information for Radio Amateurs

21.02.2024 - SONATE-2: Probebetrieb

Der Probebetrieb für SONATE-2 hat begonnen. Das SONATE-2 Team testet ab heute im Missionskontrollzentrum der Professur für Raumfahrttechnik die Prozeduren und Kommandos für die sichere Inbetriebnahme von SONATE-2 direkt nach dem Start in wenigen Woche

20.02.2024 - Liveticker Ankündigung

Dieser Liveticker wird den SONATE-2 Start begleiten. Der Start ist aktuell für Anfang März 2024 mit der Mission Transporter-10 geplant. Genaue Details zum Starttermin folgen Ende Februar.

Der Liveticker wird das komplette Startevent begleiten. Zusätzlich wird es einen Livestream geben. Weitere Informationen dazu werden ebenfalls Ende Februar hier veröffentlicht.

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Offene Abschlussarbeitsthemen im Bereich der Satellitenmission SONATE-2

MA/BA/PR: Mobile S-Band-Bodenstation: Optimierung Nachführung und genaue Kalibrierung

Um die Nachführung der Bodenstationsantenne auf den Satelliten zu verbessern, muss die Ansteuerung der Motorsteuerungen angepasst werden, um die Regelung zu optimieren. Für eine genaue Nachführung ist auch eine genaue Kalibrierung der Antennenanlage notwendig. Möglichkeiten hierzu müssen untersucht und umgesetzt werden. Die Arbeiten müssen zu großen Teilen im Freien an der Bodenstation durchgeführt werden, daher nur in den wärmeren Monaten empfohlen. Für den Aufbau/Betrieb der Bodenstation ist eine gewisse körperliche Fitness notwendig. Die vorhandene Software ist in Qt/C++ geschrieben, daher sind entsprechende Vorkenntnisse von Vorteil.

Ansprechpartner: tobias.schwarz@uni-wuerzburg.de

MA/PR: Entwicklung eines SDR-Bodenstationstranseivers für den Satellitenbetrieb

Die bisherige Bodenstationshardware auf Basis eines Amateurfunk-Stationsgerät (Icom IC-9100) soll durch ein einfaches SDR wie z.B. HackRF ersetzt werden. Dazu müssen die benötigten Funktionen des bisherigen Geräts mit der entsprechenden Software (unter Verwendung von gnuradio) nachgebaut werden:

Operation in 2m und 70cm Amateurfunkband mit Option für weitere zukünftige Satellitenbänder
CW/FM mit notwendiger Signalaufbereitung für 1200 baud AFSK/9600 baud FSK G3RUH
Frequenzansteuerung über Hamlib für Dopplerkorrektur
Anbindung eines externen Softwaremodems (z.B. direwolf) oder Integration in die Software
Steuersignale für externe Verstärker
Fernübertragung des Audio-Signals

Ansprechpartner: tobias.schwarz@uni-wuerzburg.de

MA/BA/PR: Entwicklung und Bau eines ferngesteuerten Multikanal-Netzteils mit Strom- und Spannungsmessung für Strahlungstests

Auf Basis des MAX34451 oder einem ähnlichen IC soll ein Netzteil mit mehreren Kanälen gebaut werden, die aus der Ferne geschaltet werden können und für jeden Kanal einen eigenen Messsensor besitzt. Erfordert Elektrotechnik-Kenntnisse und erste Erfahrung im Design von Leiterplatten.

Ansprechpartner: tobias.schwarz@uni-wuerzburg.de

MA: Entwicklung eines USB-Schnittstellenadapters auf Basis eines STM32L4-Microcontrollers

Bei der Entwicklung und dem Test von Satelliten und deren Subsystemen ist es notwendig, über verschiedene Schnittstellen (CAN, UART, SPI, I2C, GPIO) mit dem Satelliten/Subsystem zu kommunizieren. Die Anbindung zum Computer soll dafür per USB erfolgen. Dafür wird momentan neben handelsüblichen FTDI-Chips (UART, SPI, I2C, GPIO) die frei verfügbare Candlelight-Firmware (CAN) auf Basis von STM32F042 Microcontrollern verwendet. Um die notwendige Hardware und den Stromverbrauch weiter zu reduzieren, sollen die Candlelight-Firmware und die entsprechenden USB-Treiber (Windows/Linux) auf die STM32L4 Serien portiert und um weitere Schnittstellen erweitert werden.

Ansprechpartner: tobias.schwarz@uni-wuerzburg.de

BA/PR: Auswertung von SONATE-2 Missionsdaten

Im Betrieb der SONATE-2 Mission fallen große Mengen an Daten an. Diese können auf vielfältige Aspekte hin untersucht werden. Im Rahmen einer Arbeit wird dabei je nach Bedarf der Untersuchungsschwerpunkt festgelegt. Die dabei entstehende Software/Scripte können dann ggf. automatisiert auch die zukünftig noch anfallenden Daten analysieren.

Ansprechpartner: tobias.schwarz@uni-wuerzburg.de

Social Media

Kontakt

E-Mail: sonate-2@uni-wuerzburg.de

Satelliten Information

Name: SONATE-2
Rufzeichen: DP0SNX
Int.-Desig.: 2024-043Q
Norad-ID: 59112

Mission Patch

Forschungsföderung

Hubland Nord, Geb. 32

SONATE-2

Projektübersicht

Nanosatellit soll neuartige KI-Technologien testen

Künstliche Intelligenz für den Weltraum

BR Videobeitrag zu SONATE-2

Tagesschau Artikel zu SONATE-2 Start

Weitere Pressemeldungen zum Projekt:

Impressionen aus dem Orbit

Der Liveticker vom SONATE-2 Start und LEOP Betrieb

Offene Abschlussarbeitsthemen im Bereich der Satellitenmission SONATE-2

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