Quelle: Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI, 16. August 2024.

16. August 2024 – Forschende am Freiburger Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik EMI haben den kleinen Satelliten federführend entwickelt. Sie werden die rund dreijährige Mission betreuen. Förderer des Forschungsprojektes ist das Bundesamt für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr (BAAINBw).

»Für Fraunhofer ist ERNST ein großer Meilenstein in der Raumfahrtforschung. Mit ihm können wir verschiedene eigene Innovationen im Weltraum testen und wertvolle Erkenntnisse für weitere Projekte sammeln. Mit an Bord ist unter anderem eine leistungsstarke Infrarot-Kamera, die die Wärmeabstrahlung von startenden Raketen erfassen kann«, erläutert Prof. Dr. Frank Schäfer, Leiter des Geschäftsfeldes Raumfahrt am Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik EMI. »Raketen frühzeitig erkennen zu können, ist für die Sicherheit der Bundesrepublik wichtig«, fügt er hinzu.

Dabei ist ERNST kein operationelles System und auch nicht vergleichbar mit aktiven operationellen Bundeswehrsatelliten. ERNST ist ein Technologiedemonstrator.

Große Technologien auf kleinem Raum
Trotz großer Forschungsaufgaben ist ERNST ein Winzling. Er ist klein wie ein Schuhkarton, verfügt jedoch über zahlreiche technologische Innovationen. Für seine Hauptaufgabe ist er mit einer hochempfindlichen Infrarotkamera ausgestattet. Sie muss auf minus 160 Grad Celsius gekühlt werden, um optimale Bilder zu liefern. Außerdem sind eine optische Kamera zur Erdbeobachtung im sichtbaren Spektralbereich und ein vom Fraunhofer INT aus Euskirchen entwickelter Strahlungsdetektor an Bord. Der Detektor misst hochenergetische Weltraumstrahlung und hilft damit, deren Einfluss auf die Elektronik von Kleinsatelliten zu untersuchen. Weitere neue Technologien sind die 3D-gedruckte Halterung für die Kamerakomponenten aus Metall, eine Datenverarbeitungseinheit, auf der Satellitenaufnahmen auch mit künstlicher Intelligenz ausgewertet werden können und ein entfaltbares Bremssegel. Das Segel sorgt dafür, dass ERNST am Ende seiner Mission schneller in die Atmosphäre eintritt und dort verglüht. So wird Weltraumschrott vermieden und der Orbit nachhaltig genutzt.

Die Satellitenplattform könnte sowohl für militärische als auch für zivile Forschungsaufgaben wertvolle Ergebnisse liefern. »Denkbar ist beispielsweise, dass wir ERNST in Zukunft auch nutzen, um Waldbrände frühzeitig zu erkennen«, so Schäfer.

ERNST ist der erste Kleinsatellit der Fraunhofer-Gesellschaft. Entwickelt wurde er unter Federführung des Fraunhofer-Instituts für Kurzzeitdynamik EMI in Freiburg. Beteiligt waren das Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen INT und das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB.

Bisher ist Deutschland auf dem globalen Markt für Satelliten kaum vertreten: Im vergangenen Jahr kamen nur fünf von über 2500 gestarteten Satelliten aus Deutschland. Der überwiegende Anteil der Satelliten fällt in die Größenklasse der Kleinsatelliten. Die in Freiburg entwickelte Satellitenplattform hilft somit auch deutschen Unternehmen, ihre Technologien und Sensoren ins All zu bringen.

ERNST steht für »Experimentelle Raumfahrtanwendung basierend auf Nanosatelliten-Technologie«.

ERNST im Detail

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Transporter-11 auf Falcon-9

Der Beitrag Freiburger Kleinsatellit soll Raketenstarts erkennen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI, 28. Juni 2024.

28. Juni 2024 – Der kleine ERNST steht vor dem Beginn seiner großen Reise. Der Kleinsatellit wurde am Fraunhofer EMI in Freiburg entwickelt und vom Bundesverteidigungsministerium gefördert. Mit einer Infrarotkamera wird ERNST die Erde beobachten, um den Start von Raketen zu detektieren und deren Bahnen nachzuverfolgen.

Die frühzeitige Erkennung solcher Gefahren ist essenziell für eine erfolgreiche Luftverteidigung und ERNST soll diese in Europa bislang nicht vorhandener Fähigkeiten im Orbit demonstrieren.

ERNST ist der erste Nanosatellit der Fraunhofer-Gesellschaft. An seiner Entwicklung waren auch das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB und das das Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen INT beteiligt.

Kleinsatelliten im New Space
Was zunächst als Nischenanwendungen von Funkamateuren und Universitäten begann, entwickelte sich zu einem eigenen Markt im derzeit stattfinden Umbruch der Raumfahrtindustrie, der als „New Space“ propagiert wird. Kleinsatelliten stehen exemplarisch für New Space mit einem »schneller, günstiger, besser«-Anspruch und einer höheren Risikobereitschaft.

ERNST demonstriert während seiner Mission neue Technologien für Kleinsatelliten. Neben der kryogekühlten Infrarotkamera kommt ein Strahlungsdetektor zum Einsatz, der die Auswirkungen der Weltraumumgebung auf modernste Elektronik untersucht. Weitere Designhighlights von ERNST sind 3D-gedruckte Strukturelemente sowie ein entfaltbares Bremssegel, das durch ein schnelles Wiedereintreten nach absolvierter Mission eine nachhaltige Orbitnutzung gewährleistet.

ERNST im Detail

• Größe: 245 x 241 x 366 mm³ (12U XL CubeSat)
• Gewicht: 17,2 kg (auf der Erde)
• Flughöhe: 510 km im sonnensynchronen Orbit
• Dauer der Mission: >3 Jahre
• Ausrichtgenauigkeit: 0.007°
• Elektrische Leistung: 60 W Anfangsleistung, 30 W Orbitdurchschnitt
• Downlink-Datenrate: 50 Mbps für Messdaten
• Nutzlasten: MWIR-Kamera, visuelle Kamera, Strahlungsdetektor

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Transporter-11 auf Falcon-9

Der Beitrag ERNST – ein kleiner Satellit mit großen Fähigkeiten erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Planet Erde

Der Beitrag Wasserbedarf von Pflanzen nachhaltig bestimmen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.