Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft 25. Mai 2023.

25. Mai 2023 – Wasser wird zunehmend knapper. Eine neuartige Satellitentechnologie, die in Form eines Prototyps mit dem Namen »LisR« bereits auf der Internationalen Raumstation ISS erprobt wurde, ermöglicht es künftig, Pflanzen bedarfsgerecht zu bewässern und einen nachhaltigen Umgang mit der lebenswichtigen Ressource sicherzustellen. Für diese Entwicklung erhält ein Team aus Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI und des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF sowie der beiden Spin-offs constellr GmbH und SPACEOPTIX GmbH den Fraunhofer-Preis »Technik für den Menschen und seine Umwelt«.

In Deutschland sind wir es gewohnt, ausreichend Wasser zur Verfügung zu haben. Künftig jedoch dürfte die lebenswichtige Ressource knapp werden – schließlich geht der Weltklimarat davon aus, dass infolge des Klimawandels die Intensität und Häufigkeit von Dürren weiter zunehmen. Darüber hinaus wächst die Weltbevölkerung immer weiter: Bis 2050 werden Schätzungen zufolge knapp zehn Milliarden Menschen auf der Erde leben – Menschen, die mit Nahrungsmitteln versorgt werden müssen. Eine Herausforderung, wenn man bedenkt, dass aktuell etwa 70 Prozent unseres Trinkwassers für Bewässerung genutzt werden. Besonders besorgniserregend: 60 Prozent davon werden durch übermäßige Bewässerung verschwendet.

Geleitet durch die Gründungsidee der constellr GmbH entwickelten die Forschenden des Fraunhofer EMI, des Fraunhofer IOF sowie der Unternehmen constellr und SPACEOPTIX – beides Ausgründungen dieser Institute – die Infrarotkamera LisR, kurz für »Longwave infrared sensing demonstratoR«. Nach erfolgreicher Demonstration auf der internationalen Raumstation ISS sollen die Erkenntnisse der LisR-Mission als Grundlage für eine Satelliten-Konstellation genutzt werden – eine Satelliten-Konstellation, mit der sich künftig aus dem Orbit die Landoberflächentemperatur messen und die Bewässerung auf den tatsächlichen Bedarf abstimmen lässt. Schon ab 2026 könnten sich auf diese Weise jährlich 180 Milliarden Tonnen Wasser und 94 Million Tonnen CO₂ einsparen lassen, während die globale Ernte durch eine gezieltere Versorgung der Pflanzen um bis zu vier Prozent steigen könnte. Dies entspräche zusätzlicher Nahrung für über 350 Millionen Menschen. Für ihre Entwicklung des Technologie-Demonstrators LisR werden Clemens Horch vom Fraunhofer EMI, Dr. Henrik von Lukowicz vom Fraunhofer IOF, Cassi Welling von der constellr GmbH und Dr. Matthias Beier von der SPACEOPTIX GmbH mit dem Fraunhofer-Preis »Technik für den Menschen und seine Umwelt« 2023 ausgezeichnet.

Messung der realen Landtemperatur
Doch wie ermöglicht es die Technologie, solche großen Mengen an Wasser und CO₂ einzusparen? »Von einem Satelliten aus behält die Technologie die Erdoberfläche im Blick und detektiert die von dort ausgesandte Infrarotstrahlung – also die Wärmestrahlung«, erläutert Welling. »Während andere Lösungen lediglich die Landoberflächentemperatur modellieren, messen wir die Temperatur des Blätterdachs oder der Landoberfläche der Vegetation direkt. Auf diese Weise können wir eine genaue Bewertung von Wasserverfügbarkeit gegenüber Wasserbedarf vornehmen und Stress früher als je zuvor erkennen.« Über die Bewertung lässt sich damit auch auf den Bewässerungszustand der Pflanzen schließen: Sind die Pflanzen nicht ausreichend mit Wasser versorgt, verdunstet weniger Wasser über ihre Blätter – die Temperatur steigt. Die Wärme an bestimmten Stellen des Ackers kann Landwirtinnen und Landwirten daher einen direkten Anhaltspunkt geben, wo Bewässerung nötig ist und wo nicht.

Elementar für die Entwicklung des Technologie-Demonstrators war das Zusammenspiel der verschiedenen Partner mit ihren sich ergänzenden Expertisen. Während das Fraunhofer IOF die kompakte und leicht zu integrierende Optik für das Kameramodul entwickelte, fertigte SPACEOPTIX die dafür nötige Freiform-Spiegeloptik in Nanometer-Präzision. Die Forschenden des Fraunhofer EMI wiederum steuerten ein patentiertes Messverfahren bei, mit dem sich aus den Kameraaufnahmen die präzise Oberflächentemperatur bestimmen lässt. Die Missionsplanung sowie die Auswertung der Daten übernahm die constellr GmbH.

Test auf der Internationalen Raumstation ISS
Um die neue Technologie unter Realbedingungen zu testen, entwickelten die Forschenden den Demonstrator. Im Frühjahr und Sommer 2022 wurde dieser auf der Internationalen Raumstation ISS erprobt – eine große Ehre. »Von der ISS aus konnten wir etwa zehn Millionen Bilder aufnehmen, mit einer Auflösung von rund 80 Metern«, freut sich Horch. Aufbauend auf diesem Erfolg plant constellr, bis zum Jahr 2028 mit 16 Kleinsatelliten alle 24 Stunden die Temperatur der Landoberfläche überall auf der Erde mit täglicher Frequenz und einer Auflösung von mehr als 50 Metern präzise zu messen. So kann vom Weltraum aus die optimale Bewässerung von Agrarflächen unterstützt werden.

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• Planet Erde

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Quelle: Planet Labs (13. Juli 2022) via Business Wire (14. Juli 2022).

Berlin –(BUSINESS WIRE)– Planet Labs Deutschland, eine hundertprozentige Tochtergesellschaft von Planet Labs PBC, ein führender Anbieter tagesaktueller Satellitendaten, und das Bundesamt für Kartografie und Geodäsie (BKG) haben eine Zusammenarbeit begonnen. Im Rahmen dieser stellt Planet dem BKG tagesaktuelle und hochauflösende Satellitendaten zur Verfügung, die das BKG darin unterstützen, die öffentliche und zivile Sicherheit zu gewährleisten. Mitarbeiter*innen von mehr als 400 Bundeseinrichtungen können direkten Zugang zu diesen Daten erhalten und diese für den Umwelt- und Naturschutz, das Agrar- und Forstmonitoring sowie im Krisenmanagement nutzen. Die Zusammenarbeit begann bereits im November 2021 und wird nun nach einer erfolgreichen Testphase ausgebaut.

Die mehr als 200 Satelliten von Planet nehmen die gesamte Landmasse der Erde täglich in bis zu acht Spektralbändern auf – und damit auch die gesamte Fläche der Bundesrepublik Deutschland. Das BKG nutzt die Fernerkundungsdaten unter anderem, um aktuelle Analysen von Umweltveränderungen durch den Klimawandel zu erstellen.

„Das Ziel von Planet ist es, Veränderungen auf der Erde durch tagesaktuelle Satellitendaten sichtbar zu machen. Dabei liefern wir nicht nur Bilder, sondern können diese auch automatisch auswerten und unseren Partnern damit wertvolle Informationen zur Verfügung stellen. Wir freuen uns sehr über die Zusammenarbeit mit dem BKG und sind überzeugt, dass die Arbeit mit unseren Daten einen wichtigen Beitrag zur Digitalisierung der öffentlichen Behörden in Deutschland leisten kann“, sagt Dr. Marcus Apel, Direktor Geschäftsentwicklung bei Planet Labs.

„Besonders wichtig ist uns, die individuellen Bedarfe und Anforderungen des Bundes mit unserem Service decken zu können. Dabei sind tagesaktuelle Satellitendaten mit hoher Aufnahmefrequenz ein wesentlicher Bestandteil. Zudem möchten wir durch gebündelte Beschaffung und zentrale Bereitstellung die Nachnutzung von solchen Daten und Produkten im Bund fördern“, sagt Thomas Wiatr, Leiter Satellitengestützter Krisen- und Lagedienst (SKD) beim BKG.

Im Zuge dieser Kooperation hat das BKG eine völlig neue Infrastruktur eingerichtet. Das umfasst nicht nur den Zugriff auf die Satellitendaten, sondern auch individuelle und schnelle Beratung für die gesamte Bundesverwaltung, Training für die Mitarbeiter*innen der Behörden sowie die Produktion und Bereitstellung von Karten- und Lageprodukten. All diese Dienstleistungen sind im Satellitengestützten Krisen- und Lagedienst (SKD) des BKG für den Bund vereint.

Das BKG erhält Zugriff auf alle künftig aufgenommenen Satellitendaten sowie auf das gesamte Archiv von Planet, das bis zum Jahr 2009 datiert. Damit lassen sich nicht nur tagesaktuelle Geoinformationen, sondern auch historische Vergleiche erstellen. Mitarbeiter*innen aller Bundesbehörden können über das BKG Zugang zu diesen Daten erhalten und diese entweder online betrachten oder in ihren lokalen IT-Systemen für weiterführende Analysen verwenden.

Über Planet Labs
Planet Labs PBC ist ein führender Anbieter von globalen, täglichen Satellitenbildern und Geodatenlösungen. Planet hat sich zum Ziel gesetzt, täglich jeden Punkt der Erde abzubilden, um auf diese Weise Veränderungen sichtbar, Informationen zugänglich und Wandel möglich zu machen. Planet wurde 2010 von drei NASA-Wissenschaftlern gegründet und entwickelt, baut und betreibt die größte Flotte von Erdbeobachtungssatelliten, die täglich Daten aus über drei Millionen Bildern erfassen und verarbeiten. Planet liefert entscheidende Daten, fortschrittliche Erkenntnisse und Softwarelösungen an über 800 Kunden. Dazu gehören weltweit führende Unternehmen aus den Bereichen Land- und Forstwirtschaft, Nachrichtendienste, Bildung und Finanzen sowie Regierungsbehörden. Das Unternehmen ermöglicht es den Nutzer*innen auf einfache und effektive Weise wichtige Erkenntnisse aus Satellitenbildern zu ziehen. Planet ist eine Public Benefit Corporation, die an der New Yorker Börse als PL gehandelt wird. Um mehr zu erfahren, besuchen Sie www.planet.com und folgen Sie auf Twitter @Planet.

Über das Bundesamt für Kartographie und Geodäsie
Das BKG ist eine Behörde im Geschäftsbereich des Bundesministeriums des Innern und für Heimat (BMI). Es fungiert als zentraler Dienstleister des Bundes und Kompetenzzentrum für Geoinformation und geodätische Referenzsysteme. Das BKG befasst sich mit der Beobachtung sowie der Datenhaltung bis hin zur Analyse, Kombination und Bereitstellung von Geodaten. Von der Arbeit des BKG profitieren insbesondere Bundeseinrichtungen, die öffentliche Verwaltung, Wirtschaft, Wissenschaft – und fast jeder Bürger und jede Bürgerin in Deutschland. Expert*innen aus den verschiedensten Bereichen wie Verkehr, Katastrophenvorsorge, Innere Sicherheit, Energie und Umwelt verwenden Geodaten, Landkarten, Referenzsysteme und Informationsdienste des BKG für ihre Pläne und Untersuchungen. Das BKG unterhält ein Dienstleistungszentrum in Leipzig sowie geodätische Observatorien im In- und Ausland. Weitere Informationen finden Sie unter www.bkg.bund.de.

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