Quelle: Fraunhofer IAF 16. September 2024.

16. September 2024 – Das hochmoderne Mikrowellenradiometer an Bord des Satelliten enthält vier rauscharme Verstärker des Fraunhofer IAF mit weltweit führender InGaAs-mHEMT-Technologie. Auf der EuMW 2024 in Paris präsentiert das Freiburger Institut vom 24. bis zum 26. September Ausstellungsexemplare der im AWS verbauten Verstärker ebenso wie weitere Hochfrequenzelektronik aus den Anwendungsbereichen Satellitenkommunikation, Mobilfunk oder Tieftemperatur-Messtechnik.

Der Arctic Weather Satellite (AWS) der Europäischen Raumfahrtorganisation (European Space Agency, ESA) wurde am 16. August 2024 auf die Reise zu seiner polaren Umlaufbahn in 600 km Höhe über der Erde geschickt. Mit an Bord: Vier rauscharme Verstärker (low-noise amplifiers, LNAs) des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF aus Freiburg. Sie bilden wesentliche Bestandteile des passiven Mikrowellenradiometers, mit dem der AWS Temperatur und Feuchtigkeit in der Arktis so präzise wie nie zuvor misst. Dies soll dazu beitragen, sowohl die Arktis als auch den Klimawandel, der in ihr besonders sichtbar wird, besser zu verstehen. Ist die Mission erfolgreich, plant die ESA eine weltumspannende Konstellation aus baugleichen Kleinsatelliten in das Weltall zu bringen, um im globalen Maßstab präzisere und kurzfristigere Wettervorhersagen (›Nowcasting‹) sowie Klimabeobachtungen zu ermöglichen.

Die Aufgabe von LNAs in technischen Systemen besteht darin, die Qualität eingehender Signale zu verbessern. Wie ihr Name schon sagt, verstärken sie schwache Signale und verursachen dabei möglichst geringe störende Hintergrundgeräusche (Rauschen), damit Signale leichter erkannt und analysiert werden können. Auf diese Weise erhöhen LNAs die Empfindlichkeit von Systemen.

»Je leistungsfähiger ein rauscharmer Verstärker ist, desto genauer und zuverlässiger kann ein System Daten erheben. Bei der satellitenbasierten Erdbeobachtung spielen sie eine große Rolle, da die Mikrowellenstrahlung, die das Satellitenradiometer erreicht, sehr schwach ist«, erläutert Dr. Fabian Thome, Stellvertretender Geschäftsfeldleiter Hochfrequenzelektronik am Fraunhofer IAF. »Es ist eine großartige Bestätigung und Motivation, dass wir mit unseren LNAs zur besseren Erforschung der Arktis und ihrer Auswirkungen auf das Weltklima beitragen können.«

Fraunhofer IAF trägt LNAs für Frequenzbereiche um 54, 89 und 170 GHz zum AWS-Radiometer bei
Das Mikrowellenradiometer des AWS besteht aus einer Drehantenne, die die von der Erdoberfläche ausgehende natürliche Mikrowellenstrahlung aufnimmt und an vier Hornantennen sowie vier Empfänger weiterleitet. Antenne und Empfänger gehören jeweils zu einer von vier Gruppen aus insgesamt 19 Kanälen, die zusammen ein Frequenzspektrum von 50 bis 325 GHz abdecken: Acht Kanäle mit Frequenzen von 50 bis 58 GHz messen die Temperatur, ein Kanal mit 89 GHz erkennt Wolken, ein weiterer bei 165,5 GHz sowohl Wolken als auch Feuchtigkeit, fünf Kanäle zwischen 176 und 182 GHz sind nur für die Feuchtigkeit zuständig, während zuletzt vier Kanäle bei 325 GHz plus/minus 1,2 bis 6,6 GHz Feuchtigkeit messen sowie ebenfalls Wolken erfassen. Mit dieser technischen Ausstattung ist es dem Radiometer möglich, hochauflösende vertikale Feuchtigkeits- und Temperaturprofile unter allen Wetterbedingungen zu erstellen.

Das Fraunhofer IAF hat insgesamt vier LNAs für drei der vier Kanalgruppen bereitgestellt: ein Modul für den Frequenzbereich um 54 GHz, zwei identische Module für 89 GHz, die für eine größere Gesamtverstärkung in Reihe geschaltet wurden, und ein Modul für den 170-GHz-Bereich. Die Forschenden haben bewährte Technologien auf Basis des Verbindungshalbleiters Indiumgalliumarsenid (InGaAs) weiterentwickelt und auf ihrer Grundlage metamorphe Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (metamorphic high-electron-mobility transistors, mHEMTs) für monolithisch integrierte Mikrowellenschaltungen (monolithic microwave integrated circuits, MMICs) realisiert.

Weltweit führende InGaAs-mHEMT-Technologie für LNA-MMICs
»Bei der Entwicklung von Transistoren und Schaltungen für satellitengestützte Radiometrie-Systeme ist das Fraunhofer IAF weltweit führend. Unsere Module definieren in vielen Leistungsbereichen den aktuellen Stand der Technik«, betont Thome. Dies zeigt sich auch am Beispiel der Module für das AWS-Radiometer: In Tests hat der LNA für den Frequenzbereich um 54 GHz bei einer Verstärkung von 31 bis 28 dB eine Rauschzahl von 1,0 bis 1,2 dB erreicht und verbessert damit deutlich den Stand der Technik. Die anderen AWS-LNAs bewegen sich mit Rauschzahlen von 1,9–2,3 dB bei 23–25 dB Verstärkung (89 GHz) und 3,3–4,1 dB bei 25–30 dB Verstärkung genau im Bereich des aktuellen Stands der Technik (John et al. 2023).

Bei der Entwicklung der Module arbeiteten die Forschenden eng mit dem direkten Auftraggeber ACC Omnisys (AAC Clyde Space) aus Schweden zusammen, der das Radiometersystem für OHB Sweden und die ESA gebaut hat. Bei der Entwicklung und Fertigung der Module konnte das Fraunhofer IAF seine Forschungsinfrastruktur und das Know-how seiner Mitarbeitenden entlang der gesamten Wertschöpfungskette zum Einsatz bringen: Teams aus den Bereichen Mikroelektronik, Epitaxie, Technologie und Feinmechanik haben eng zusammengearbeitet und vom Schaltungsentwurf über Materialwachstum, -bearbeitung und -messung sowie Prozessierung, Vereinzelung, Aufbautechnik bis hin zum Modulbau und der -integration alle wesentlichen Schritte bis zum einsatzbereiten LNA-Module am Fraunhofer IAF durchgeführt. Eine erste Qualifikation der Module für den Einsatz im Weltall fand ebenfalls am Institut statt, bevor die Hardware für die Receiver-Integration übergeben wurde.

AWS und EPS-Sterna: Mit New Space zu präziseren Wettervorhersagen, Nowcasting und Klimabeobachtung
Die Mission des AWS besteht darin, erstmals genauere Wetterdaten für die Arktis zu ermitteln, die kurzfristige Vorhersagen für die Polarregion ermöglichen – bis hin zum sogenannten Nowcasting, das Vorhersagen für die nächsten Stunden bezeichnet. Da die Arktis das weltweite Wetter stark beeinflusst, ermöglichen die Daten auch bessere globale Wettervorhersagen. Das gilt auch für das Klima: Der Klimawandel schreitet in der Arktis schneller voran als in anderen Regionen der Welt. Zugleich wirken sich Veränderungen in der Arktis aufgrund von Rückkopplungseffekten auf das Weltklima aus.

Im Erfolgsfall soll eine ganze Konstellation von baugleichen Kleinsatelliten dem AWS folgen: das EUMETSAT Polar System – Sterna (EPS-Sterna). Geplant ist, immer sechs Satelliten zur gleichen Zeit auf drei verschiedenen Erdumlaufbahnen langfristige Wetterdaten der Polarregionen erheben zu lassen. Das Satellitenset wird dreimal erneuert, so dass insgesamt 18 Satelliten zum Einsatz kommen. Zwei Satelliten sind als Ersatz eingeplant. 2029 soll der erste von sechs EPS-Sterna-Satelliten starten.

Mit diesem Vorhaben verfolgt die ESA erstmals den New-Space-Ansatz, der sich dadurch auszeichnet, dass Projekte in kürzester Zeit mit deutlich geringerem Ressourceneinsatz durchgeführt werden. Im Fall des AWS, dessen Gesamtmasse nur 150 kg beträgt, vergingen vom Projekt- bis zum Raketenstart nur drei Jahre, in denen ein Bruchteil der Kosten verglichen mit früheren Projekten anfiel. Weitere Vorteile von New Space bestehen in der größeren Resilienz von Konstellationen – der Ausfall eines Satelliten im Verbund kann kompensiert bzw. schnell und günstig ersetzt werden – und in der Flexibilität von Missionen, die bei Bedarf ohne großen Ressourceneinsatz verlängert oder verkürzt werden können.

Fraunhofer IAF auf der EuMW 2024
Vom 24. bis zum 26. September 2024 präsentiert das Fraunhofer IAF Ausstellungsexemplare der im AWS-Radiometer verbauten LNA-Module ebenso wie weitere Hochfrequenzelektronik aus den Anwendungsbereichen Satellitenkommunikation, Mobilfunk oder Tieftemperatur-Messtechnik auf der diesjährigen European Microwave Week (EuMW) in Paris (Stand: 202K).

Forschende sind außerdem mit folgenden Themen im Konferenzprogramm vertreten:

Sonntag, 22.9., 8:30–12:20 Uhr, WS09 EuMC, Raum 725–726
Dr. Laurenz John: »THz circuit and front-end developments based on InGaAs-channel mHEMT devices«

Montag, 23.9., 8:30 Uhr, EuMIC03, Raum E04
Dr. Axel Tessmann: »High-Gain 664 GHz Low-Noise Amplifier Modules Based on Advanced InGaAs HEMT Technologies«

Montag, 23.9., 16:50 Uhr, EuMIC14-3, Raum E02
Dr. Philipp Neininger: »mm-Wave GaN Varactors and E-/W-Band Phase Shifter«

Am Mittwoch, den 25. September, können Studierende und Berufseinsteigende aus dem Fachbereich Mikrowellentechnologie das Fraunhofer IAF zudem beim Young Professionals’ Career Event kennenlernen, das von 12 bis 15 Uhr in Halle 7.3 der Paris Expo Porte de Versailles stattfindet. Die Teilnahme ist kostenlos. Ab 19 Uhr findet im Chalet du Lac (avenue Anna Politovskaïa, 75012 Paris) die dazugehörige Career Party statt. Tickets dafür erhalten Interessierte beim Nachmittagsevent.

Über das Fraunhofer IAF
Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF ist eine der weltweit führenden Forschungseinrichtungen auf den Gebieten der III/V-Halbleiter und des synthetischen Diamanten. Auf Basis dieser Materialien entwickelt das Fraunhofer IAF Bauelemente für zukunftsweisende Technologien, wie elektronische Schaltungen für innovative Kommunikations- und Mobilitätslösungen, Lasersysteme für die spektroskopische Echtzeit-Sensorik, neuartige Hardware-Komponenten für Quantencomputer sowie Quantensensoren für industrielle Anwendungen. Mit seinen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten deckt das Freiburger Forschungsinstitut die gesamte Wertschöpfungskette ab – angefangen bei der Materialforschung über Design und Prozessierung bis hin zur Realisierung von Modulen, Systemen und Demonstratoren. https://www.iaf.fraunhofer.de

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• AWS – Arctic Weather Satellite

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Quelle: OHB SE 17. August 2024.

Vandenberg / Kista / Bremen, 17. August 2024. Erfolgreicher Lift-Off für den Arctic Weather Satellite (AWS): Der neue Wettersatellit startete mit einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien, USA. Kurze Zeit später sendete er sein erstes Signal aus dem All. OHB Schweden, ein Tochterunternehmen des Raumfahrtkonzerns OHB SE, hat den Satelliten im Auftrag der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA entwickelt und gebaut. Das Besondere: Von der Auftragsvergabe bis zum Start vergingen nur drei Jahre. Ganz bewusst wurde der New Space-Ansatz gewählt, mit dem neue Konzepte kostengünstig und zügig erprobt werden sollen.

„Mit dem Start dieses Satelliten jetzt die Basis für eine potenzielle große Konstellation zu legen, die es der Wissenschaft ermöglicht, die Arktis besser zu beobachten und damit auch wichtige Daten im Kampf gegen den Klimawandel zu erheben, freut mich sehr. Zudem zeigt diese Mission sehr deutlich, wie gut der New Space-Ansatz funktioniert. OHB Schweden hat in kürzester Zeit unter hoher Zeit- und Kostentreue einen Satelliten entwickelt, der in der Erdbeobachtung einen neuen Maßstab setzt. Wir stehen mit unseren Teams und unseren Partner bereit für weitere Kleinsatelliten dieser Art“, sagte OHB-Chef Marco Fuchs nach dem erfolgreichen Start.

Wetterprognosen und Klimamodelle verbessern
Der Arctic Weather Satellite ist ein Kleinsatellit, 125 Kilo leicht und nur so groß wie eine Geschirrspülmaschine. In 590 Kilometern Höhe kreist er auf einer polaren Umlaufbahn und misst Temperatur und Feuchtigkeit in der Atmosphäre. Dafür nutzt er ein 19-kanaliges, spurüberlappendes Mikrowellenradiometer. Auch bei dichten Wolken, Sturm und Regen sammelt ein rotierender Spiegel die Daten aus der Atmosphäre für den empfindlichen Mikrowellensensor. Mit diesen hochauflösenden Profilen können Meteorolog:innen künftig bessere und vor allem aktuellere Wettervorhersagen erstellen. Zudem werden die Daten dringend gebraucht, um die globalen Klimamodelle zu verbessern, denn die Polargebiete spielen eine Schlüsselrolle im weltweiten Klimageschehen.

Daten aus der Arktis fehlen
Bisher ist die Satellitenabdeckung in der Arktis unzureichend. Die großen europäischen Wettersatelliten (Meteosat) sind im geostationären Orbit auf 36.000 Kilometern positioniert und kreisen über dem Äquator mit der Erde mit, haben also permanent eine halbe Erdscheibe im Blick. Gebiete in den höheren Breitengraden, also nahe unserer Pole, können sie nicht erfassen. Andere Wettersatelliten, z.B. das europäische MetOp-Programm sowie dessen US-amerikanisches Pendant NOAA Joint Polar Satellite System, sind zwar unterwegs in einer erdnahen Umlaufbahn und fliegen auch über die polaren Regionen, ihre Daten reichen aber nicht aus.

Der jetzt gestartete Arctic Weather Satellite und die auf seiner Basis geplante große Konstellation mit Namen EPS Sterna (EUMETSAT Polar System – Sterna) soll die bestehenden Systeme ergänzen, sodass konstant ein Strom von Daten über Temperatur und Luftfeuchtigkeit aus der Arktis zur Verfügung steht. Extrem kurzfristige Wettervorhersagen, sogenanntes Nowcasting, soll dann möglich sein. Das ist wichtig, weil eine verbesserte Wetterprognose für die Polarregionen auch zu einer Verbesserung der globalen Wetterberichte führt. EPS Sterna würde aus drei Generationen von je sechs Kleinsatelliten bestehen und wird von der Europäischen Weltraumorganisation ESA im Auftrag der Europäischen Organisation für die Nutzung Meteorlogischer Satelliten (EUMETSAT) entwickelt.

Bereit für das New Space-Zeitalter
Der Anfang für diese Konstellation ist mit dem erfolgreichen Start des ersten Arktischen Wettersatelliten gemacht und der Jubel war heute in Schweden besonders groß. Benoit Mathieu, CEO von OHB Schweden, sagte: „Die Tatsache, dass unser Satellit jetzt im Weltraum ist und bald Wetterdaten über der Arktis sammeln wird, macht uns stolz. Dies war eine großartige Teamleistung, und ich möchte dem Team von OHB Sweden und allen Partnern für die gute Zusammenarbeit und der ESA für das Vertrauen in unsere Technologie danken. Der Arktische Wettersatellit ist bereits die dritte Mission, die auf unserer Innosat-Plattform basiert. Der Erfolg dieses Projekts ist der beste Beweis für unsere Fähigkeit, in kurzer Zeit einen leistungsfähigen und kostengünstigen Kleinsatelliten zu entwickeln. Wir sind bereit für das neue Raumfahrtzeitalter.“

Starkes Industriekonsortium
OHB Schweden leitet bei der Arctic Weather Satellite-Mission das Industriekonsortium, zu dem auch Omnisys in Schweden als Generalunternehmer für das Mikrowellenradiometer sowie Thales Alenia Space in Frankreich als Generalunternehmer für das Bodensegment gehören. Insgesamt umfasst das Industrieteam 31 Unternehmen, darunter 14 kleine und mittelständische Unternehmen aus zwölf ESA-Mitgliedsstaaten. Auch Deutschland ist stark durch KMU vertreten, die wichtige Hardware für die Instrumenten- und die Satellitenplattform beigesteuert haben.

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• Transporter-11 auf Falcon-9

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Quelle: DLR 17. August 2024.

17. August 2024 – Der Erdbeobachtungssatellit „Arctic Weather Satellite“ (AWS) ist am 16. August 2024 um 11:56 Uhr (20:56 Uhr MEZ) mit einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien gestartet. Der Erstkontakt erfolgte um 3:06 Uhr MEZ.

Der Kleinsatellit mit nur 150 Kilogramm Gesamtmasse startet damit seinen einjährigen Betrieb. Mit einem passiven Mikrowellenradiometer misst er Temperatur- und Feuchteprofile der Arktis, einer Region, in der es bislang an Daten für genaue kurzfristige Wettervorhersagen fehlte.

Die Daten von AWS werden die kurz- und mittelfristige Wettervorhersage in den nördlichen Polarregionen wesentlich verbessern. Das arktische Wetter ist ein wesentlicher Einflussfaktor für das globale Wetter, daher werden die Daten auch zu einer deutlichen Verbesserung der globalen Wettervorhersage beitragen.

In Deutschland und Europa besteht ein großes Interesse an einer Nutzung der Daten, da eine verbesserte Vorhersage in der Polregion auch zu einer deutlichen Verbesserung der Wettervorhersagen auf dem europäischen Kontinent führt. Dies gilt insbesondere für ausgedehnte Hitze- und Kälteperioden.

AWS dient dabei als Demonstrator für die geplante Satellitenkonstellation „EPS Sterna“. Sie soll von der Europäischen Weltraumorganisation ESA im Auftrag der Europäischen Organisation für die Nutzung Meteorologischer Satelliten (EUMETSAT) gebaut werden. EPS Sterna wird aus drei Generationen von sechs Kleinsatelliten in drei Erdumlaufbahnen bestehen, die langfristig genaue Wetterdaten der Polarregionen liefern werden. Die Konstellation wird eine wichtige Ergänzung von Messdaten der bestehenden Satellitensysteme MetOp-SG von EUMETSAT und JPSS der US-amerikanischen National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) sein.

AWS ist dabei Demonstrator für die Funktionsfähigkeit des Satelliten und seiner Instrumente sowie für den Nutzen des kosten- und zeiteffizienten „New-Space“-Ansatzes.

Mit deutscher Technik schnell, kostengünstig und zukunftssicher
Bei der Entwicklung von AWS wurden im Sinne des „New-Space“-Ansatzes gänzlich neue Wege begangen, um kosteneffizient und mit hoher Zeitplantreue zum Ergebnis zu kommen. Dazu wurden insbesondere die technischen Anforderungen und die Prüfprozeduren wesentlich vereinfacht. Von der Erteilung des Auftrags durch die ESA an den Hauptauftragnehmer OHB Schweden bis zur Fertigstellung des Satelliten vergingen dadurch nur 36 Monate. Die Kostentreue war dabei bemerkenswert hoch.

Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstand und Generaldirektor der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR, betont die Bedeutung für die deutsche Wirtschaft und Forschungslandschaft: „Ich freue mich sehr, dass wir mit AWS Deutschland als Raumfahrtstandort stärken können. Deutsche Forschungseinrichtungen und mittelständische Raumfahrtunternehmen sind stark an der Entwicklung des Satelliten beteiligt. Bei der geplanten Produktion von insgesamt 20 Satelliten im Rahmen des Programms ‚EPS Sterna‘ werden sich langfristig zahlreiche Aufträge für den deutschen Mittelstand ergeben.“

Deutschland ist über die Europäische Weltraumorganisation ESA mit ungefähr 18 Prozent an den Kosten für AWS beteiligt, die aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) stammen. Die geplante Konstellation EPS Sterna wird über EUMETSAT betrieben und durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) finanziert werden.

„Es ist der ESA gelungen, in kürzester Zeit ein Proto-Flugmodell des AWS zu entwickeln, um dessen operationelle Einsatzbereitschaft in Vorbereitung auf ein mögliches, zukünftiges EUMETSAT-Programm zu demonstrieren. Hier zeigt sich wie mit Hilfe von New Space Ansätzen erfolgreich und effizient Satelliten entwickelt und gebaut werden können. Genau dieses Innovationsökosystem wollen wir mit unserer Raumfahrtstrategie vorantreiben“, sagt Dr. Anna Christmann, Koordinatorin der Bundesregierung für die Deutsche Luft- und Raumfahrt.

Stefan Schnorr, Staatssekretär im Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV), ergänzt: „Mit dem neuen Erdbeobachtungssatelliten erhalten wir so detailreiche Einblicke wie niemals zuvor in die klimatischen Entwicklungen in der Arktis – einer Region, die maßgeblich vom Klimawandel betroffen ist. AWS steht für Spitzentechnologie, die Maßstäbe setzt. Der neue Satellit wird dazu beitragen, die Wettervorhersagen in Deutschland und Europa weiter zu verbessern.“

Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR koordiniert die deutschen ESA-Beiträge.

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• Transporter-11 auf Falcon-9

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Quelle: ESA 16. August 2024.

16. August 2024 – Um 21:50 Uhr MESZ trennte sich Φsat-2 von der Rakete und um 23:47 Uhr MESZ empfing die Svalbard-Bodenstation in Norwegen das entscheidende Signal, dass sich Φsat-2 nun sicher in der Umlaufbahn befindet.

Der Arktische Wettersatellit trennte sich am 16. August um 23:30 Uhr MESZ von der Rakete und am 17. August um 03:06 Uhr MESZ wurde das Signal, das den einwandfreien Zustand des Arktischen Wettersatelliten anzeigte, von der KSAT-Bodenstation in Svalbard, Norwegen, empfangen.

Die Direktorin für Erdbeobachtungsprogramme der ESA, Simonetta Cheli, erklärte: „Der heutige Tag stellt mit dem Start von zwei bahnbrechenden ESA-Missionen einen wichtigen Meilenstein dar.

„Der wegweisende Arktische Wettersatellit wird aufzeigen, wie die Verfügbarkeit häufigerer Daten die Wettervorhersagen für die arktische Region verbessern kann, wo der Mangel an Daten seit langem eine Herausforderung darstellt. Diese Mission zeugt von unserem Engagement, die Raumfahrttechnologie schnell und effizient voranzutreiben – von der Auftragsvergabe bis zur Fertigstellung vergingen lediglich 36 Monate.

„Wir freuen uns auch über den Start von Φsat-2, der die transformierende Kraft der künstlichen Intelligenz bei der Erdbeobachtung unter Beweis stellen wird. Mit dieser Mission wird eine neue Ära umsetzbarer Erkenntnisse aus dem Weltraum eingeleitet, die intelligentere und wirksamere Wege zur Überwachung unseres Planeten verspricht.“

Über den Arktischen Wettersatelliten der ESA
Der Arktische Wettersatellit der ESA ist ein Prototyp, der die Wettervorhersage in der Arktis verbessern soll. In dieser Region mangelt es derzeit an Daten für genaue Kurzzeitvorhersagen.

Der Satellit baut auf bestehenden Überwachungssatelliten für die Arktis auf und wird präzise, kurzfristige Wettervorhersagen für die arktische Region liefern.

Er ist mit einem spurübergreifenden 19-Kanal-Mikrowellenradiometer ausgerüstet, das hochauflösende Feuchtigkeits- und Temperatursondierungen der Atmosphäre bei beliebigen Wetterbedingungen liefern wird.

Der Arktische Wettersatellit ist der Vorläufer einer potenziellen Satellitenkonstellation mit der Bezeichnung EPS-Sterna. Die ESA wird ihn für Eumetsat bauen, wenn der erste Prototyp des Arktischen Wettersatelliten eine gute Leistung erbringt.

Die Konstellation soll einen nahezu konstanten Strom von Temperatur- und Feuchtigkeitsdaten von jedem Ort der Erde liefern. Dadurch könnten zum ersten Mal sehr kurzfristige Wettervorhersagen in der Arktis gemacht werden – das so genannte „Nowcasting“.

Die Mission des Arktischen Wettersatelliten wird die Erforschung des Klimawandels unterstützen. Der Klimawandel findet in der Arktis schneller statt als in anderen Teilen der Welt – und diese schnellen Veränderungen wirken sich auf das gesamte Erdsystem aus.

Der Arktische Wettersatellit, der das Konzept des „New Space“ aufgreift, wurde nach einem sehr engen Zeitplan unter der Leitung des schwedischen Industriekonsortiums OHB entwickelt und gebaut.

Über Φsat-2
Φsat-2 – ausgesprochen Phisat-2 – ist ein CubeSat, der demonstrieren soll, wie verschiedene KI-Technologien innovative Erdbeobachtung vorantreiben können.

Dieser nur 22 x 10 x 33 cm große Miniatursatellit ist mit einer hochmodernen Multispektralkamera und einem leistungsstarken KI-Rechner ausgestattet, der die Bilder in der Umlaufbahn analysiert und verarbeitet.

Der Satellit verfügt über sechs KI-Anwendungen, die Bilder in Karten umwandeln, Wolken auf den Bildern erkennen, sie klassifizieren und einen Einblick in die Wolkenverteilung geben, Schiffe erkennen und klassifizieren, Bilder an Bord komprimieren und am Boden wiederherstellen, um die Downloadzeit zu verkürzen, Abweichungen in Meeresökosystemen erkennen und Waldbrände entdecken.

Mithilfe von Φsat-2 wird ein neues Zeitalter verwertbarer Erkenntnisse aus dem Weltraum eingeläutet, um die Fähigkeit zum Einsatz verschiedener KI-Anwendungen und -Funktionen zu beweisen – und das alles in der Umlaufbahn.

Darüber hinaus können benutzerdefinierte KI-Anwendungen entwickelt, installiert und auf dem Satelliten betrieben werden – und das sogar, während er sich in der Umlaufbahn befindet. So kann sich Φsat-2 an veränderte Bedürfnisse anpassen und seinen Wert für Wissenschaftler:innen, Unternehmen und Regierungen maximal ausschöpfen.

Φsat-2 ist ein Gemeinschaftsprojekt mit Open Cosmos als Hauptauftragnehmer, unterstützt von einem Industriekonsortium aus CGI, Simera, Ubotica, CEiiA, GEO-K und KP-Labs.

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• Transporter-11 auf Falcon-9

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Quelle: Fraunhofer FHR 11. Mai 2023.

11. Mai 2023 – Als Pilotanwendung fungiert dabei die Überwachung von Schienenstrecken. Das Projekt läuft bis zum 30. November 2025.

Konsortialpartner des Projektes sind neben dem Fraunhofer FHR die Universitet U NISU (NIS), die Fondazione Bruno Kessler (FBK), Antwerp Space (AWS), das Institut für angewandte Systemtechnik Bremen (ATB) und die OHB Digital Connect GmbH, die auch die Projektkoordination innehat. Das Fraunhofer FHR arbeitet im Rahmen von IIMEO an der Konzeptentwicklung eines Small-SAT NewSpace Entwicklungsprototypen zur echtzeitnahen und hochauflösenden SAR/EO Erdbeobachtung kritischer Infrastruktur aus dem All. Die zukünftige Klein-Satelliten Konstellation im Low Earth Orbit (LEO) soll dabei mit einem abbildenden Radar (Synthetic Aperture Radar, SAR) ausgerüstet sein, welches im Ka-band arbeitet und eine Mindestauflösung von 50 cm hat.

„Das Fraunhofer FHR entwickelt und validiert dazu neuartige Algorithmen zur hochaufgelösten Echtzeitprozessierung der Ka-band SAR Daten bis Level 1 und stellt die Echtzeit-Prozessierten Daten an die weitere Change-Detection Prozessierungskette zur Verfügung. Hierzu gehören auch Konzepte für eine spätere SAR/VIS Fusion unter Betrachtung verschiedener Illuminationsmodi“, so Dr. Stephan Palm, IIMEO Projektleiter am Fraunhofer FHR. „Des Weiteren wird das Fraunhofer FHR als Testplattform ein adaptiertes Miranda 35 Ka-Band FMCW SAR zur Verfügung stellen um in mehreren Messkampagnen die zur Validierung der Algorithmen erforderlichen Daten zu akquirieren. Dazu muss zusätzlich der Sensor in das Flugzeug von OHB integriert werden. Die Daten sollen dabei mit möglichst ähnlichen Parametern erflogen werden wie in einer späteren LEO Konstellation erwartet. Zum Abschluss des Projektes wird es auf Basis des entwickelten Demonstrators und Konzeptes eine Live-Demonstration über kritischer Infrastruktur geben zur echtzeitnahen Evaluierung,“ so Palm weiter.

„Energieversorgung, Kommunikation, Verkehr – die globalisierte Gesellschaft ist in hohem Maße abhängig von funktionierenden Infrastrukturen. Typische Beispiele sind Straßen und Schienenstrecken, aber auch Wasserleitungen, Datenkabel und Stromtrassen“, erklärt OHB-Projektkoordinator Daro Krummrich. „Wie kritisch diese Infrastrukturen für das tägliche Leben sind, zeigt sich vor allem, wenn es zu Störungen kommt. Diese können zum Beispiel durch Naturkatastrophen, Extremwetterereignisse oder gezielte Manipulation verursacht werden. Um die Funktionsfähigkeit kritischer Systeme nach einem Schadensfall zeitnah wiederherstellen zu können, ist ein schneller Überblick über die Gesamtsituation wichtig. Bei IIMEO geht es deshalb darum, wie Funktionsausfälle an Infrastrukturen unabhängig von lokalen Wetterbedingungen und Lichtverhältnissen, vollautomatisiert, auf großer Fläche und nahezu in Echtzeit detektiert werden können.“

Konkret soll im Rahmen des Projektes ein Satellitensystem ganz im Sinne von New Space entwickelt werden: Da zum Infrastrukturmonitoring eine globale Abdeckung und Wiederbesuchszeiten von unter einer Stunde erforderlich sind, gehen die Projektpartner davon aus, dass eine geeignete Konstellation im niedrigen Erdorbit (500 bis 900 Kilometer Höhe) aus mindestens 24 Kleinsatelliten besteht. Als Nutzlast sollen bildgebende Radarinstrumente (Synthetic Aperture Radar, SAR) zum Einsatz kommen, die durch Sensoren für den Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts (Visible Light, VIS) ergänzt werden. Dadurch können auch bei Nacht und starker Bewölkung hochauflösende Bilder generiert werden.

Ebenfalls im Fokus des Projektes und im Einklang mit den Ansätzen von New Space steht die Entwicklung von Algorithmen. Da bei einer kontinuierlichen globalen Überwachung von Infrastruktur mit SAR- und VIS- Sensoren gigantische Datenmengen produziert werden, ist es notwendig, dass diese bereits an Bord der Satelliten prozessiert werden. Dadurch soll vermieden werden, dass der Daten-Downlink eine Engstelle des Systems darstellt. Davide Di Domizio, Research Programme Administrator bei der European Health and Digital Executive Agency (HaDEA), erklärt: „Im Jahr 2022 wurde im Arbeitsprogramm von Horizont Europa das ehrgeizige Ziel festgelegt, die Leistungsfähigkeit der Schlüsseltechnologien für künftige Erdbeobachtungssysteme bis 2028 zu demonstrieren. Mit der Entwicklung des geplanten On-Board-Datenprozessors ist IIMEO gut positioniert, um einen wichtigen Beitrag zu dieser Mission zu leisten.“

Nach Abschluss der Entwicklungsphase sollen alle relevanten Schlüsseltechnologien zunächst zu einem flugzeuggetragenen Technologiedemonstrator zusammengeführt werden. Ziel der für das Jahr 2025 geplanten Flugkampagne ist, den End-to-End-Prototyp-Downstream-Service einschließlich der Datenverarbeitung an Bord zu demonstrieren. Als Beispielanwendung soll dabei die automatisierte Erkennung von Hindernissen auf Schienenstrecken dienen. Als Kooperationspartner und Pilotnutzer konnte dafür die nationale Gesellschaft für die Verwaltung der Eisenbahninfrastruktur in Serbien gewonnen werden. „Ein satellitengestütztes automatisches Überwachungssystem ermöglicht es, hochwertige Informationen über den Zustand der Infrastruktur in Echtzeit zu sammeln, ohne dass der reguläre Verkehr unterbrochen werden muss und ohne dass Personal vor Ort benötigt wird“, betont Dipl.-Ing. Slobodan Rosić, Risikomanager für die serbische Eisenbahninfrastruktur.

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• Fraunhofer FHR

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Quelle: RUAG Corporate Services AG.

Zürich, 5. Mai 2021 – Der Prototyp für die Mission „Arctic Weather Satellite“ (AWS), die derzeit von der ESA mit OHB Schweden als Mission Prime entwickelt wird, ist der Vorläufer einer möglichen Satellitenkonstellation, die einen nahezu konstanten Strom von Temperatur- und Feuchtigkeitsdaten von jedem Punkt der Erde aus liefern würde. Damit wären erstmals sehr kurzfristige Wettervorhersagen – das so genannte „Nowcasting“ – in der Arktis möglich und könnten Stürme oder extreme Wetterbedingungen besser vorhersagen. OHB Schweden leitet das Industriekonsortium für die AWS-Mission. Omnisys Instruments in Schweden ist der Hauptauftragnehmer für das Instrument, von dem RUAG Space nun den Auftrag erhalten hat, das Stromversorgungssystem für das Radiometer-Instrument des Prototyps zu liefern, einschließlich Konstruktion, Fertigung, Tests und Lieferung.

Verbesserung der Wettervorhersage in der Arktis
Heute liefern Satelliten, sowohl in der geostationären als auch in der polaren Umlaufbahn, eine Fülle von Informationen, die Meteorologen routinemäßig zur Wettervorhersage nutzen. Die Überwachung der Arktis bleibt jedoch unzureichend. Bislang sind nur lückenhafte Wetterdaten für die Polarregionen verfügbar. Einer der Gründe dafür ist, dass geostationäre Wettersatelliten in hohen Breiten nur eine begrenzte Abdeckung haben. Zwar werden auch von Wettersatelliten auf polaren Umlaufbahnen Messungen durchgeführt, da diese aber alle Breitengrade überfliegen, ergeben sich relativ große Zeitabstände zwischen den einzelnen Datenpunkten. Atmosphärische Parameter sind jedoch ständigen Veränderungen unterworfen, weshalb für präzise Wettervorhersagen Daten mit hoher zeitlicher Auflösung benötigt werden. Die polarumlaufende AWS-Mission ergänzt die Daten bestehender Satellitensysteme wie MetOp oder dessen US-amerikanisches Pendant, das Joint Polar Satellite System (JPSS). Sie liefert globale Messungen der atmosphärischen Temperatur und Luftfeuchtigkeit mit häufigen Wiederholungsmessungen, die zur Verbesserung der Wettervorhersagen, insbesondere in der Arktis, beitragen werden. Zu diesem Zweck wird der AWS-Satellit ein 19-kanaliges, spurübergreifendes Mikrowellenradiometer tragen, das die notwendigen hochauflösenden Feuchtigkeits- und Temperaturmessungen der Atmosphäre unter allen Wetterbedingungen liefert.

„New Space“-Ansatz mit agilen, kostengünstigen Produktionsmethoden
Mit der Mission setzt die ESA auf den New Space-Ansatz. Anders Linder, Leiter der Produktgruppe Elektronik bei RUAG Space, kommentiert: „Was AWS als ESA-Projekt auszeichnet, ist, dass es den New Space Arbeitsansatz verfolgt. Das bedeutet, dass kostengünstige Komponenten in Automobilmanier verwendet und agile Entwicklungsmethoden angewandt werden. Unser Team ist fest entschlossen, zu zeigen, was durch die Anwendung eines hochmodernen Ansatzes hier erreicht werden kann. Wir freuen uns darauf, die Herausforderung mit unserem Kunden Omnisys Instrument Sweden anzupacken und mit dem gesamten AWS-Konsortium für eine erfolgreiche Mission zusammenzuarbeiten.“

Das Power System von RUAG Space soll im vierten Quartal 2022 ausgeliefert werden. Der Start des etwa 120 Kilogramm schweren Prototypsatelliten ist für 2024 geplant. Auf den jetzt bestellten Prototyp soll eine Konstellation von 16 AWS-Satelliten folgen. Vorbehaltlich einer Folgeentscheidung nach dem Prototyp würde die Konstellation mit EUMETSAT, der europäischen Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten, nach dem bei Meteosat und MetOp bewährten Kooperationsmodell umgesetzt werden.

Über RUAG Space
RUAG Space, mit Hauptsitz in Zürich, ist der führende Zulieferer der Raumfahrtindustrie in Europa mit einer wachsenden Präsenz in den USA. Rund 1300 Mitarbeiter in sechs Ländern (Schweiz, Schweden, Österreich, Deutschland, USA und Finnland) entwickeln und fertigen Produkte für Satelliten und Trägerraketen – sowohl für den institutionellen als auch den kommerziellen Raumfahrtmarkt. RUAG Space ist Teil von RUAG International, einem Schweizer Technologiekonzern mit Produktionsstandorten in 14 Ländern, der in vier Divisionen unterteilt ist: Space, Aerostructures, MRO International und Ammotec. RUAG International beschäftigt rund 6.500 Mitarbeiter, von denen etwa zwei Drittel außerhalb der Schweiz arbeiten. www.ruag.com

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• AWS – Arctic Weather Satellite

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Quelle: OHB SE.

Kista – Die OHB Sweden AB, ein Tochterunternehmen der Technologie- und Raumfahrtgruppe OHB SE, und die Europäischen Raumfahrtagentur ESA haben heute den Vertrag über die Realisierung des Arctic Weather Satellite (AWS) unterschrieben. Der Satellit ist ein Beitrag zum ESA-Erdbeobachtungsprogramm „Earth Watch“ und soll als Vorläufer für eine geplante Konstellation von Wettersatelliten zur Verbesserung der Wettervorhersagen für die Polarregionen dienen. Der Gesamtwert des Auftrags beläuft sich auf 32,5 Mio. Euro.

Der von der ESA vergebene Auftrag umfasst die Entwicklung des Satelliten und seiner Nutzlast, die Bereitstellung des Bodensegments und die Vorbereitungsaktivitäten für die spätere Konstellationsphase. Als Hauptauftragnehmer führt OHB Sweden ein industrielles Konsortium, dem Unternehmen aus zwölf ESA-Mitgliedsstaaten angehören. Zum Kern des Konsortiums gehören neben OHB Sweden die Unternehmen Omnisys Instruments als Hauptauftragnehmer für die Nutzlast und Thales Alenia Space als Hauptauftragnehmer für das Bodensegment.

Aus Deutschland sind mehrere kleine und mittlere Unternehmen (KMU) am Raumfahrtsegment der Mission beteiligt, darunter die OHB System AG, die mit Aktivitäten auf Systemebene und AIT-Unterstützung beiträgt.

Für die Polarregionen stehen bisher nur lückenhaften Wetterdaten zur Verfügung. Dies liegt unter anderem daran, dass geostationäre Wettersatelliten in hohen Breiten nur eine geringe Abdeckung aufweisen. Zwar werden auch Messungen von Wettersatelliten auf Polarbahnen durchgeführt, da diese allerdings alle Breitengrade überfliegen, liegen zwischen den einzelnen Datenpunkten relativ große zeitliche Abstände. Atmosphärische Parameter unterliegen aber ständigen Veränderungen, weshalb für präzise Wettervorhersagen zeitlich hochaufgelöste Daten benötigt werden. Das Vorhaben, eine Konstellation von polarumlaufenden Wettersatelliten zu realisieren, ist eine Reaktion auf diese Anforderungen.

Alle Satelliten der geplanten zukünftigen Konstellation sollen auf der bewährten InnoSat-Plattform von OHB Sweden basieren. Dadurch wird in der Konstellationsphase eine schnelle und kosteneffiziente Serienfertigung möglich.

„Wir sind stolz, dass mit dem AWS nun bereits die dritte Satellitenmission auf Basis unserer InnoSat-Plattform realisiert wird“, macht Benoit Mathieu, Geschäftsführer von OHB Sweden, deutlich. „Dadurch erhält unsere Plattform einmal mehr die Gelegenheit, ihre Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit unter Beweis zu stellen – ganz im Sinne von New Space.“

Der Arctic Weather Satellite wird als Proto-Flugmodell für die spätere Konstellation entwickelt. Als einzige Nutzlast soll der Satellit ein im 90-Grad-Winkel zur Bewegungsrichtung aufnehmendes Mikrowellenradiometer tragen. Mit diesem können sowohl der Wassergehalt als auch die Temperatur der Atmosphäre präzise erfasst werden. Diese Parameter sind nicht nur für Wettervorhersagen, sondern auch für die Klimaforschung relevant. In der Konstellationsphase sollen alle Satelliten mit derartigen Instrumenten ausgerüstet werden, um zeitlich hochaufgelöste Daten erfassen zu können.

„Die Themen Wetter und Klima stehen bei OHB bereits seit mehr als zehn Jahren hoch im Kurs – immerhin sind wir durch unseren Beitrag zum MTG-Programm maßgeblich an der Realisierung der nächsten Generation von europäischen geostationären Wettersatelliten beteiligt“, erklärt Rüdiger Schönfeld, Director Earth Observation Systems bei der OHB System AG. „Mit dem AWS-Programm kommt jetzt ein weiterer Baustein hinzu. Im Vergleich zu MTG gibt es aber einen großen Unterschied: In der Konstellationsphase werden nicht wenige große, sondern viele kleine Satelliten Daten liefern, die dann zur Wettervorhersage genutzt werden können. Das hat es in dieser Form bisher noch nicht gegeben.“

Der Start des Arctic Weather Satellite ist für 2024 geplant. Mit dem Aufbau der Konstellation soll im Anschluss begonnen werden.

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