Dies sind die Folien, die auf der PyCon.DE 2013 präsentiert wurden. Sie geben einen Überblick was Weltraumschortt ist, warum er beobachtet werden muss und wie dies mit Python umgesetzt werden kann.

1. DLR.de • Folie 1
> BACARDI – Ein Katalog für Raumfahrtrückstände > Michael Meinel > 15.10.2013
BACARDI
Ein Katalog für Raumfahrtrückstände
Dipl.-Ing. (DH) Michael Meinel
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Simulations- und Softwaretechnik – Verteilte Systeme und Komponentensoftware
Rosa-Luxemburg-Straße 2, 10178 Berlin

2. DLR.de • Folie 2
DLR-Standardfoliensatz • Oktober 2013
Das DLR
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
• Forschungseinrichtung
• Raumfahrt-Agentur
• Projektträger

3. DLR.de • Folie 3
DLR-Standardfoliensatz • Oktober 2013
Standorte und Personal
Circa 7.400 Mitarbeiterinnen und
Mitarbeiter arbeiten in
32 Instituten und Einrichtungen in
16 Standorten.
Stade   Hamburg
Bremen 
 Trauen
Berlin 
Braunschweig 
Büros in Brüssel, Paris,
Tokio und Washington.
 Neustrelitz
 Göttingen
Jülich
 Köln
 Bonn
Lampoldshausen 
Stuttgart 
Augsburg 
 Oberpfaffenhofen
Weilheim 

4. DLR.de • Folie 4
DLR-Standardfoliensatz • Oktober 2013
Simulations- und Softwaretechnik
Zwei Abteilungen
Stade   Hamburg
• Verteilte Systeme und
Komponentensoftware
• Software für Raumfahrtsysteme und
interaktive Visualisierung
in Köln, Braunschweig und Berlin.
Bremen 
 Neustrelitz
 Trauen
Berlin 
Braunschweig 
 Göttingen
Jülich
 Köln
 Bonn
Lampoldshausen 
Stuttgart 
Augsburg 
 Oberpfaffenhofen
Weilheim 

5. DLR.de • Folie 5
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
Inhalt
• „Weltraumschrott“
• Entstehung und Prognose
• Aktuelle Strategien zum Umgang
• Das BACARDI-System
• Überblick
• Design
• „skynet“-Komponenten
• Ausblick

6. DLR.de • Folie 6
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
Was ist „Weltraumschrott“
Quelle: NASA
Bezeichnet alle nicht-aktiven, nicht-kooperativen orbitalen Objekte, wie z.B.
Verlorene Gegenstände,
Werkzeuge, etc.
Quelle: NASA
Ausgebrannte oder
defekte Satelliten
Raketenoberstufen
… und Trümmer aller Art (z.B.
aus Kollisionen von Satelliten oder
von Technologiedemonstrationen).

7. DLR.de • Folie 7
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
Raumfahrtrückstände in Zahlen
• 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

8. DLR.de • Folie 8
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
Die Gefahr von Weltraumschrott

9. DLR.de • Folie 9
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
Weitere Entwicklung
• 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-LifeManagement. Satelliten müssen spätestens 25 Jahre nach Missionsende
die Umlaufbahn verlassen haben.
• Evaluation und Implementation von aktiven Strategien zur
Schrottentfernung.
• Aufbau und Pflege von Katalogen.

10. DLR.de • Folie 10
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
Projektpartner
aus dem DLR
• Initiator und Betreiber des Katalogs
• Modelle und Numerik
Institut für Optische Systeme
(ab 2014)
• Aktives Laser-Tracking
• Vorstufe zu ADR durch
Laserbeschuss
Quelle: scienceblogs.com
Deutsches
Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC)
• Missionsbetrieb und COLA-Dienst

11. DLR.de • Folie 11
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
BACARDI im Überblick
Sensornetwork, e.g.
Optical Telescopes
SMARTnet
ISON
Tracking Radar
TIRA
Surveillance Radar
DLR Tracking
Radar
DLR Scan
Radar
GRAVES
Laser Tracking
EISCAT
TP
Demonstrator
BACARDI – Backend Catalog for Relational Debris Information
Database
Processes
Sensor Data
Observation Data
(Tracklets)
Import of Sensor
Data
Import of Extern
Orbital Information
Correlated
Observation
Object Candidates
Sensor Data
Processing
Catalogue Merger
Catalogue Objects
Ephemerides &
Covariance
Identification
Manoeuvre
Identification
Manoeuvre Data
Object Properties
Orbit Determination
Orbit Prediction
COLA Service
Re-entry Prediction
User Interface (regarding Data Policy)
Monitoring
& Control
Sensor Scheduler
Planner
COLA System
User Group
WLZ
USSTRATCOM
ESA
AIUB
Extern Orbital / Object Information, e.g.
ISON

12. DLR.de • Folie 12
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
Grundlegende Überlegungen
• 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!
•
•
•
•
Schnelles Prototyping
Großes Ökosystem
Einfache Integration von FORTRAN-Code
Beliebt in der Wissenschaft (numpy, scipy)

13. DLR.de • Folie 13
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
Systemanalyse 1
RDBMS
RDBMS
Import
RDBMS
RDBMS
Process
RDBMS
Cache
Process
RDBMS
RDBMS
Import
Process
Process
Process
Process

14. DLR.de • Folie 14
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
Systemanalyse II
RDBMS
Sicherheit
Nachvollziehbarkeit
Middleware
Cache
Python
Processing
FORTRAN
Import
Export
•
•
•
•
Einfach
Datenparallel
Schnell
Riesige Anzahl

15. DLR.de • Folie 15
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
Entscheidungen
• 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

16. DLR.de • Folie 16
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
skynet.network
• 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 ProtoBufMessages
• Vorbereitet für Verschlüsselung
und Signierung
• Synchron oder Asynchron

17. DLR.de • Folie 17
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
skynet.record
• 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?

18. DLR.de • Folie 18
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
skynet.model
• Basis für Datenmodellierung mit ProtoBuf
• Bereitstellung grundlegender Datentypen als ProtoBuf Messages (z.B. 3DVektor, 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

19. DLR.de • Folie 19
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
skynet.process
• 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.

20. DLR.de • Folie 20
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
Status und Ausblick
• 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)

21. DLR.de • Folie 21
> Vortrag > Autor • Dokumentname > Datum
Quelle: badhaven.com
Vielen Dank!