ASTRA 2F Satellit: Mit neuer Sprache ins All

Sämtliche Programme zur Steuerung des Satelliten sind in der neuen Satellitensprache SPELL geschrieben. SPELL steht für „Satellite Procedure Execution Language & Library”. Das Interdisciplinary Centre for Security, Reliability and Trust (SnT) der Universität Luxemburg hat maßgeblich dazu beigetragen, dass SPELL jetzt in der Praxis auf Astrium-Satelliten einsatzfähig ist.

SES ist einer der weltweit größten Satellitenbetreiber, der eine Vielzahl von Satelliten im Orbit hat. Die Satelliten und ihre technischen Komponenten stammen von unterschiedlichen Herstellern, die jeweils ihre eigenen Programmiersprachen benutzen. „Weil es bisher keinen Standard gab, mussten wir bei Betrieb und Wartung der Maschinen enormen Aufwand betreiben“, sagt Martin Halliwell, Chief Technology Officer bei SES: „Unsere Operatoren arbeiteten mit sehr vielen verschiedenen Programmiersprachen, um die SES-Flotte im All zu steuern.“
Das sei problematisch, weil die Geräte Programmierfehler meist nicht verzeihen: „Passiert solch ein Fehler“, so Halliwell, „kann das die Ursache dafür sein, dass uns der Satellit im All verloren geht. Millionenverluste sind die Folge.“

SES hat deshalb vor einiger Zeit begonnen, die Open-Source-Software SPELL zu entwickeln. Es handelt sich um eine neuen Standard, mit dem die zahlreichen unterschiedlichen Programmiersprachen vereinheitlicht werden, die bisher beim Betrieb von Satelliten und ihrer Subsysteme zum Einsatz kamen. Mit SPELL ist es möglich, jede denkbare Steuerungsprozedur von beliebigen Bodenkontrollsystemen für alle möglichern Satelliten auszuführen. Maximale Flexibilität bei größter Sicherheit also.

„Die Sache hat allerdings einen Haken“, sagt Dr. Frank Hermann, Wissenschaftler am SnT: „Sämtliche Steuerungsprozeduren, die in unterschiedlichen Programmiersprachen vorliegen und auch im Einsatz sind, müssen nach SPELL übertragen werden. Wenn das nicht automatisch und mit absoluter Fehlerfreiheit erfolgt, ist es ein sehr ressourcenintensiver und fehleranfälliger Vorgang.“

Frank Hermann und seine Kolegen am SnT haben sich in enger Kooperation mit den Automatisierungs-Experten von SES des Problems angenommen: Es kamen so genannte Triple Graph-Transformation zum Einsatz, um die Programmiersprachen, unter denen die Subsysteme des neuen Satelliten arbeiten, automatisch in SPELL zu übersetzen. Hermann: „Die Triple Graph-Transformation ist eine mathematische Methode, die seit den 1990er Jahren erforscht wird. Gemeinsam mit anderen mathematischen Werkzeugen ist sie das ideale Instrument, um verschiedene Programmiersprachen in SPELL zusammenzuführen.“

Das Besondere an dem neuen Übersetzungsverfahren ist, dass keine Quellcode-Programmierung erforderlich ist: „Wir arbeiten mit einer visuellen Entwicklungsumgebung, bei der Übersetzungsregeln in einer graphischen Benutzeroberfläche gezeichnet werden“, sagt Hermann. Diese Regeln würden von speziellen Transforamtions-Tools automatisch ausgeführt. Die Qualitätsicherung erfolge durch – ebenfalls automatische – Konsistenzprüfungen, so Hermann: „Deren Wirksamkeit ist durch zahlreiche formale mathematische Beweise nachgewiesen.“ Läuft die Übersetzung, wird jede Information der Ausgangssprache zunächst in einen Graph überführt. „So entsteht ein Netzwerk mit zahlreichen Knoten auf der graphischen Oberfläche“, erklärt Hermann. Das Netzwerk werde dann abgelesen und in Zielgraphen für die Zielsprache SPELL übersetzt. „Jede Information in der alten Sprache hat ihre Entsprechung in SPELL“, beschreibt der Informatiker das Ergebnis.

Dass die Übersetzung hochpräzise ist, haben die Validierungsteams von SES festgestellt. „Das war Voraussetzung dafür, dass wir die Systeme unseres neuen Satelliten mit SPELL einheitlich programmieren konnten“, sagt Martin Halliwell. Prof. Thomas Engel, Vize-Direktor des SnT, zeigt sich sehr zufrieden über die Leistung der SnT-Wissenschaftler und über ihre Kooperation mit SES: „Der neue Satellit und SPELL werden sich nun im All beweisen müssen. Wenn alles gut läuft – wovon wir überzeugt sind – haben wir mit unserer Grundlagenforschung einen wichtigen Beitrag geleistet, die Leistungsfähigkeit von SES weiter zu steigern und damit Luxemburg wettbewerbsfähiger zu machen.“

Über das SnT

Das im Jahr 2009 von der Universität Luxemburg gegründete SnT ist ein international führendes Forschungsinstitut für die Sicherheit, Verlässlichkeit und Vertrauenswürdigkeit moderner Informations- und Kommunikationstechnologien (ICT). Zusammen mit seinen Partnern etabliert es Luxemburg in diesem Feld als ein europäisches Exzellenz- und Innovations-Zentrum. Um größtmögliche Wirkung zu entfalten, verfolgt das SnT einen interdisziplinären Forschungsansatz, der nicht nur technische Aspekte berücksichtigt, sondern auch Themen aus Wirtschaft, Recht und Geisteswissenschaften. Mit seinem Partnership-Programm fördert SnT die Entwicklung innovativer Ideen, ermöglicht Forschungskooperationen mit etablierten Partnern aus der Industrie und dem öffentlichen Sektor ebenso wie mit Start-ups und vertieft so nachhaltig Luxemburgs Kompetenz im ICT-Bereich.