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Infrastruktur im Weltraum unterstützt Innovationen auf der Erde

NewSpace bezeichnet die Kommerzialisierung der Raumfahrt und ihre wachsende Verzahnung mit der Non-Space-Wirtschaft. Zukunftstechnologien wie autonomes Fahren oder Industrie 4.0 basieren auf Innovationen, die im Weltall verankert sind. Genaue Wettervorhersagen und Klimabeobachtung sind ohne Satelliten nicht denkbar, satellitengestützte Navigationssysteme im Bereich Verkehr und Logistik bereits heute unverzichtbar. NewSpace ist mithin das Sammelbecken für Ideen und Anwendungen einer kommerzielle Weltraumnutzung.

Erdbeobachtung - "Taking the Pulse of our Planet from Space"

Unser Know-how in der Erdbeobachtung bzw. Fernerkundung stammt aus unterschiedlichsten Anwendungen im Bereich Umwelt & Geodaten Services (Katastrophenschutz, Environmental Risk Monitoring, Grenzüberwachung etc.). Im Kontext von NewSpace konzentrieren wir uns auf das Thema „Nachhaltigkeit“ und den Beitrag innovativer NewSpace-Anwendungen. Wir denken zum Beispiel an Smart Farming, Monitoring im Bereich Gas Flarings, Monitoring im Bereich Klima, Monitoring im Bereich der Rohstoffförderung, Desaster Risk Management etc.

Unser Ansatz: Wir kombinieren unsere herkömmlichen Leistungen im Bereich Geodaten-Services mit Methoden aus dem Baukasten der Künstlichen Intelligenz und des Maschinellen Lernens. Zum Beispiel verknüpfen wir Erdbeobachtungdaten mit Erkenntnissen aus öffentlich verfügbaren Quellen (Open Source Intelligence - OSINT) zur Verifikation von Ereignissen weltweit.

Projekt IMonitor

Im Projekt IMonitor* - AI for Monitoring Changes and Food Supply from Space - kombinieren wir Erdbeobachtungsdaten mit einer Vielzahl anderer Informationsquellen (z. B. Finanztrends, Bodeninformationen, Wetter- und Klimamuster). Das ermöglicht eine beinah tägliche Überwachung der Erde zur Entscheidungsunterstützung und zur Erkennung von Veränderungen in der Landbedeckung und -nutzung. Wir liefern damit wichtige Beiträge für das Katastrophenmanagement und die Nahrungsmittelsicherheit. 

* gemeinsam mit der TUM (Lehrstuhl für Methodik der Fernerkundung) und dem DLR (Institut für Methodik der Fernerkundung)

 

Sichere Konnektivität - "Always on Air mit 5G"

In der digitalen Welt von heute ist die weltraumgestützte Konnektivität einer der strategischen Grundpfeiler für Souveränität und Wettbewerbsfähigkeit. Dabei ist eine sichere Konnektivität unerlässlich für Anwendungen z.B. in den Bereichen autonomes Fahren (auch in ländlichen Gebieten), IoT und kritischer Infrastrukturen.

5G bietet Konnektivität mit drei wesentlichen Vorteilen: Unterstützung von Breitbandigkeit, geringer Latenz und einer hohen Anzahl von Endgeräten. Das im Sommer veröffentliche Release 17 deckt auch Satellitenverbindungen (Non Terrestrial Networks, NTN) ab und kann damit terrestrische und satellitengestützte Netzwerke integrieren. 5G ist damit für die Verwendung in den o.g. NewSpace-Anwendungen hervorragend geeignet.

Mit dem 5G Testbed der IABG haben wir uns zum Ziel gesetzt, konkrete Aspekte der IT-Sicherheit, auch unter Nutzung von KI-Methoden, zu betrachten. Speziell beim hochautomatisierten Fahren untersuchen wir die Auswirkungen von Jamming und Spoofing auf die in den Sensorplattformen genutzte Satellitennavigation. Dabei profitieren wir von unseren langjährigen Kompetenzen in GNSS (Global Navigation Satellite Systems) sowie im Bereich Safety und Security.  

Enable Mega Satellite Constellations

Durch Mega-Konstellationen (z.B. Starlink) oder kooperierende Satelliten-Schwärme entstehen neue Anforderungen in Bezug auf Navigation und Lageregelung, um Kollisionen (auch mit Weltraumschrott) zu vermeiden. Thomas Reiter*: „Die Notwendigkeit einer automatisierten Kollisionsvermeidung ist beispielhaft dafür, wie die Raumfahrt des 21. Jahrhunderts dramatisch an Komplexität zunimmt. Künstliche Intelligenz wird unabdingbar, um diese Komplexität zu bewältigen, um unsere Weltrauminfrastruktur zu betreiben, zu vernetzen, zu koordinieren und zu schützen und um das Beste aus den Daten unserer wissenschaftlichen Satellitenmissionen herauszuholen."

* Thomas Reiter, ESA-Koordinator für internationale Agenturen und Berater des ESA-Generaldirektorats. Quelle www.esa.int/Space_in_Member_States/Germany/Kuenstliche_Intelligenz_treibt_Raumfahrt_des_21._Jahrhunderts_an (26.08.2022)

Kumulative On-Orbit-Verteilungsfunktionen in der Umlaufbahn (alle Bahnen). Die Spitzen in 2007 und 2009 stammen von einem chinesischen Anti-Satellitentest bzw. von der Kollision zwischen Iridium 33 und Kosmos 2251. Der jüngste, schnelle Anstieg der orangefarbenen Kurve repäsentiert NewSpace. Quelle: https://www.nature.com/articles/s41598-021-89909-7/figures/1 (Download am 12.09.2022)

Gemeinsam mit unseren Partnern arbeiten wir an der Entwicklung autonomer Entscheidungsprozesse. Anfallende Datenmengen sind durch konventionelle Methoden nicht mehr handhabbar. Eine schnelle, zuverlässige und fehlertolerante On-board-Verarbeitung beim Satelliten wird erforderlich, um in der geforderten Geschwindigkeit auf Ereignisse reagieren zu können. Wir kombinieren hierfür seriengefertigte, kommerziell verfügbare Mikroprozessoren, die zur Nutzung von Methoden der Künstlichen Intelligenz optimiert sind, mit intelligent aufgebauten Software-Architekturen zu einer robusten und zuverlässigen Edge Computing Einheit für on-board KI-Anwendungen, die für Weltraumanwendungen maßgeschneidert sind.

 

Qualifikationstests für NewSpace-Systeme

Mit unseren vielfältigen Testanlagen können wir außerdem Qualifkationstests an Raumfahrtkomponenten, Satelliten und Launchersystemen, z.B. Raketenstufen und Triebwerken durchführen, um die mechanischen Belastungen beim Start der Rakete sowie die Umgebungsbedingungen im All zu simulieren. Hierbei ist es uns möglich, sowohl den klassischen Raumfahrtsektor zu bedienen als auch maßgeschneiderte Leistungen für den Bereich NewSpace anzubieten. Mit Hilfe unserer über 60-jährigen Erfahrung in der Planung, Vorbereitung und Durchführung von Raumfahrttests entwickeln wir hierfür speziell angepasste Testkonzepte und Testprozeduren, die auf die besonderen Anforderungen eines New Space-Projekts zugeschnitten sind. Die definierten Testprogramme können wir dann unmittelbar auf unseren Testanlagen durchführen.