Quelle: GFZ 9. September 2024.

9. September 2024 – Der Preis wird von den GFZ Friends, der Vereinigung der Freunde und Förderer des GFZ, jährlich verliehen und ist mit einem Preisgeld von 1.500 Euro verbunden.

Die ausgezeichnete Doktorarbeit
Artem Smirnov erhält den Preis für seine Doktorarbeit zum Thema „Understanding the Dynamics of the Near-Earth Space Environment Utilizing Long-term Satellite Observations“. Diese Dissertation befasst sich mit der Dynamik des erdnahen Weltraums, von der oberen Atmosphäre bis zu einigen Zehntausend Kilometern in den Weltraum hinein. Hier bestimmt die Dynamik geladener Teilchen in unterschiedlicher Dichte und Geschwindigkeit die Bedingungen des sogenannten Weltraumwetters, das für Satelliten, GNSS-Navigationssysteme (Globales Navigationssatellitensystem) aber auch Flugzeuge und technische Systeme auf der Erde erhebliches Störungs- und Gefährdungspotenzial birgt.

Der bemerkenswerteste Teil von Artem Smirnovs Doktorarbeit ist die Entwicklung eines – auf einem neuronalen Netz basierenden – Modells der Elektronendichte in der sog. Topside-Ionosphäre (NET), das 2023 in Nature Scientific Reports veröffentlicht wurde. Die Einführung des NET-Modells stellt einen Paradigmenwechsel in der Modellierung der Ionosphäre dar. Dieses Modell, das auf der Grundlage von 19 Jahren GNSS-Radio-Okkultationsdaten konstruiert wurde, übertrifft das bestehende und gut etablierte empirische Modell der Internationalen Referenz-Ionosphäre (IRI) um das Zehnfache, was das Potenzial des maschinellen Lernens bei der Verbesserung unseres Verständnisses der Ionosphäre der Erde und unserer Vorhersagefähigkeiten demonstriert. Dieses Modell kann in Zukunft zur Vorhersage von Zeiten und Orten, an denen GNSS-Daten ungenau sein könnten, und – durch Berechnung von Korrekturen – zur Verbesserung der GNSS-Positionierung verwendet werden.

Aus der Laudatio
Die Doktorarbeit von Artem Smirnov stellt eine bahnbrechende und umfassende Erforschung der erdnahen Weltraumumgebung dar, einschließlich der Anwendung von Techniken des maschinellen Lernens. Seine Arbeit trägt nicht nur wesentlich zu unserem Verständnis der Weltraumdynamik bei, sondern eröffnet auch Wege für praktische Anwendungen. Führende Wissenschaftler:innen der NASA arbeiten derzeit mit Artem Smirnovs Ergebnissen, z. B. zur Verbesserung der GNSS-Positionierung.

Artem Smirnov hat seine Promotion an der Universität Potsdam in 4 Jahren abgeschlossen und mit Summa Cum Laude promoviert. Bis zu seiner Verteidigung veröffentlichte er 8 begutachtete Erstautor-Publikationen und 20 Co-Autor-Publikationen. Drei seiner jüngsten Veröffentlichungen wurden von den renommierten US-Fachzeitschriften AGU und JGR Space Physics Journal als „Top downloaded paper“ ausgezeichnet. Sein h-Index (die Kennzahl für die weltweite Wahrnehmung einer:s Wissenschaftler:in in Fachkreisen) liegt bei 9, was eine bemerkenswerte Leistung für einen Nachwuchswissenschaftler darstellt.

Über Artem Smirnov
Dr. Artem Smirnov hat an der Lomonosov Moscow State University studiert. Seine Bachelor-Arbeit wurde von der Russischen Akademie der Wissenschaften in der Abteilung Physik der Festen Erde 2017 als Beste im Fach Geophysik ausgezeichnet. Anschließend ging er nach München, wo er seinen Master in Geophysik mit Spezialisierung Geomagnetismus an der Technischen Universität und der Ludwig-Maximilians Universität (LMU) machte, mit Gastaufenthalt am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen. 2019 kam er nach Potsdam, wo er in der GFZ-Sektion „Weltraumphysik und Weltraumwetter“ und an der Universität Potsdam seine Doktorarbeit anfertigte. Nach erfolgreicher Promotion forscht er mittlerweile als Post-Doc-Wissenschaftler an der LMU München – im Rahmen eines Kooperationsprojektes mit dem GFZ.

Über den Friedrich-Robert Helmert-Preis
Doktorand:innen tragen mit ihren wissenschaftlichen Leistungen wesentlich zum Erfolg des GFZ bei. Mit dem Friedrich-Robert-Helmert-Preis werden jedes Jahr junge Wissenschaftler:innen gewürdigt, deren herausragende Dissertationen wesentlich zum besseren Verständnis des Systems Erde beitragen. Die Preisträger:innen erhalten neben dem Preisgeld von 1500 Euro eine Urkunde und eine einjährige Ehrenmitgliedschaft bei den GFZ Friends, der Vereinigung der Freunde und Förderer des GFZ. Das Preisgeld ist nicht zweckgebunden.

Originalpublikation:
A novel neural network model of Earth’s topside ionosphere
https://www.nature.com/articles/s41598-023-28034-z
pdf: https://www.nature.com/articles/s41598-023-28034-z.pdf

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• Ehrungen

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Quelle: Technische Universität München 4. September 2024.

4. September 2024 – Wie verläuft der kürzeste Weg zur nächsten Haltestelle oder zum verabredeten Treffpunkt? Global Positioning Systeme (GPS) sind für die meisten eine Selbstverständlichkeit geworden. Bisher gab es allerdings nur Vermutungen darüber, wie viele GPS-Satelliten wirklich benötigt werden, um die Position eines Handys oder eines anderen Navigationsgeräts exakt zu bestimmen. Forschende der Technischen Universität München (TUM) und der Eindhoven University of Technology (TU/e) haben nun den Beweis erbracht, dass ab einer Anzahl von fünf Satelliten der genaue Standort in den allermeisten Fällen bestimmt werden kann. Derzeit ist in der Regel nur der Kontakt zu vier Satelliten sichergestellt.

In der Regel geben uns Global Positioning Systeme bis auf weniger Meter genau unseren Standort an. Jeder kennt aber auch Situationen, in denen die Ortung nur auf einige hundert Meter genau angezeigt wird oder der Standort sogar falsch ist. Ein Grund hierfür kann die geringe Anzahl oder ungünstige Anordnung der Satelliten sein, zu denen das Navigationsgerät gerade Sichtkontakt hat.

Wie funktioniert GPS?
GPS-Satelliten sind mit einer extrem präzisen Atomuhr ausgestattet und kennen ihre Position zu jeder Zeit. Sie senden die Uhrzeit und ihren Standort kontinuierlich über Funkwellen. Ein Handy oder ein anderes Navigationsgerät empfängt diese Signale von allen Satelliten, zu denen es Sichtkontakt hat. Die Differenz zwischen der Ankunftszeit auf der lokalen Uhr des Empfängers und der von der Satellitenuhr aufgezeichneten Sendezeit entspricht der Zeit, die das Signal vom Satelliten zum Empfänger benötigt. Da sich Funkwellen mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, errechnet sich hieraus die zurückgelegte Strecke. Aus den Positionen der Satelliten und der zurückgelegten Strecke wird über ein Gleichungssystem die Position des Empfängers bestimmt.

Nicht berücksichtigt wird bei dieser vereinfachten Darstellung, dass die lokale Uhr des Empfängers keine Atomuhr ist. Geht diese nur eine Millionstel Sekunde falsch, entsteht bei der Positionsbestimmung eine Ungenauigkeit von mindestens 300 Metern. Das GPS-Problem besteht nun darin, dass das Handy oder ein anderes Navigationsgerät zusammen mit dem Standort auch die genaue Zeit bestimmen muss – bekannt aus der Relativitätstheorie als sogenannte Raumzeit.

Ist die Anzahl der Satelliten, die sich in Sichtkontakt befinden, zu gering, funktioniert das System nicht mehr zuverlässig und liefert mehrere Lösungen – also unterschiedliche Orte, an denen sich der Empfänger befinden könnte. Dann kann die Situation auftreten, dass beispielsweise ein Handy gar keinen oder den falschen Standort angibt. Bislang wurde nur vermutet, wie viele Satelliten benötigt werden, um für das GPS-Problem eindeutige Lösungen zu erhalten.

Fünf Satelliten für eine genaue Standortbestimmung
Mireille Boutin, Professorin für diskrete Algebra und Geometrie an der TU/e und Gregor Kemper, Professor für algorithmische Algebra an der TUM ist es nun gelungen, mathematisch zu beweisen, dass ab einer Anzahl von fünf Satelliten die exakte Position des Empfängers in den allermeisten Fällen eindeutig bestimmt werden kann. „Auch wenn das schon lange vermutet wurde, hat es bisher niemand geschafft, einen Beweis zu finden. Das war auch nicht ganz einfach: Tatsächlich haben wir über ein Jahr an dem Problem gearbeitet, bis wir soweit waren“, sagt Kemper. Aktuell ist auf der Erde sichergestellt, dass überall und zu jedem Zeitpunkt vier Satelliten in Sichtkontakt stehen. „Bei nur vier Satelliten scheint es ganz grob gesprochen so zu sein, dass die Wahrscheinlichkeit für eine eindeutige Lösbarkeit des GPS-Problems bei 50 Prozent liegt. Das zu beweisen ist eines unserer nächsten Projekte“, so Kemper. Bei drei oder weniger Satelliten im Sichtbereich funktioniert GPS-Navigation definitiv nicht.

Geometrie und Eindeutigkeit
Gelungen ist den Forschenden der Beweis, indem sie das GPS-Problem geometrisch charakterisierten. Sie fanden heraus, dass die Position des Empfängers nicht eindeutig bestimmt werden kann, wenn die Satelliten auf einem sogenannten zweischaligen Rotationshyperboloid liegen. Hierbei handelt es sich um eine gekrümmte Fläche, die in alle Richtungen geöffnet ist. Obwohl dies zunächst ein theoretisches Ergebnis ist, hat es praktische Auswirkungen, denn es ermöglicht, Ungenauigkeiten in der Positionsbestimmung besser zu verstehen.

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• GPS

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Quelle: DLR 23. Juli 2024.

23. Juli 2024 – Die neue Laseruhr des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat einen Spitzenwert an Genauigkeit für optische Uhren mit Gaszellen erzielt. In 30 Millionen Jahren würde sie nur eine Sekunde falsch gehen. Die Quanteneigenschaften von Jodmolekülen geben den Takt der Laseruhr vor.

Weltraumtaugliche Laseruhren sollen künftig zu einer zentimetergenauen Satellitennavigation beitragen sowie einen globalen Zeitstandard liefern. Sie versprechen neue Wege für einen leistungsstärkeren Datentransfer in der weltweiten Kommunikation, der vernetzten Mobilität, beim autonomen Fahren bis hin zu Handel und Logistik.

Aktuell entwickelt und baut das DLR im Projekt COMPASSO eine weltraumtaugliche Laseruhr. Ab 2027 wird diese auf der Internationalen Raumstation (ISS) für den Einsatz optischer Uhren auf Satelliten erprobt.

Zeit ist nicht gleich Zeit
Auf die Frage, was ist Zeit, sagte Albert Einstein einmal: „Zeit ist, was man an der Uhr abliest.“ Es kommt auf die Genauigkeit der Uhr an. Wie gut Satellitennavigation, Internet, Erdbeobachtung oder Finanzwesen funktionieren, hängt auch davon ab, wie exakt die notwendigen Zeitangaben bei der Datenübertragung sind. Satellitenuhren liefern Zeitsignale, mit denen sich beispielsweise Positionen auf der Erde bestimmen lassen oder Kommunikationsnetze synchronisiert werden.

Weltraumtaugliche Laseruhren können künftig genauere Zeitinformationen liefern, um Satellitendienste für Kommunikation und Navigation effizienter und präziser zu machen. Laseroptische Uhren sind aufgrund ihrer höheren Taktfrequenz rund hundertmal genauer als aktuelle Satellitenuhren auf Mikrowellenbasis.

Laseruhr erzielt Spitzenwert
Mit seiner führenden Expertise für Quantentechnologien in der Raumfahrt hat das DLR im Projekt COMPASSO die hochpräzise Laseruhr entwickelt. „Sie weicht weniger als 100 Pikosekunden pro Tag von der sogenannten Weltzeit ab. Eine Pikosekunde ist der Millionste Teil einer Millionstel Sekunde. Diese Abweichung entspricht einer Sekunde auf 30 Millionen Jahre“, erklärt Prof. Claus Braxmaier vom DLR-Institut für Quantentechnologien in Ulm. „Wir schließen damit die Lücke zwischen der Genauigkeit von konventionellen Satellitenuhren und den großen, schweren High-End-Atomuhren, die in nationalen Metrologie-Instituten unsere Weltzeit festlegen.“

Den Takt der Laseruhr gibt die Quantenphysik vor. Dazu wird die Wellenlänge eines Lasers auf eine bestimmte Schwingung von Jodmolekülen in einer Gaszelle abgestimmt. Der Takt dieser Schwingung hängt nur von den quantenmechanischen Eigenschaften des Jods ab. Mit dieser geräteunabhängigen Referenz lässt sich die hohe Genauigkeit der optischen Uhr erreichen.

Im Uhrenlabor des DLR-Instituts für Kommunikation und Navigation haben die DLR-Forscherinnen und -Forscher die Laseruhr bis zur aktuellen Genauigkeit weiterentwickelt und mit einer anderen Präzisionsuhr verglichen, einem sogenannten Wasserstoff-Maser. Dies ist eine Art Laser im Mikrowellenbereich. „Durch Überlagern der Zeitsignale beider Uhren können wir wie mit einer Stoppuhr die einzelnen Takte der Laseruhr zählen. Diese folgen mit einer Frequenz von 10 Megahertz aufeinander, das sind 10 Millionen Takte pro Sekunde“, erläutert Claus Braxmaier. „So konnten wir sowohl die Ganggenauigkeit als auch die Präzision unserer Laseruhr bestimmen. Je präziser eine Uhr ist, desto gleichmäßiger ist ihr Takt. Die Ganggenauigkeit gibt an, wie weit ihr Takt nach einer bestimmten Zeit vom Sollwert abweicht.“

Laseruhren für globale Genauigkeit
Ziel des COMPASSO-Projekts ist, optische Schlüsseltechnologien für die künftige Satellitennavigation zu entwickeln. „Unsere Vision ist, die hohe Genauigkeit von Laseruhren für eine global verfügbare Zeitangabe zu nutzen. Damit ließe sich ein weltweit einheitlicher, präziser Zeitstandard realisieren“, sagt Claus Braxmaier.

„Neue Generationen hochpräziser, weltraumtauglicher Laseruhren werden die Leistung von satellitengestützten Technologien erheblich verbessern“, erklärt Dr. Stefan Schlüter vom Galileo Kompetenzzentrum des DLR. „Wichtige Bereiche sind beispielsweise das autonome Fahren, die Telekommunikation sowie der Katastrophenschutz und der Finanzsektor.“ Die Genauigkeit und die höhere Taktfrequenz laseroptischer Uhren soll zudem leistungsfähigere Kommunikationsnetzwerke mit höheren Datenraten ermöglichen.

Auf dem Weg zur ISS
Am DLR-Institut für Quantentechnologien entsteht aktuell eine weltraumtaugliche Version der Laseruhr, die 2027 zur Internationalen Raumstation (ISS) starten soll. Für den Einsatz im All muss die Uhr besonders leicht, kompakt, robust und gleichzeitig zuverlässig sein. Im realen Betrieb müssen Satellitenuhren mindestens 15 Jahre autonom und störungsfrei laufen.

„Wir wollen ein Flugmodell unserer Laseruhr auf der europäischen Bartolomeo-Plattform der ISS erproben. In diesem Außenlabor ist die Uhr typischen Weltraumbedingungen ausgesetzt. Sie muss im Vakuum sowohl bei direkter Sonneneinstrahlung sowie im Schatten der Erde im tiefkalten Weltraum ohne direkten Zugriff einwandfrei funktionieren“, erläutert Claus Braxmaier. „Herausfordernd ist dabei, die Dampfzelle mit dem Jodgas konstant auf 20 Grad Celsius zu halten – egal, ob sie gerade in der Sonne oder im Schatten ist. Die gleichbleibende Temperatur ist wichtig für die hohe Genauigkeit der Uhr. Wir wollen damit zeigen, dass sich unsere Laseruhr für die nächsten Generationen des europäischen Satellitennavigationssystems Galileo eignet.“

Noch sind die Komponenten der Laseruhr auf einem Labortisch aufgebaut. Im nächsten Schritt muss das Forschungsteam die Uhr möglichst kompakt zusammenbauen, damit alles auf die Größe von zwei Schuhkartons passt. Das Lasersystem enthält besonders temperaturstabile und alterungsbeständige Materialien, wie Zerodurglas. Ein hochstabiler Leichtbau garantiert, dass die Uhr die beim Raketenstart auftretenden Vibrationen und Kräfte aushält. Im Weltraum darf sich nichts verziehen, damit die Wellenlänge des Lasers für ein präzises Zeitsignal konstant bleibt. „Die Komponenten der Laseruhr haben bereits mehrere Belastungsproben erfolgreich bestanden, beispielsweise auf Höhenforschungsraketen oder im Fallturm“, sagt Dr. Thilo Schuldt vom DLR-Institut für Quantentechnologien.

Mini-Laseruhren eröffnen neue Anwendungen
Die Uhrentechnologie mit Gaszellen als Taktgeber hat noch einen weiteren Vorteil: Sie lässt sich weiter verkleinern. Laseruhren von der Größe eines Smartphones mit einer solchen Genauigkeit eröffnen völlig neue Anwendungen und wirtschaftliche Perspektiven.

Beispielsweise ließen sich mit Mini-Laseruhren ausgestattete Fahrzeuge im Straßenverkehr oder Lieferdrohnen in Städten mit einem gemeinsamen Navigationsmanagement vernetzen. Mit solchen Informationen über Verkehrsströme ließen sich Effizienz und Sicherheit erhöhen. „In Kombination mit Beschleunigungssensoren wäre mit bordeigenen Laseruhren zudem ein schlechter oder unterbrochener Satellitenempfang leicht zu überbrücken. Die hohe Signalstabilität der Uhr schafft die Grundlage, auch unter schwierigen Navigationsbedingungen exakte Positionsdaten zu berechnen, etwa zwischen Häuserzeilen oder in Tunneln“, erklärt Dr. Stefan Schlüter.

Wie tickt eine Laseruhr?
So wie das Pendel in einer Standuhr den Takt vorgibt, liefert ein sogenannter jodstabilisierter Laser den Takt der COMPASSO-Uhr. Dazu befindet sich im Laserstrahl eine rund 20 Zentimeter lange Gaszelle mit Jodmolekülen, die als natürliche Zeitreferenz dienen. Die Wellenlänge des grünen Laserlichts wird auf eine bestimmte Schwingung der Atomkerne der Jodmoleküle geregelt. Die Frequenz dieser Schwingung ist durch die quantenmechanischen Eigenschaften des Jods vorgegeben. Dadurch ist die Zeitreferenz geräteunabhängig, woraus sich die hohe Genauigkeit der Laseruhr ergibt.

Um ein standardisiertes Zeitsignal zu erzeugen, wird das grüne Licht des jodstabilisierten Lasers mit den Laserpulsen eines sogenannten Frequenzkammlasers überlagert. Dessen Spektrum umfasst bis zu einer Million Farben. Die zugehörigen Lichtfrequenzen liegen wie die Zinken eines Kamms in exakt gleichen Abständen beieinander, vergleichbar einem Lineal. Wie beim Stimmen eines Musikinstruments mit einer Stimmgabel wird durch Messen der Intensität der beiden überlagerten Laserstrahlen ein standardisiertes Taktsignal erzeugt. Dieses liegt im Bereich der Radiofrequenzen bei 10 Megahertz.

Über das Projekt COMPASSO
Im Projekt COMPASSO erprobt und qualifiziert das DLR neuartige laseroptische Technologien für den Einsatz im Weltraum. Das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation in Oberpfaffenhofen und das DLR-Institut für Quantentechnologien in Ulm entwickeln gemeinsam mit der Raumfahrtindustrie leistungsfähige und resiliente Lasersysteme für die Satellitennavigation sowie für wissenschaftliche Missionen. Der Projektname COMPASSO ist an ein Recheninstrument des italienischen Gelehrten, Astronomen und Mathematikers Galileo Galilei (1564 bis 1642) angelehnt.

An der Entwicklung der COMPASSO-Laseruhr sind das DLR-Institut für Quantentechnologien, das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation, das DLR-Institut für Optische Sensorsysteme und das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme beteiligt. Das DLR Galileo Kompetenzzentrum leitet das Projekt in enger Kooperation mit dem DLR-Institut für Softwaretechnologie sowie dem DLR-Raumflugbetrieb und Astronautentraining. Projektbeteiligte aus der Industrie und Forschung sind Tesat-Spacecom, Menlo Systems, Airbus Defence and Space, SpaceTech Immenstaad, das Institute of Scientific Instruments der Tschechischen Akademie der Wissenschaften und das Ferdinand-Braun-Institut.

Das Galileo Kompetenzzentrum des DLR
Das Ziel des Galileo Kompetenzzentrums ist, die Zukunft der Satellitennavigation aktiv voranzubringen, mitzugestalten und zu erweitern. Es bündelt seit 2019 Ergebnisse von Forschungsaktivitäten aus den DLR-Instituten, um zukunftsfähige Konzepte und Technologien für die Satellitennavigation umzusetzen und zu demonstrieren.

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• **ISS** Forschung & Forschungseinrichtungen

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Quelle: Exolaunch via Business Wire 10. Juli 2024.

Berlin –(BUSINESS WIRE)– Exolaunch, der weltweit führende Anbieter von Dienstleistungen für das Management von Startmissionen, die Integration und die Positionierung von Satelliten, hat mit Stolz die erfolgreiche Positionierung von vier Satelliten an Bord des Ariane-6-Erstflugs von Arianespace bekannt gegeben. Der Start erfolgte am Dienstag, den 9. Juli um 1600 GFT vom Raumfahrtzentrum Guayana, auch bekannt als Europas Weltraumbahnhof, in Kourou, Französisch-Guayana. Als Vertreter der Kunden ESA, NASA und Spacemanic unterstreicht diese Mission die entscheidende Rolle von Exolaunch bei der Ausweitung des Zugangs zum Weltraum und der Unterstützung neuer Trägerraketenanbieter.

An diesem historischen Start waren die Satelliten ISTSat-1 und 3Cat-4 der ESA, CURIE der NASA und GRBBeta von Spacemanic beteiligt. Die erfolgreiche Positionierung dieser Satelliten unterstreicht das Engagement von Exolaunch, bahnbrechende wissenschaftliche Forschung und technologische Fortschritte durch zuverlässige und innovative Lösungen für den Satelliteneinsatz zu ermöglichen.

Der ISTSat-1 der ESA, der von Studenten des Instituto Superior Técnico in Lissabon entwickelt wurde, dient der Demonstration der ADS-B-Technologie, der Validierung der Erkennungsfähigkeiten und der Bewertung der Antennen- und Empfängerleistung für den Empfang von Nachrichten von Verkehrsflugzeugen. 3Cat-4, ein CubeSat der Universitat Politécnica de Catalunya, verfügt über eine flexible Mikrowellen-Nutzlast zur Demonstration der Technologie mit wissenschaftlichen Zielen im Zusammenhang mit GNSS für die Erdbeobachtung und der Validierung von AIS-Empfängern.

Die CURIE-Mission der NASA besteht aus zwei nahezu identischen 3U-CubeSats, die für die Erforschung der Niederfrequenz-Radiointerferometrie im Weltraum entwickelt wurden. Diese CubeSats werden solare Radiobursts untersuchen, indem sie nach der Positionierung einen Abstand von 1-3 km beibehalten. Sie tragen zum Verständnis des heliosphärischen Weltraumwetters bei und dienen als Konzeptnachweis für zukünftige weltraumgestützte Interferometrie-Observatorien.

GRBBeta von Spacemanic, ein 2U-CubeSat, dient als technische Demonstration für die künftige CAMELOT-Konstellation, die darauf abzielt, Gammastrahlenausbrüche aus dem Weltraum zu erkennen und zu lokalisieren. Unter der Leitung von Spacemanic und der Technischen Universität Košice werden bei dieser Mission neue Subsysteme getestet, darunter ein fortschrittliches GNSS-Positionierungsmodul und ein Funkmodem für sofortige Telemetrie.

Der erfolgreiche Start der Ariane 6 ist ein wichtiger Meilenstein für die europäische Raumfahrtindustrie und läutet eine neue Ära des verbesserten Zugangs zum Weltraum für europäische Unternehmen ein. Die Ariane 6 ist so konzipiert, dass sie Flexibilität und Kosteneffizienz bietet, was sie zu einer attraktiven Option für verschiedene Raumfahrtmissionen macht. Mit der Unterstützung dieses historischen Starts unterstreicht Exolaunch sein Engagement für die Förderung von Wachstum und Innovation im europäischen Raumfahrtsektor.

„Exolaunch fühlt sich geehrt, am Erstflug der Ariane 6 beteiligt gewesen zu sein und mit Arianespace, ESA und CNES zusammenzuarbeiten, um unseren Kunden einen zuverlässigen Zugang zum Weltraum zu ermöglichen“, sagte Jeanne Allarie, Chief Commercial Officer bei Exolaunch. „Wir gratulieren auch der ESA, der NASA und Spacemanic zum erfolgreichen Aussetzen ihrer Satelliten. Wir sind stolz darauf, diese innovativen Missionen zu unterstützen und freuen uns auf die wissenschaftlichen und technologischen Fortschritte, die sie jeweils bringen werden. Dieser Start ist nicht nur ein Beweis für die technischen Fähigkeiten und den Kooperationsgeist der europäischen Raumfahrtgemeinschaft, sondern auch ein Schritt in Richtung einer stärkeren, wettbewerbsfähigen europäischen Präsenz in der globalen Raumfahrtindustrie. Wir freuen uns auf die Möglichkeit, künftige Ariane-6-Starts zu unterstützen und sicherzustellen, dass Europa bei der Erforschung des Weltraums an vorderster Front bleibt.“

Über Exolaunch
Exolaunch (Deutschland, USA) ist ein weltweit führendes Unternehmen im Bereich der Integration von Startmissionen und Aussetztechnologien. Mit einem Jahrzehnt Flugerfahrung und bisher fast 400 gestarteten Satelliten in 29 Missionen nutzt Exolaunch sein Branchenwissen, um schlüsselfertige Lösungen zu entwickeln, die den Bedürfnissen der Kunden entsprechen und auf Markttrends reagieren. Exolaunch erfüllt Startaufträge für Branchenführer, die innovativsten Start-ups der Welt, Forschungseinrichtungen, Regierungsorganisationen und internationale Raumfahrtbehörden. Das Unternehmen entwickelt und fertigt seine eigenen flugerprobten und branchenführenden Kleinsatelliten-Trennsysteme, die das am schnellsten wachsende Erbe auf dem Markt darstellen. Exolaunch fördert die sichere, nachhaltige und verantwortungsvolle Nutzung des Weltraums und setzt sich dafür ein, den Weltraum für alle zugänglich zu machen.

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• Erstflug der Ariane 62 von Kourou

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 14. Mai 2024.

14. Mai 2024 – Es ist dunkel geworden, auf einem Campingplatz in der Fränkischen Schweiz herrscht unter sternklarem Himmel reger Abspühlbetrieb, entfernt gerät ein Gaskocher ins Straucheln. Auf den Wiesen, umgeben von sanften Hügeln und schroffen Felsen, tummeln sich hunderte beleuchtete Zelte. Dieses Farbenmeer ist man im Trubachtal bereits gewohnt, denn hier liegt das Basecamp der fränkischen Sportkletterei. Die Atmosphäre nimmt auf einem Mal eine Wendung, inmitten eines aufgeregten Stimmgewirrs stehen Menschen instinktiv auf und scannen die Umgebung, andere deuten entschlossen in den Himmel. Über den bewaldeten Hügeln im Norden ist ein rötliches Wabern zu erkennen, als glühe der Himmel, nicht wenige vermuten einen Waldbrand. Von einer kleinen Gruppe am Rande ertönt ein tiefes Raunen, sie haben eine Spiegelreflexkamera auf den Himmel gerichtet und ein pink-rotes Farbenmeer mit vielen Nuancen und Farbverläufen eingefangen, das sich in senkrechten Streifen über den gesamten nördlichen Horizont zieht.

Ein geomagnetischer Sturm höchster Stufe
Das Maximum eines geomagnetischen Sturms der höchsten Stufe G5 ereignete sich am Samstag, den 11. Mai 2024. Das Space Weather Prediction Center der National Oceanic and Atmospheric Administration veröffentlichte um 13:28 Uhr Mitteleuropäischer Zeit eine Eilmeldung zu diesem außergewöhnlichen Ereignis. Hervorgerufen durch eine Serie von Massenausbrüchen auf der Sonne haben sich Pakete geladener Teilchen schon wenige Tage zuvor auf den Weg zur Erde gemacht und trafen am 11. Mai mit voller Wucht deren Magnetosphäre. Die Folge waren Polarlichter, die sogar in Süddeutschland mit bloßem Auge zu sehen waren. Energieversorger hatten alle Hände voll zu tun, um das Stromnetz stabil zu halten, und auch die Starlink-Flotte war dem Ereignis fast schutzlos ausgeliefert.

„Es braucht einen wirklich starken Sonnensturm, damit man auch in Süddeutschland Polarlichter sieht.“
Ist die Sonne besonders aktiv, bläst sie geladene Teilchen in heftigen Schüben ins All, teils auch in Richtung der Erde. Das Erdmagnetfeld wirkt wie ein Schutzschild gegen dieses Bombardement, denn Magnetfelder beeinflussen nach den Gesetzen der Elektrodynamik die Bewegung solcher Teilchen. Genauer: Das Erdmagnetfeld fängt die Teilchen ein und wird durch den Druck des Ladungsstroms auch mal ordentlich gequetscht. An den Polen führen die Feldlinien des bipolaren Magnetfeldes das Teilchenplasma in tiefe Atmosphärenschichten. Trifft es dort auf Sauerstoffmoleküle, regt es diese ab einer Entfernung von etwa 100 Kilometern über dem Erdboden zum Leuchten an, meist in der vom menschlichen Auge gut wahrnehmbaren grünlichen Farbe. „In niedrigeren geographischen Breiten schützt das Erdmagnetfeld stärker“, sagt Sami Solanki. Er ist Direktor am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung und leitet die Abteilung Physik der Sonne und der Heliosphäre. „Es braucht schon einen wirklich starken Sonnensturm, damit man auch in Süddeutschland Polarlichter sieht.“ Südlich des Nordpols gelangen die geladenen Teilchen nur bis in die oberen Schichten der Atmosphäre, mehr als 300 Kilometer über dem Grund. Dort ist die Sauerstoffdichte geringer, weshalb der angeregte Sauerstoff nicht grünlich, sondern rötlich leuchtet. Trifft ein extremer geomagnetischer Sturm wie am 11. Mai 2024 auf die Erde, mischen sich grüne und rote Aurorae zu einem Farbspektakel mit vielen Abstufungen, darunter auch Pink.

„Dass uns etwas treffen wird, war abzusehen. Dass es so heftig sein würde, konnte man nicht genau vorhergesagen“, sagt Sami Solanki. Zahlreiche Observatorien beobachten die Sonne und ihre Aktivität pausenlos. Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) etwa betreibt mit dem Space Weather Service Network eine Wettervorhersage für das Sonnensystem. Wenn sich auf der Sonne etwas zusammenbraut, sieht man das auf Fotos der Sonnenoberfläche. Wer die Sonnenoberfläche mit einem speziellen Sonnenteleskop beobachtet (bitte nie ohne fachkundige Anleitung auf die Sonne schauen), hat im Schnitt alle elf Jahre gute Chancen, vermehrt Sonnenflecken zu entdecken. „Je mehr Sonnenflecken sich tummeln und je komplexer die Region aufgebaut ist, desto aktiver ist sie“, sagt Solanki.

Peitschenhiebe in Richtung Erde
Spezielle Instrumente sehen noch mehr: Über den Sonnenflecken strömt hell leuchtendes Plasma aus, macht einen weiten Bogen und verschwindet in der Nähe wieder in der Sonne. Hinter den Schleifen und Bögen verbirgt sich das Magnetfeld der Sonne. Auch hier gilt: Das Plasma der Sonne, also Protonen, Elektronen und andere elektrisch geladene Atome, bewegt sich vornehmlich entlang der Magnetfelder. „Es ist, als wäre das Magnetfeld im Plasma der Sonne eingefroren“, sagt Sami Solanki. Das Magnetfeld der Sonne spielt eine Schlüsselrolle bei der Entstehung der Polarlichter: „Es ist viel komplexer und dynamischer als das Magnetfeld der Erde.“ Die Sonne rotiert und mit ihr das Plasma in ihrem Inneren, als hätte man ein Goldfischglas einmal kräftig umgerührt. Die Magnetfelder, die so entstehen, wickeln sich durch die Rotation des Plasmaballs regelrecht auf – ein Wirrwarr an Feldlinien, die sich vor allem über Sonnenflecken auch mal kreuzen. Dabei kommt es auch zu magnetischen Kurzschlüssen, die einen Schwall geladener und magnetisierter Teilchen ins All schleudern. Die magnetischen Pakete, die hier buchstäblich geschnürt wurden, erreichen Geschwindigkeiten von Hunderten bis Tausenden Kilometern pro Sekunde, das sind mehrere Millionen Kilometer pro Stunde. Solche Auswürfe nennt man auch Coronal Mass Ejections, sie erreichen die Erde je nach Geschwindigkeit innerhalb eines Tages oder weniger Tage. „Das macht eine genaue Vorhersage schwer“, so Solanki. Unklar ist auch, wie viele Teilchen ein Ausbruch tatsächlich mit sich bringt.

Letzte Gewissheit liefern den Weltraum-Wetterdiensten Satelliten, die sich ständig auf der Achse zwischen Erde und Sonne aufhalten. Sie vermessen den Sonnenwind im Detail. Vom Zeitpunkt der Messung an dauert es 15 bis 60 Minuten bis der magnetische Teilchensturm auf die Erdatmosphäre peitscht. Daher gibt es Vorhersagen für Polarlichter meist nur etwa 30 Minuten im Voraus. Ein Richtwert für einen nahenden Weltraum-Sturm ist auch der sogenannte Kp-Index. Je höher dieser Wert, desto stärker ist das Erdmagnetfeld gestört und desto höher ist auch die Wahrscheinlichkeit für Polarlichter. Schon am 10. Mai 2024 beobachtete das Space Weather Network der ESA, wie der Kp-Wert steil nach oben schoss. Überraschend war, dass der Kp-Index Werte von 7 und mehr erreichte und dass das Bombardement zwei bis drei Tage anhielt. Grund dafür war eine höchst aktive Region auf der Sonne, die wenige Tage zuvor eine ganze Serie von Auswürfen in Richtung Erde abgestoßen hat. Dass diese im Erdmagnetfeld gar einen geomagnetischen Sturm der Klasse G5 auslösten, könnte daran gelegen haben, dass sie nicht wie so oft nacheinander eintrafen, sondern nach einer wahren Aufholjagd fast gleichzeitig und mit geballter Wucht ins Ziel rauschten.

Werden wir weiterhin Polarlichter sehen?
Ob man Polarlichter zu Gesicht bekommt oder nicht, hängt von vielen Faktoren ab und ist – wie so oft in der Natur – ein Spiel der Wahrscheinlichkeiten. „Trifft ein Teilchenstrom die Erde am Vormittag, ist es eher unwahrscheinlich, Nachts noch etwas zu sehen“, so Solanki. Auch hänge das atmosphärische Leuchtphänomen stark davon ab, wie das mitgeführte Magnetfeld des Sonnenwinds zu dem der Erde ausgerichtet ist. Eine aktive Sonne sei übrigens keine Garantie für eine Aurora Borealis, so Solanki. „Im Gegenteil: Es kann auch bei niedriger Sonnenaktivität einen starken Ausbruch geben. Es ist also schwer abzusehen, ob und wie stark die Erde in den nächsten Wochen oder Monaten getroffen werden wird und ob Polarlichter in Deutschland nochmal zu sehen sein werden.“ Die Aktivität der Sonne folgt im Durchschnitt einem 11-Jahres Zyklus. Dieser ist aber alles andere als in Stein gemeißelt, in Wahrheit folgt alle 9 bis 13 Jahre ein Maximum auf das nächste. So könnte das Aktivitätsmaximum mit dem geomagnetischen Sturm Mitte Mai bereits überschritten worden sein oder noch folgen. Ein gelegentlicher Blick auf die Vorhersageportale lohnt sich: Das sogenannte Polarlichtoval zeigt an, wo man bei einer sternklaren Nacht Glück haben könnte. Und manchmal zieht sich die Wahrscheinlichkeitsverteilung vom Polarkreis bis weit nach Süden. „Deutschland erstreckt sich Hunderte Kilometer von Nord nach Süd, insofern hat man an der Nordsee häufiger Glück als in Bayern“, sagt Sami Solanki.

Nah am Blackout vorbeigeschrammt
Polarlichter sind ein Schauspiel mit Gänsehautgarantie, keine Frage. Sie machen aber auch eine Bedrohung sichtbar, die schnell verheerende Auswirkungen auf unseren Alltag haben kann. Eine Studie der Europäischen Weltraumorganisation beziffert den sozioökonomischen Schaden, den ein einzelnes, fatales Weltraumwetterereignis in Europa anrichten kann, auf rund 15 Milliarden Euro. Als die Erde zuletzt 2003 von einem derart extremen Sonnensturm getroffen wurde, brachen in Schweden Teile des Stromnetzes zusammen. Nach den gleichen Regeln der Elektrodynamik, nach denen das Erdmagnetfeld durcheinander gerät, wenn eine Ladungswolke von der Sonne darüber hereinbricht, kann das sich verändernde Magnetfeld wiederum den Elektronen in Stromtrassen auf der Erde zusätzlichen Schwung verleihen. Solche induzierten Stromspitzen sind in der Lage, Transformatoren zu beschädigen und ein Stromnetz lahmzulegen. Dieser Effekt steht in keinem Verhältnis zu und ist viel stärker als gelegentliche Unregelmäßigkeiten in der Stromversorgung durch erneuerbare Energien.

Auch Satelliten geraten bei einem solchen Ereignis unter Stress. Neben der empfindlichen Technik an Bord, die durch beschleunigte Sonnenteilchen beschädigt werden kann, heizen Sonnenstürme die Erdatmosphäre auf, die sich dadurch nach oben ausdehnt. Ein Satellit in einer niedrigen Umlaufbahn wird dann durch die erhöhte Reibung mit den Luftteilchen regelrecht ausgebremst. Ein schwächerer Sonnensturm brachte auf diese Weise im Jahr 2022 gleich 44 Starlink-Satelliten zum Absturz. Während die Starlink-Flotte den Sturm am 11. Mai 2024 unbeschadet überstand, brachte der Teilchenwind auch die Ionosphäre durcheinander, die die kurzwelligen Funksignale zwischen GPS-Satelliten und Empfänger durchqueren müssen. Dies führte bisweilen zu Ungenauigkeiten bei der GPS-Ortung. Dass der außergewöhnlich starke Sturm der Sonne so wenig Schaden angerichtet hat, liegt zum einen daran, dass Energieversorger Stromnetze zunehmend resilient gestalten, zum anderen an der Qualität der Vorhersagen. Diese helfen also nicht nur denjenigen, die Polarlichter sehen wollen, sondern dienen auch der allgemeinen Sicherheit.

Während des nächtlichen Treibens auf dem Zeltplatz in der Fränkischen Schweiz machen inzwischen Posts in den sozialen Medien die Runde, die versichern, dass das Leuchten auch in weit entfernten Städten zu sehen ist. Die Option eines herannahenden Waldbrandes ist also vom Tisch. Lediglich die Navigation zum Kletterfelsen per GPS wird sich am nächsten Morgen noch als schwierig erweisen. Was bleibt, ist eine seltene Gelegenheit zum kollektiven Staunen und Wundern. Das Gemurmel wird sich noch bis tief in die Nacht ziehen. Die einen werden erzählen, wie sie selbst einmal Polarlichter im hohen Norden bestaunt haben, die anderen freuen sich wie die Kinder und mit den Kindern, die einmal länger wach bleiben dürfen.

Hintergrundinformationen und FAQ
Was ist der Unterschied zwischen einem geomagnetischen Sturm und einem Strahlungssturm?
Bei einem Strahlungssturm werden geladene Teilchen, also Elektronen oder Protonen, auf besonders hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Die Ursache dafür sind magnetische Ausbrüche auf der Sonne, die auch Massenauswürfe zur Folge haben. Strahlungsstürme werden von der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) in S-Klassen eingeordnet (S1 bis S5).

Ein geomagnetischen Sturm führt ebenfalls geladene Teilchen mit sich, diese sind in einem massiven Plasmapaket magnetisch eingeschlossen, welches das Erdmagnetfeld beim Auftreffen stört. Diese Art der Stürme sind die Folge von Coronalen Massenauswürfen der Sonne und werden von der NOAA in G-Klassen eingeordnet (G1 bis G5).

Wie schützen sich Astronautinnen und Astronauten vor Sonnenstürmen?
Stark beschleunigte Teilchen sind eine besondere Gefahr für Astronautinnen und Astronauten, die sich jenseits des schützenden Erdmagnetfelds aufhalten. Diese Teilchen dringen tief in menschliches Gewebe ein und können etwa die DNA schädigen. Laut der NASA bestand beim Sonnensturm vom Mai 2024 keine direkte Gefahr für die Crew der Internationalen Raumstation. Hier handelte es sich um einen extremen geomagnetischen Sturm aber nur um einen moderaten Strahlungssturm der Klasse S1-S2. Im Extremfall gibt es speziell abgeschirmte Bereiche auf der Raumstation, die einen gewissen Schutz bieten. Strahlungsausbrüche der Sonne sind auch eine große Herausforderung für zukünftige bewohnte Stationen auf dem Mond oder dem Mars. Es gibt Vorschläge, wonach langfristig bewohnte Siedlungen etwa unter der Marsoberfläche Schutz finden könnten.

Wie verändert sich die Sonnenaktivität?
Die Sonne verändert ihre Aktivität durchschnittlich in einem 11-Jahres Zyklus. Auf ein Maximum folgt in 9 bis 13 Jahren ein weiteres Maximum. Ein Maß für eine erhöhte Sonnenaktivität sind dabei die Sonnenflecken: Zählt man sie und trägt die Anzahl über die Zeit auf, ergibt sich ein ganz ähnlicher, zyklischer Verlauf wie bei der Strahlungsintensität der Sonne.

Was ist die Ursache für den 11-Jahres Zyklus?
Der Zyklus hat direkt etwas mit dem sich ständig verändernden Magnetfeld der Sonne zu tun. Dieses hat, ähnlich wie die Erde, eine dipolartige Struktur und entsteht durch die Ströme des heißen Plasmas, die im Inneren der Sonne auf und absteigen und sich wie ein Dynamo mit der Rotation der Sonne im Kreis drehen. Alle 9 bis 13 Jahre polt sich dieses Feld vollständig um.

Warum sich das Magnetfeld umpolt, ist nicht abschließend geklärt. Plausibel aber erscheint dieses Szenario: Die geladenen Teilchen im Sonnenplasma und das Magnetfeld der Sonne können sich nicht gegeneinander bewegen. „Das Plasma ist im Magnetfeld eingefroren“, so beschreibt es Sami Solanki. Die Sonne ist kein starrer Körper, sondern ein Gasball, der durch seine eigene Schwerkraft zusammenhält. Hier rotiert der Äquator schneller um die Sonnenachse als die Polregionen. „Diese differentielle Rotation führt dazu, dass sich das ursprünglich dipolartige Magnetfeld aufgewickelt“, so Solanki weiter. Das Magnetfeld der Sonne verwandelt sich so in fünf bis sechs Jahren von einem Dipol in ein sogenanntes toroidal-dominiertes Magnetfeld. Beim weiteren Umschwenken hin zu einem Dipolfeld umgekehrter Polarität, könnte laut Solanki die Corioliskraft eine Rolle spielen.

Das Aktivitätsmaximum der Sonne fällt genau in den Zeitraum, in dem sich ihr Magnetfeld aufwickelt. Diese Umbruchphase ist gezeichnet durch turbulente Feldkomponenten und sich dynamisch überlagernde Feldlinien. Wenn sich diese einschnüren, entstehen magnetische Kurzschlüsse. Dabei wird so viel Energie freigesetzt, dass das Plasma mit samt des abgeschnürten Magnetfelds ins Weltall spratzt.

Verändert sich auch die Wärmeeinstrahlung der Sonne?
Ohne das wärmende Licht der Sonne, wäre es auf der Erde mit etwa -19 Grad Celsius sehr kalt. Der natürliche Treibhauseffekt speichert dabei insbesondere den wärmenden Infrarotanteil des Sonnenspektrums unter der Glocke der Atmosphäre. Der von der Internationalen Astronomischen Union festgelegte Richtwert für die pro Quadratmeter eingebrachte Sonnenleistung beträgt aktuell 1361 Watt pro Quadratmeter. Auch dieser Wert unterliegt dem 11-Jahres-Zyklus. Er schwankt aber nur um etwa ein Watt pro Quadratmeter zwischen maximaler und minimaler Sonnenaktivität. Unter dem Strich heizt sich die Erde dadurch weder dauerhaft auf noch kühlt sie sich dauerhaft ab.

Dem gegenüber steht der menschengemachte Treibhauseffekt, hervorgerufen etwa durch CO₂ oder Methan (CH₄). Alle menschengemachten Treibhausgase zusammen heizen die Erde um ganze drei Watt pro Quadratmeter auf. Und da die Treibhausgase nicht rückläufig sind (im Gegenteil), bedeutet das eine kontinuierliche Aufheizung. Die 11-Jahres Schwankung der Sonnenaktivität spielt bei der Klimaerwärmung also keine Rolle. Bemerkenswert ist die kurze Zeitskala innerhalb der die Energiebilanz der Erde durch den Menschen verändert wurde.

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• Himmelsschauspiel

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Quelle: OHB SE 28. April 2024.

Bremen/Florida, 28. April 2024. „Galileo liefert seit Jahren zuverlässige Positions- und Zeitinformationen“, sagt Kristian Pauly, OHB-Direktor Navigation. „Die Lokalisierungsgenauigkeit ist mindestens doppelt so hoch wie die des Navigationsdienstes GPS, bei nur einem Zehntel der Kosten pro Satellit. Somit hat OHB seinen Teil dazu beigetragen, die Kontinuität dieses Navigationsdienstes zu gewährleisten, der bereits heute von mehr als vier Milliarden Nutzern weltweit verwendet wird.“ Weitere acht fertige Satelliten aus der Auftragstranche Batch 3 sind bereit für ihren Start ins All. „Die ersten Galileo-Satelliten von OHB wurden bereits 2014 gestartet und sind nun bald am Ende ihrer offiziellen Lebenszeit angekommen, daher ist der jetzige Start sehr wichtig für das Galileo-Programm. Die Dienst- und Lebenszeit pro Satellit liegt bei rund zwölf Jahren. Das ist aber nur ein statistischer Wert, aus technischer Sicht gibt es keine Lebenszeitbegrenzung“, sagt Pedro Sanchez, OHB-Projektmanager für Galileo Batch 3.

Was kann Galileo?
Die Positionsdaten des Galileo High Accuracy Service sind horizontal bis zu 20 cm und vertikal bis zu 40 cm genau. Darüber hinaus bietet Galileo einen globalen Such- und Rettungsdienst (SAR). Der Galileo-Satellit empfängt das Signal und leitet es an die Notfallzentren auf der Erde weiter, um eine sofortige Reaktion zu gewährleisten.

Derzeit befinden sich 24 von OHB entwickelte, konstruierte und integrierte Navigationssatelliten in einer Umlaufbahn von rund 23.000 Kilometern über der Erde. Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat im Auftrag der Europäischen Kommission verschiedene Aufträge für insgesamt 34 Satelliten der ersten Generation an die OHB System AG als Hauptauftragnehmer vergeben. Mit Galileo erhält Europa nicht nur ein eigenes Satellitennavigationssystem, sondern auch einen erstklassigen Service und eine hohe Leistungsfähigkeit.

Disclaimer
Die Phase der vollen Betriebsfähigkeit des Galileo-Programms wird von der Europäischen Union verwaltet und finanziert. Die Europäische Kommission, die ESA und die EUSPA (die EU-Agentur für das Raumfahrtprogramm) haben eine Vereinbarung unterzeichnet, nach der die ESA im Auftrag der Kommission als Entwurfsbehörde und Hauptauftragnehmer für die Systementwicklung und die EUSPA als Verwalter für die Nutzung und den Betrieb von Galileo/EGNOS fungiert. Die in dieser Pressemitteilung geäußerten Ansichten spiegeln in keiner Weise die Meinung der Europäischen Union und/oder der ESA wider.

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• Galileo-FOC FM25 + FM27 auf Falcon 9

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Quelle: ESA 19. März 2024.

19. März 2024 – „Mit Genesis und LEO-PNT reagieren wir auf den schnell wachsenden Bedarf an einer widerstandsfähigeren und präziseren Navigation und stellen sicher, dass Europa in der globalen Satellitennavigation, dem größten nachgelagerten Raumfahrtmarkt, führend ist. Ich freue mich, dass unsere wettbewerbsfähige Industrie diese beiden Missionen zum Leben erweckt“, sagt Javier Benedicto, ESA-Direktor für Navigation.

Der Auftrag für Genesis beläuft sich auf 76,6 Mio. €. Ein Konsortium von 14 Unternehmen unter der Leitung von OHB Italia S.p.A. (IT) ist mit der Entwicklung, Herstellung, Qualifizierung, Kalibrierung, dem Start und dem Betrieb des Genesis-Satelliten einschließlich aller Nutzlasten beauftragt. Diese Mission wird von Italien, Belgien, Frankreich, der Schweiz, Ungarn und dem Vereinigten Königreich unterstützt. Der Start des Genesis-Satelliten ist für 2028 geplant, gefolgt von einer jahrelangen wissenschaftlichen Nutzung.

Für LEO-PNT wurden zwei parallele Verträge über je 78,4 Mio. € für zwei End-to-End-Demonstratoren für die Positionierung, Navigation und Zeitmessung in der erdnahen Umlaufbahn (LEO-PNT) unterzeichnet. Die Verträge beinhalten den Entwurf und die Entwicklung von Satelliten und Nutzlasten, das Bodensegment, das Testnutzersegment und die Satelliten-Starts, den Betrieb, die Erprobung und die Demonstration der Dienste bei den Endnutzern.

Einer der Verträge für LEO-PNT wird von der GMV Aerospace and Defence S.A.U. geleitet. (ES), als Hauptauftragnehmer für das Gesamtsystem und OHB System AG (DE) als Hauptauftragnehmer und wichtiger Partner für das Raumfahrtsegment. Der andere Vertrag wird von Thales Alenia Space France S.A.S (FR) als Hauptauftragnehmer für das Gesamtsystem und Thales Alenia Space SPA (IT) als Hauptauftragnehmer für das Raumfahrtsegment geführt. An den beiden Konsortien sind mehr als 50 Einrichtungen aus 14 Ländern beteiligt, darunter auch industrielle Akteure mit langjähriger Erfahrung in der Raumfahrt, sowie neue Akteure, die neuartige Ansätze in der Raumfahrt verfolgen – eine Kombination aus Raumfahrtunternehmen, KMUs, die auch Vertreter*innen von Endnutzern einbeziehen.

Der erste LEO-PNT-Satellit soll innerhalb von 20 Monaten nach dem Start in die Umlaufbahn gebracht werden, und die gesamte Konstellation soll bis 2027 in der Umlaufbahn sein.

Die Missionen wurden auf der ESA-Ministerratstagung 2022 im Rahmen des FutureNAV-Programms im ESA-Direktorat für Navigation genehmigt. FutureNAV ermöglicht es der ESA, auf Trends und Bedürfnisse im Bereich der Ortung, Navigation und Zeitmessung zu reagieren, und Europa, auf dem neuesten Stand der Satellitennavigationstechnologie zu halten.

Genesis, ein fliegendes Observatorium zur Messung der Erde bis auf den Millimeter genau
Genesis wird zu einem hochgradig verbesserten Internationalen terrestrischen Referenzrahmen (International Terrestrial Reference Frame; ITRF) der Erde mit einer Genauigkeit von 1 mm und einer Langzeitstabilität von 0,1 mm/Jahr beitragen und ein Koordinatensystem für die strengsten Navigationsanwendungen auf unserem Planeten liefern.

Das ITRF dient als Referenz für alle Weltraum- und bodengestützten Beobachtungen für die Navigation und die Geowissenschaften. Ein aktualisierter ITRF wird unmittelbare Vorteile für Satelliten-basierte Systeme haben und sich auf Galileo-fähige Anwendungen in Bereichen wie Luftfahrt, Verkehrsmanagement, autonome Fahrzeuge, Ortung und Navigation auswirken.

Darüber hinaus wird ein verbessertes ITRF unzähligen anderen Bereichen zugute kommen: Meteorologie, Vorhersage von Naturgefahren, Überwachung der Auswirkungen des Klimawandels, Landbewirtschaftung und Vermessung, Untersuchung von Gravitations- und nicht-Gravitationskräften, um nur ein paar Beispiele zu nennen.

Die extreme Genauigkeit von Genesis wird durch die gemeinsame Lokalisierung der wichtigsten geodätischen (Erd-Mess-) Techniken erreicht: Satellitennavigation, sehr lange Basisinterferometrie, Laser-Reichweite per Satellit und möglicherweise DORIS an Bord eines gut kalibrierten Satelliten zusammengeführt werden, was es ermöglicht, Verzerrungen zu bestimmen und sie für eine überragende Präzision zu korrigieren. Synchronisiert werden die Instrumente durch einen ultra-stabilen Oszillator (USO).

LEO-PNT, ein belastbares Navigationssystem von Systemen
LEO-PNT (Low Earth Orbit Positioning Navigation and Timing) ist eine kleine Konstellation von Demonstrationssatelliten, die in der Nähe der Erde fliegen und die Nutzung neuartiger Signale und Frequenzbänder testen wird, wodurch eine außergewöhnliche Widerstandsfähigkeit, Genauigkeit und Geschwindigkeit in der Navigation erreicht wird, die potenziell eine lange Liste neuer Anwendungen und Dienste ermöglichen wird.

Die Konstellation wird die Vorteile der Zusammenarbeit mit Galileo und anderen globalen Navigationssatellitensystemen in einem mehrschichtigen Ansatz demonstrieren. LEO-PNT wird Signale sicherstellen, die die Robustheit der bestehenden GNSS in der mittleren Erdumlaufbahn verbessern, z.B. gegenüber Naturphänomenen und Interferenzen, und Dienste an Orten bereitstellen, die von den heutigen Satellitennavigationssystemen nicht erreicht werden können, wie z. B. tiefe Stadtgebiete und sogar Innenräume. Diese Mission wird auch die Fähigkeit einer LEO-Navigationskonstellation demonstrieren, um eine Überwachungsfunktion für Galileo- und EGNOS-Signale aus dem Weltraum zu bieten.

Ein weiteres Ziel dieser Mission ist es, die Interoperabilität von PNT mit offenen Kommunikationsstandards, einschließlich 5G/6G, zu demonstrieren und so die Tür zu neuen Anwendungen für Internet der Dinge, Notfalldienste und Daten mit geringer Latenz für Ortung und Zeitmessung zu öffnen.

Die Anwendungen die eine Navigationskonstellation in der erdnahen Umlaufbahn zusammen mit den bestehenden GNSS ermöglichen kann, reichen vom Verkehr, einschließlich Automobilen, autonomen Fahrzeugen, Bahn und maritimer und digitaler Mobilität im Allgemeinen, kritischer Infrastruktur, mobilen Geräten, der Verfolgung von Vermögenswerten oder Innenräumen.

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• Neue Verträge

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Quelle: GFZ 5. Dezember 2023.

5. Dezember 2023 – Neben zwei größeren Erdbeobachtungssatelliten Theos-2 (Thailand) und Triton (Taiwan) konnten auch acht zusätzliche Kleinsatelliten, sogenannte CubeSats erfolgreich in eine polare Umlaufbahn in rund 565 Kilometern Höhe über der Erde gebracht werden.

Das GFZ ist dabei an der Kleinsatellitenmission PRETTY (3U-CubeSat) im Rahmen eines ESA-Projektes als Teil des Wissenschaftsteams zusammen mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR, dem spanischen Weltraum­institut IEEC und der Universität NTNU Trondheim beteiligt. PRETTY ist mit einem speziellen GNSS-Reflektometrie-Empfänger ausgestattet, mit dem Höhen von Wasser- und Eisoberflächen bestimmt werden können. Erstmals soll die Qualität derartiger Messungen von sehr kleinen Satellitenplattformen getestet werden, um zukünftige kostengünstige Mehrsatellitensysteme für die Erdbeobachtung zu ermöglichen.

„Der Satellit wird unter anderem Messungen zur GNSS-Reflektometrie durchführen, die uns dann sehr exakt See-, Gletschereis- und Wellenhöhen anzeigen.«, erläutert Prof. Jens Wickert, der am GFZ Hauptverantwortlicher der Mission ist. Zudem werden die Dosimeter an Bord die Strahlendosis im Weltraum messen. Dies wird der Überwachung des Weltraumwetters dienen.

Die Mission PRETTY wird viele neue Erkenntnisse bringen: Als Demonstrator-Mission angelegt, wird sie zeigen, was diese Art von Klein­satelliten samt ihrer kompakten Sensorik potenziell leisten kann. Der Hauptzweck der Reflektometer-Nutzlast an Bord von PRETTY ist der Nachweis technischer Machbarkeit. Denn diese sogenannten CubeSats − nur ca. 10x10x34,05cm große Satelliten − werden als eine wichtige Zukunftsoption der Erdbeobachtung gehandelt, da sie als kostengünstige Kleinsatelliten GNSS-Technik und andere kleine Sensoren zur Erdbeobachtung an Bord haben können.

Zur GNSS-Reflektometrie
Die Abkürzung GNSS steht für Globales NavigationsSatellitenSystem. Der Begriff GNSS-Reflektometrie (GNSS-R) fasst verschiedene Fernerkundungsmethoden zusammen, bei denen von Wasser-, Eis- oder Landoberflächen reflektierte Signale von Navigationssatelliten aufgezeichnet und ausgewertet werden. Daraus lassen sich wichtige geophysikalische Eigenschaften dieser Oberflächen ableiten, so zum Beispiel die geometrische Höhe, Bodenfeuchte oder auch Rauigkeit, die wiederum Rückschlüsse auf die Windgeschwindigkeit und -richtung über Wasseroberflächen zulässt. Das Spektrum der Anwendungen ist sehr vielfältig und reicht von der Wettervorhersage bis hin zur Klimaforschung.

Auswertung der Daten auch mit Künstlicher Intelligenz (KI)
Die technischen Teilsysteme des Satelliten werden derzeit ausgiebig getestet, wozu die ersten Daten genutzt werden, die von PRETTY empfangen wurden. Die wissenschaftlichen GNSS-Reflektometriemessungen sind in Vorbereitung, erste Experimente werden gegen Ende des Jahres durchgeführt.

Die Auswertung der Daten von Kleinsatelliten ist eine große Herausforderung, da diese Plattformen über begrenzte technische Möglichkeiten im Vergleich zu größeren Satelliten verfügen. Trotzdem sollen geophysikalische Beobachtungen von möglichst hoher Qualität durchgeführt werden. Um die Daten optimal auszuwerten, werden auch Methoden der künstlichen Intelligenz eingesetzt. Dr. Milad Asgarimehr vom GFZ und der TU Berlin ist Teil des PRETTY-Teams und mitverantwortlich für die Entwicklung von KI-Systemen zur Datenauswertung. Er ist auch Leiter des Helmholtz-KI-Projekts „AI4GNSS-R“ zur Entwicklung von neuen AI-Methoden für die GNSS basierte Erdbeobachtung mit der GNSS-Reflektometriemethode und nutzt dabei auch Daten anderer Satelliten, wie denen der U.S. amerikanischen CYGNSS-Mehrsatellitenmission.

AI4GNSS-R zielt auf die Umsetzung von Deep Learning für neuartige Fern­erkundungsdatenprodukte, die auf weltraumgestützten GNSS-R-Messungen basieren. Dazu gehören beispielsweise qualitativ hochwertige Daten zur Windgeschwindigkeit an der Meeresoberfläche, insbesondere bei extremen Windverhältnissen, wie sie bei Hurrikanen herrschen, und auch Niederschlägen über ruhigeren Ozeanen, die ebenfalls mit GNSS-Signalen gemessen werden können.

Weitere technische Details:

• Flug: Flight VV23 – 8 October – Golden Horizon | THEOS-2 & FORMOSAT-7R/TRITON | Vega Launch | Arianespace; Live-Stream vom Start am 9. Oktober 2023 https://www.youtube.com/watch?v=XknbyH6ipxc

• Größe: Der Kleinsatellit PRETTY ist 10 cm × 10 cm × 34,05 cm groß.
   
• Energieversorgung: Die ausklappbaren Solarpanele haben eine Fläche von jeweils 30×20 Zentimetern und versorgen den Satelliten mit einer Leistung von durchschnittlich 24 Watt.
   
• Masse und Umlaufbahn: 4,6 Kilogramm, polare Umlaufbahn mit 565 Kilometer Höhe.
   
• Datenrate: PRETTY kommuniziert mit Datenraten bis 2 Mbit/s; der Betrieb des Satelliten wird mit einer Bodenstation der TU Graz durchgeführt.
   
• Entwickelt wurde PRETTY wird von Beyond Gravity Austria (Konzept und Software System) in Kooperation mit der ESA, Seibersdorf Laboratories (Dosimeter) und der TU Graz (Satellitenbus). GFZ ist Teil eines internationalen wissenschaftlichen Konsortiums (PRETTY-Science) zur Auswertung der GNSS-Reflektometriedaten und vertraglich in das Projekt eingebunden.
   
• Dauer: Die Mission ist auf mindestens ein Jahr ausgelegt. PRETTY wird nach Missionsende auf natürliche Weise wieder in die Erdatmosphäre eindringen und verglühen. Analysen zeigen, dass dies nach spätestens 25 Jahren eintreten wird. Der Satellit entspricht den ESA- und UN-Richtlinien zur Minimierung von Weltraumschrott.

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• Triton + weitere Sats auf Vega (VV23)

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Quelle: Airbus Defence and Space 1. Dezember 2023.

Friedrichshafen, 1. Dezember 2023 – Die Produktion der sechs Galileo-Satelliten der zweiten Generation (G2) am Airbus-Standort in Friedrichshafen hat mit der Ankunft der Struktur des Flugmodells des ersten Satelliten von Beyond Gravity von Zürich begonnen. Nach einer ersten Vorbereitung werden die Panels an andere Airbus-Standorte versandt, bevor sie in Friedrichshafen endgültig integriert und getestet werden. Die Galileo G2-Satelliten sollen in den kommenden Jahren gestartet werden, um die anfängliche Einführung und Validierung des G2-Systems zu unterstützen.

Jean-Marc Nasr, Leiter von Space Systems bei Airbus, sagte: „Nach der erfolgreichen Entwicklungsphase beginnen wir nun mit der Produktion der hochmodernen Galileo-G2-Satelliten. Unsere Teams in Friedrichshafen arbeiten mit Ingenieuren in ganz Europa zusammen, um den anspruchsvollen Zeitplan einzuhalten und diese hochentwickelten Satelliten fertig zu stellen. Diese werden das globale Galileo-System weiter verbessern und noch mehr Möglichkeiten für Dienste auf der Erde eröffnen.“

Um den anspruchsvollen Zeitplan für die Auslieferung aller sechs Satelliten in weniger als zwei Jahren einhalten zu können, hat Airbus ein koordiniertes Produktionsprogramm entwickelt, bei dem das Know-how für die Herstellung, Integration und Prüfung der Satelliten an den Airbus-Standorten Backnang (bei Stuttgart), Friedrichshafen, Madrid, Ottobrunn (bei München) und Toulouse genutzt wird. Die zweite Satellitenstruktur soll Anfang 2024 und die dritte gegen Ende des nächsten Jahres eintreffen. Das modulare Konzept von Airbus für die Herstellung der G2-Satelliten sieht vor, dass jeweils drei Satelliten parallel produziert werden.

Die G2-Satelliten werden mit verbesserten Navigationsantennen ausgestattet sein, die dazu beitragen werden, die Genauigkeit des führenden europäischen globalen Navigationssatellitensystems zu erhöhen. Die Satelliten, die zum ersten Mal mit einem elektrischen Antrieb und stärkeren Navigationsantennen ausgestattet sind, werden auch vollständig digitale Nutzlasten haben, die in der Umlaufbahn leicht umkonfiguriert werden können, so dass sie mit neuen Signalen und Diensten aktiv auf die sich verändernden Bedürfnisse der Nutzer reagieren können.

Javier Benedicto, Direktor für Navigation bei der ESA, sagte: „Dieser neue Meilenstein ist ein Beweis für die Fähigkeiten und den Einsatz der europäischen Industrie und bekräftigt das Engagement der ESA, die Grenzen der Satellitennavigation neu zu definieren. Ich kann es kaum erwarten zu sehen, wie die vielen Teile zusammenkommen, um ein noch leistungsfähigeres Galileo-System ins Leben zu rufen, damit dieses EU-Programm weiterhin den Bürgern Europas und der Welt dienen kann.“

Die mehr als 2 Tonnen schweren Satelliten, die von der Erfahrung von Airbus mit der äußerst zuverlässigen Eurostar-Serie von Telekommunikationssatelliten profitieren, werden außerdem sechs (statt vier) verbesserte Atomuhren sowie Inter-Satelliten-Verbindungen enthalten, die es ihnen ermöglichen, miteinander zu kommunizieren und sich gegenseitig abzugleichen. Dies soll den Nutzern auf der ganzen Welt eine Präzisionspositionierung im Dezimeterbereich ermöglichen. Sie werden mit einer erhöhten Datenrate vom und zum Boden gesteuert werden können und mit fortschrittlichen Schutzmechanismen gegen Störsignale und Spoofing ausgestattet sein, um die Galileo-Signale zu schützen. Die Raumsonden werden 15 Jahre lang in der Umlaufbahn betrieben.

Die Phase der vollen Betriebsfähigkeit des Galileo-Programms wird von der Europäischen Union verwaltet und finanziert. Die Europäische Kommission und die ESA haben eine Vereinbarung unterzeichnet, nach der die ESA im Auftrag der Kommission als Konstruktionsbehörde und Hauptverantwortlicher für die Systementwicklung fungiert. Die in dieser Pressemitteilung geäußerten Ansichten spiegeln in keiner Weise die Meinung der Europäischen Union und/oder der ESA wider. „Galileo“ ist als Marke in der Datenbank des Amtes der Europäischen Union für geistiges Eigentum eingetragen (Nr. 002742237).

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• Galileo SNS II

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Quelle: Forschungszentrum Jülich 10. August 2023.

10. August 2023 – Erste Messdaten werden Ende des Jahres erwartet. Mit ihrer Hilfe sollen unter anderem neue Erkenntnisse zum Klimawandel gewonnen werden.

ARCADE ist ein Mikrosatellit mit einem Volumen von etwa 27 Litern. Er trägt als wissenschaftliche Hauptnutzlast ein Fernerkundungsgerät aus Jülich, das mit einem neuartigen Spatial Heterodyne Interferometer (SHI) ausgestattet ist. Dabei handelt es sich um eine gemeinsame Entwicklung des Jülicher Instituts für Stratosphäre sowie des Instituts für Systeme der Elektronik, in die zahlreiche Student:innen des Instituts für Atmosphären- und Umweltforschung der Bergischen Universität Wuppertal eingebunden waren. Projektleiter ist Dr. Martin Kaufmann vom Institut für Stratosphäre. Das Instrument ermöglicht es, die mittlere und obere Atmosphäre (Mesosphäre und untere Thermosphäre) zu erforschen. Die gewonnenen Daten spielen eine entscheidende Rolle bei der Bereitstellung wertvoller Temperaturinformationen, die zu genaueren Erkenntnissen über die Dynamik der äquatorialen Breiten führen.

In Kombination mit den Daten der Compact Ionosphere Probe (CIP), einem von der National Central University in Taiwan entwickelten Gerät, werden diese Messungen Aufschluss über die Einwirkung der unteren Atmosphäre auf die Ionosphäre geben und wertvolle Informationen über Strukturen in der äquatorialen Ionosphäre liefern. Diese Erkenntnisse liefern einen wichtigen wissenschaftliche Beitrag, um die Auswirkungen des Klimawandels in dieser Region besser vorherzusagen und die Zuverlässigkeit von Satellitenkommunikationssystemen sowie die Genauigkeit von GNSS-Diensten für die Navigation verbessern zu können.

Das SHI-Projekt erhielt fachliche Unterstützung von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) und wurde auch vom Europäischen Metrologie-Programm für Innovation und Forschung gefördert. Die Entwicklung von ARCADE erfolgte am Satellite Research Centre an der Nanyang Technological University (NTU) in Singapur als wichtiger Bestandteil des International Satellite Program in Research and Education (INSPIRE). Neben der NTU sind auch Institutionen aus Deutschland, Taiwan, Indien und den USA an dieser faszinierenden Mission beteiligt.

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• CubeSats

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Quellen: RIA Nowosti, TASS, Verteidigungsministerium.

Moskau/Plessezk, 7. August 2023 – Russland hat am Montag den ersten militärischen Navigationssatelliten einer neuen Generation gestartet. Glonass-K2 Nummer 13L stieg um 15:20 Uhr deutscher Zeit an der Spitze einer Sojus-2.1b-Trägerrakete vom Kosmodrom Plessezk im Gebiet Archangelsk auf, teilte das Verteidigungsministerium in Moskau mit.

Nach Angaben von Glonass-Generalkonstrukteur Sergej Karutin gewährleisten die neuen Satelliten eine Navigationsgenauigkeit von weniger als 30 Zentimetern.

Es war dies der 3. Start von Plessezk und der insgesamt 10. für Russland in diesem Jahr.

Gerhard Kowalski

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• Russische Trägerstarts

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Quelle: Thales (20. Juli 2023) via Business Wire (21. Juli 2023).

Paris, 20. Juli 2023 – Zusammen haben die Verträge einen Gesamtwert von mehr als 60 Millionen Euro (ohne Optionen) und untermauern die Schlüsselrolle des Unternehmens für die Cybersicherheit der zweiten Generation des GALILEO-Programms, um besser auf heutige und zukünftige Bedrohungen kritischer Satellitensysteme reagieren zu können. Thales wird für alle Sicherheits- und Resilienzkomponenten von G2G verantwortlich sein: Architektur, Sicherheitsausrüstung und Schutz vor Cyberangriffen durch Erkennung und Bekämpfung.

Am 17. Mai 2023 erhielt Thales den Zuschlag für die Sicherheitsüberwachung der G2G-Systeminfrastruktur.

Die Vergabe folgt auf den Auftrag über die Spezifikation und den Entwurf der Cybersicherheit für das Galileo-System der zweiten Generation (G2G System Engineering and Technical Assistance for Security and PRS2), der am 17. April 2023 bestätigt wurde. Die Lösung wird die Performance des Galileo-Systems der zweiten Generation durch die Einführung neuer Dienste, verstärkte Ausfallsicherheit, und eine robustere Sicherheit für den PRS-Navigationsdienst für staatliche Nutzer erheblich verbessern.

Als wichtiger Partner der ESA, der die Sicherheit des GALILEO-Systems gewährleistet, und als europäischer Marktführer im Segment der Cybersicherheit arbeitet Thales seit mehr als 20 Jahren mit der ESA zusammen, um zur Sicherheit des GALILEO-Programms beizutragen – dem größten europäischen Satellitenprogramm, das hoheitliche und kritische Navigationsdienste bereitstellt.

Europas größtes Programm zur Überwachung der Sicherheit von Satellitensystemen
Im Rahmen von G2G IOV SECMON leitet Thales das Konsortium, zu dem auch der italienische Konzern Leonardo gehört, um den Umfang der Sicherheitsüberwachung zu erweitern und die neuen Assets in das G2G-System zu integrieren. Außerdem wird Thales eine automatisierte Reaktion auf Vorfälle sowie eine Überwachung des Netzwerkverkehrs einführen.. Um diese Herausforderung zu bewältigen, wird Thales eine Lösung auf der Grundlage einer skalierbaren, flexiblen Architektur bereitstellen, die auf der Cybels-Produktreihe für die Sicherheitsüberwachung aufbaut und Big-Data-Funktionen integriert.

Ein Cybersicherheits-Auftrag für verbesserten Schutz vor Quantenbedrohungen
Quantencomputer, die dazu in der Lage sind, bestehende kryptografische Algorithmen zu knacken, stellen eine neue Bedrohung für die langfristige Datensicherheit dar. Thales wurde über das von ihm geleitete Konsortium von der ESA beauftragt, seine weltweit anerkannte Expertise im Bereich der Kryptographie zu nutzen, um eine neue Generation von Post-Quantum-Verschlüsselungslösungen zu spezifizieren.

Im Rahmen des Vertrags „G2G System Engineering and Technical Assistance for security and PRS“ wird Thales die Cybersicherheit für das G2G-System spezifizieren – unter Berücksichtigung von neuen Bedrohungen für Raumfahrtsysteme, Anforderungen an die Sicherheitswartung sowie Verbesserungen des PRS-Dienstes für staatliche Nutzer – und die Zertifizierung des Systems vorbereiten. Zu den größten Herausforderungen gehört der reibungslose Übergang von G1G zu G2G und die Beibehaltung der bisherigen Sicherheit und Performance des G1G-System für die Mitgliedstaaten.

„Thales dankt der ESA für ihr anhaltendes Vertrauen in die Expertise des Thales Konzerns in den Bereichen Raumfahrtsysteme und Cybersicherheit für kritische Systeme. Diese Aufträge zur Gewährleistung der Sicherheit für die zweite Galileo-Generation werden Europa ein robusteres System mit verbessertem Schutz vor Quantenbedrohungen verschaffen, die eine bedeutende Herausforderung für die Raumfahrtindustrie in den kommenden Jahrzehnten darstellen. Darüber hinaus werden sie die einzigartige Big-Data-Expertise von Thales nutzen, um eine effektivere Sicherheitsüberwachung des weltweit führenden Satellitenpositionierungssystems bereitzustellen“, kommentiert Pierre-Yves Jolivet, Vice President Cyber Solutions, Thales.

Vor dem Hintergrund geopolitischer Spannungen hat das Thema Cybersicherheit von Satellitensystemen für Satellitenbetreiber und Raumfahrtagenturen an Bedeutung gewonnen. Heute befinden sich bereits Tausende von Satelliten im Orbit. Da sich die Einsatzmöglichkeiten vervielfachen – vom IoT bis hin zu Anwendungen im Verteidigungsbereich –, werden in den kommenden zehn Jahren laut Schätzungen etwa 10.000 weitere Satelliten hinzukommen.

Durch die Unterzeichnung dieser beiden Verträge wird das Know-how von Thales auf dem Gebiet der skalierbaren und flexiblen Architekturen und Sicherheitskomponenten sowie des Schutzes vor Cyberangriffen dazu beitragen, die Fähigkeiten des G2G-Programms zur Erkennung und Reaktion auf neue Cyberbedrohungen zu verbessern.

Parallel dazu hat Thales Alenia Space zusammen mit seinem europäischen Konsortium wichtige Aufträge über die Entwicklung und Konstruktion des G2G Ground Mission Segment und die Durchführung von Systementwicklungsaktivitäten erhalten. Zudem stellt das Unternehmen sechs der zwölf Satelliten der Konstellation bereit.

Cybersicherheit bei Thales
Als weltweiter Marktführer im Bereich der Cybersicherheit ist Thales auf jeder Ebene der Cyber-Wertschöpfungskette tätig und bietet Lösungen an, die von der Risikobewertung bis hin zum Schutz kritischer Infrastrukturen reichen und durch umfangreiche Fähigkeiten zur Erkennung und Bekämpfung von Bedrohungen unterstützt werden. Das Angebot des Unternehmens umfasst drei Produkt- und Dienstleistungsfamilien im Bereich der Cybersicherheit, die im Jahr 2022 einen Umsatz von 1,5 Milliarden Euro erzielten:

1. Globale Sicherheitsprodukte rund um die CipherTrust Data Security Platform, die SafeNet Trusted Access Identity & Access Management as a Service-Lösung sowie die breiteren Cloud-Schutz- und Lizenzierungsangebote
2. Staatliche Schutzlösungen wie Verschlüsselungsgeräte und Sensoren zum Schutz kritischer Informationssysteme
3. Cybels-Lösungsportfolio, ein breites Spektrum an Cybersicherheits-Dienstleistungen wie Risikobewertung, Schulung und Simulation sowie Erkennung und Bekämpfung von Cyberangriffen

Thales bringt mehr als 40 Jahre Erfahrung in der Cybersicherheit und der Raumfahrt mit und verfolgt bei den Produkten, die es für Satellitenbetreiber und Raumfahrtorganisationen entwickelt, die Grundsätze der „Cybersicherheit durch Design“. Mit mehr als 4.000 Cybersicherheitsspezialisten trägt Thales dazu bei, die Sicherheit von Satellitensystemen für nationale und europäische Raumfahrtprogramme – insbesondere das europäische Satellitennavigationsprogramm Galileo – und auf internationaler Ebene zu gewährleisten. Mit seinem vereinten Know-how bei hochmodernen Satellitensystemen und Cybersicherheitslösungen, die modernste Militärtechnologien verwenden, bietet Thales Regierungen, Institutionen und Unternehmenskunden ein umfangreiches Spektrum an Cybersicherheitslösungen für einen zuverlässigen Schutz sämtlicher Komponenten eines Raumfahrtsystems. Im April 2023 präsentierte Thales auf der CYSAT sein Know-how im Bereich der offensiven Sicherheit, indem es die Steuerung eines ESA-Demonstrationssatelliten übernahm, um heutige und zukünftige Bedrohungen zu antizipieren und auf sie zu reagieren.

Über Galileo
Galileo ist das europäische globale Satellitennavigationssystem (GNSS). Die ersten Galileo-Dienste, die seit dem 15. Dezember 2016 in Betrieb sind, sind vollständig interoperabel mit GPS und bieten den Nutzern ein erweitertes Leistungs- und Serviceangebot sowie eine wesentlich präzisere Positionsbestimmung. Alle im europäischen Binnenmarkt angebotenen Smartphones sind nun garantiert Galileo-fähig. Darüber hinaus leistet Galileo einen wichtigen Beitrag in den Bereichen Schienen- und Seeverkehr, Landwirtschaft, Finanzdienstleistungen und Rettungsdienste. Im Gegensatz zu den Satellitennavigationssystemen GPS (USA), GLONASS (Russland) und Beidou (China), die von den jeweiligen Streitkräften betrieben werden, steht Galileo als einziges GNSS-System der Welt unter ziviler Kontrolle.

Nach derzeitiger Planung soll Galileo eine Konstellation aus 38 Satelliten der ersten Generation, Sendestationen für die Satellitensteuerung und Telemetrie, Sendestationen für Missionsdaten, zwei Security-Management-Zentren (in Saint-Germain-en-Laye und Madrid), zwei Systemsteuerungszentren (Oberpfaffenhofen und Fucino) und 16 Bodenstationen zur Bahnsteuerung und Zeitsynchronisation umfassen.

Galileo Second Generation wurde für eine hohe Flexibilität ausgelegt und kann an die künftigen Bedürfnisse der Nutzer in den kommenden Jahrzehnten angepasst werden. Das System wird auch robust genug sein, um den Herausforderungen einer kontinuierlich evolvierenden Welt zu begegnen – insbesondere im Hinblick auf Bedrohungen durch Störsender und Cyberkriminalität. Mit unübertroffener Präzision und zusätzlichen Authentifizierungsmöglichkeiten wird Galileo das modernste GNSS-System der Welt sein.

Über Thales
Thales (Euronext Paris: HO) ist ein weltweit führendes Unternehmen für richtungweisende Technologien in drei Bereichen: Verteidigung und Sicherheit, Luft- und Raumfahrt sowie digitale Identität und Sicherheit. Thales entwickelt Produkte und Lösungen, die dazu beitragen, die Welt sicherer, grüner und integrativer zu machen.

Die Gruppe investiert fast 4 Milliarden Euro pro Jahr in Forschung und Entwicklung, vor allem in Schlüsselbereiche wie Quantentechnologien, Edge Computing, 6G und Cybersicherheit.

Thales beschäftigt 77.000 Mitarbeiter in 68 Ländern. Im Jahr 2022 erzielte die Unternehmensgruppe einen Umsatz von 17,6 Milliarden Euro.

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• Galileo SNS II

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Quelle: Inmarsat (26. Mai 2023) via Business Wire (27. Mai 2023).

London –(BUSINESS WIRE)– Alle wichtigen Industriezweige in Australien und Neuseeland, vom Transport- und Baugewerbe bis hin zur Rohstoffindustrie und Landwirtschaft, werden von den Vorteilen des neuen Satellitendienstes des Southern Positioning Augmentation Network (SouthPAN) profitieren.

Mit der Unterzeichnung eines Vertrags mit Inmarsat Australia für den neuen Dienst auf einem der drei neuen I-8-Satelliten von Inmarsat sind die SouthPAN-Partner Geoscience Australia und Toitū Te Whenua Land Information New Zealand der Weltklasse-Satellitenpositionierung für die südliche Hemisphäre einen Schritt näher gekommen.

SouthPAN bietet genaue, zuverlässige und sofortige Ortungsdienste in allen Land- und Seegebieten Australiens und Neuseelands, ohne dass eine Mobilfunk- oder Internetabdeckung erforderlich ist. Die Positionierungsgenauigkeit wird auf bis zu 10 Zentimeter verbessert. Die Early Open Services sind seit September 2022 verfügbar.

Die Signale werden ab 2027 über den Satelliten Inmarsat-8 ausgestrahlt, der den asiatisch-pazifischen Raum abdecken wird. Die Satelliten werden für Redundanz und Ausfallsicherheit im SouthPAN sorgen, um die kontinuierliche Übertragung von Signalen zu gewährleisten und die Entwicklung und Nutzung kritischer Anwendungen zu ermöglichen, die auf die hochpräzise Positionierung angewiesen sind. Ein zusätzlicher Satellitendienst wird ebenfalls beschafft werden.

Diese Satelliten werden auch ein wichtiger Bestandteil eines für 2028 geplanten, für die Sicherheit von Menschenleben zertifizierten SouthPAN für die Luftfahrt und andere Anwendungen sein. Diese Dienste werden von Endnutzern in Anspruch genommen, die mit Operationen beschäftigt sind, bei denen Leben in Gefahr sein könnten, wie z. B. bei der Landung eines Flugzeugs.

Todd McDonell, Präsident von Inmarsat Global Government, sagte: „SouthPAN stellt ein außergewöhnliches Potenzial für die Region dar. Es kann Leben retten, indem es eine präzise Sicherheitsverfolgung ermöglicht, Landwirten helfen, ihre Produktivität durch die automatische Verfolgung von Geräten zu verbessern, oder sogar die Transportmanagementsysteme der Zukunft unterstützen. Wir können auf eine lange Geschichte bei der Bereitstellung von Diensten für Regierungen in den wichtigsten Momenten zurückblicken, und wir freuen uns, dass unsere Inmarsat-8-Satelliten dieses Erbe bis weit in die 2040er Jahre hinein fortsetzen werden.”

Über Inmarsat
Inmarsat stellt weltweit führende, innovative, fortschrittliche und außerordentlich zuverlässige globale mobile Kommunikationsdienste zur Verfügung, die in der Luft, auf See und an Land genutzt werden können. Damit lässt sich eine neue Generation kommerzieller, staatlicher und unternehmenskritischer Dienste realisieren. Inmarsat treibt die Digitalisierung der Schifffahrtsindustrie voran und macht so die Betriebsabläufe effizienter und sicherer als je zuvor. Damit läutet das Unternehmen für die Luftfahrt eine neue Ära der Fluggast-Bordservices ein und sorgt dafür, dass Flugzeuge mit einem Maximum an Effizienz und Sicherheit fliegen können. Darüber hinaus ermöglicht Inmarsat die zügige Ausbreitung des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT) und die nächste Welle weltverändernder Technologien, die die vernetzte Gesellschaft unterstützen und zum Aufbau einer nachhaltigen Zukunft beitragen werden. Gegenwärtig entwickelt Inmarsat das erste multidimensionale Kommunikationsnetz der Zukunft, ORCHESTRA.

Im November 2021 kündigten Inmarsat und Viasat den geplanten Zusammenschluss der beiden Unternehmen an, um einen neuen Marktführer auf dem Gebiet der globalen Kommunikation zu schaffen.

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• Inmarsat

Der Beitrag Australien und Neuseeland unterzeichnen Vertrag im Wert von 187,4 Millionen US-Dollar mit Inmarsat für neuen SouthPAN Satellitendienst erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Inmarsat (19. Mai 2023) via Business Wire (20. Mai 2023).

Lausanne, Schweiz –(BUSINESS WIRE)– Inmarsat, ein weltweit führender Anbieter von globalen, mobilen Satellitenkommunikationsdiensten, kündigte jetzt an, dass SWISSto12, einer der am schnellsten wachsenden Dienstleister in der europäischen Luft- und Raumfahrt, seine neue achte Satellitengeneration entwickeln wird. Die drei I-8-Satelliten erhöhen die Ausfallsicherheit des Netzes und sichern die Zukunft der weltweiten L-Band-Sicherheitsdienste von Inmarsat.

SWISSto12 mit Sitz in der Schweiz wird seine Satellitenplattform HummingSat in Verbindung mit einzigartigen 3D-Drucktechnologien und spezialisierten Hochfrequenz- und Nutzlastprodukten für die Entwicklung und Herstellung der geostationären Satelliten nutzen, die bis 2026 starten sollen.

Mit einem Volumen von gerade einmal 1,5 Kubikmetern wird für die I-8-Satelliten die innovative neue Klasse der SWISSto12-Satelliten zum Einsatz kommen. Obwohl ihr Formfaktor nur einem Fünftel des Volumens herkömmlicher geostationärer Satelliten entspricht, lassen sich mit ihnen dennoch kritische Sicherheitsdienste zuverlässig bereitstellen.

Die drei L-8-Satelliten werden weiterhin die zusätzliche Resilienzebene für die bestehende Konstellation und die beiden Inmarsat-Satelliten der Generation I-6 bilden, die im Dezember 2021 und im Februar 2023 gestartet wurden. Im März 2023 teilte Inmarsat mit, dass der erste Satellit (I-6 F1) die Tests mit Bodenstationen in Westaustralien erfolgreich absolviert hat und inzwischen Ka-Band-Dienste für die schnell wachsende Region Asien-Pazifik anbietet. Das Unternehmen wird im Laufe des Jahres 2023 mit der Inbetriebnahme seiner Kapazitäten im L-Band und der Bereitstellung von Diensten für den Wechsel zum neuen Satelliten beginnen.

Der zweite Satellit (I-6 F2), der im Februar 2023 gestartet wurde, wird voraussichtlich Anfang 2024 seinen Betrieb über Europa, Afrika und weiten Teilen von Gesamtamerika aufnehmen.

Jeder I-8-Satellit wird zugleich die Geschichte von Inmarsat beim Start und Betrieb von Funknavigationstranspondern für Regierungen und internationale Raumfahrtbehörden fortschreiben. Mit diesen Transpondern können Dienste von satellitenbasierten Ergänzungssystemen (Satellite-Based Augmentation Systems, SBAS) auf der ganzen Welt bereitgestellt werden, die beispielsweise von Fluglotsen oder der Küstenwache genutzt werden können. Bei SBAS werden Satellitenverbindungen, landgestützte Infrastrukturen und Software eingesetzt, um die Standardgenauigkeit von GPS/Galileo von 5 bis 10 Metern auf bis zu 10 cm zu erhöhen.

Eine so präzise Ortung könnte eine punktgenaue Sicherheitsnavigation bei Flugzeugen ermöglichen oder Rettungsdiensten dabei helfen, in Seenot geratene Schiffe schneller zu erreichen. Denkbar wären auch eine Fülle industrieller Innovationen wie die Geräteverfolgung in der Landwirtschaft oder der Aufbau fortschrittlicher, automatisierter Transportmanagementsysteme.

Die I-8-Satelliten werden die weltumspannenden Inmarsat-Sicherheitsdienste bis in die 2040er Jahre hinein gewährleisten. Das Unternehmen wurde 1979 unter der Schirmherrschaft der Vereinten Nationen speziell für die Bereitstellung von hoch zuverlässigen Sicherheits-Kommunikationsdiensten gegründet. Heute verlassen sich rund 1,6 Millionen Seeleute und über 200 Fluggesellschaften auf das globale L-Band-Netzwerk von Inmarsat, das Tag für Tag eine Verfügbarkeit von 99,9 % bietet.

Das Inmarsat-8-Programm ist Bestandteil der vollständig finanzierten Technologie-Roadmap von Inmarsat, nach der bis 2025 fünf neue Satellitennutzlasten zum Ausbau des Inmarsat-Hochgeschwindigkeits-Breitbandnetzes Global Xpress (GX) vorgesehen sind. Der Start der softwaredefinierten Satelliten GX 7, 8 und 9 ist für 2025 geplant, während die Satelliten GX10a und b voraussichtlich ab dem ersten Halbjahr 2024 die Polargebiete abdecken werden.

Peter Hadinger, Chief Technology Officer von Inmarsat, sagte: “Jeden Tag verlassen sich Menschen rund um den Globus auf die Dienste von Inmarsat. Unsere Kunden müssen anspruchsvolle und nicht selten sicherheitskritische Missionen bewältigen und setzen dabei auf unsere Satellitentechnologie für Verbindungen, die den entscheidenden Unterschied machen können. Die I-8-Satelliten werden nicht nur unsere bestehenden Fähigkeiten für die Zukunft stärken, sondern auch immer fortschrittlichere Sicherheitsinnovationen wie SBAS ermöglichen, was letztlich dazu beitragen kann, mehr Menschenleben zu retten. Wir haben uns für SWISSto12 entschieden, weil dieses Unternehmen über die bahnbrechende Technologie verfügt, mit der dieses Vorhaben realisiert werden kann.”

Emile de Rijk, CEO von SWISSto12, sagte: “Wir freuen uns sehr, dass sich Inmarsat für SWISSto12 als Partner für sein richtungsweisendes I-8-Programm entschieden hat. Dies zeigt, dass wir mit HummingSat eine hochmoderne neue Klasse von kleinen geostationären Satelliten mit Konnektivitätsfunktionen geschaffen haben, die in der Welt führend sind, aber nur einen Bruchteil der Kosten verursachen. Unsere proprietäre 3D-Drucktechnologie für Hochfrequenz-Nutzlasten versetzt uns in die Lage, die Grenzen bestehender Kapazitäten zu erweitern und sowohl neue als auch bestehende Geschäftsmodelle für die geostationäre Satellitenkommunikation zu bedienen. Dies ist ein wichtiger Schritt auf unserem Weg, alle Winkel der Welt besser miteinander zu vernetzen und die Kommunikation zwischen ihnen besser zu schützen.”

Über Inmarsat
Inmarsat stellt weltweit führende, innovative, fortschrittliche und außerordentlich zuverlässige globale mobile Kommunikationsdienste zur Verfügung, die in der Luft, auf See und an Land genutzt werden können. Damit lässt sich eine neue Generation kommerzieller, staatlicher und unternehmenskritischer Dienste realisieren. Inmarsat treibt die Digitalisierung der Schifffahrtsindustrie voran und macht so die Betriebsabläufe effizienter und sicherer als je zuvor. Damit läutet das Unternehmen für die Luftfahrt eine neue Ära der Fluggast-Bordservices ein und sorgt dafür, dass Flugzeuge mit einem Maximum an Effizienz und Sicherheit fliegen können. Darüber hinaus ermöglicht Inmarsat ie zügige Ausbreitung des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT) und die nächste Welle weltverändernder Technologien, die die vernetzte Gesellschaft unterstützen und zum Aufbau einer nachhaltigen Zukunft beitragen werden. Gegenwärtig entwickelt Inmarsat das erste multidimensionale Kommunikationsnetz der Zukunft, ORCHESTRA.
Im November 2021 kündigten Inmarsat und Viasat den geplanten Zusammenschluss der beiden Unternehmen an, um einen neuen Marktführer auf dem Gebiet der globalen Kommunikation zu schaffen.

Über SWISSto12
SWISSto12 ist ein führender Hersteller von fortschrittlichen Satellitennutzlasten und -systemen, darunter der HummingSat, ein kleiner, aber leistungsstarker geostationärer Telekommunikationssatellit, der in Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation (European Space Agency, ESA) im Rahmen ihres öffentlich-privaten Partnerschaftsprogramms entwickelt wurde. Der erste kommerzielle HummingSat-Kunde wurde im November 2022 gemeldet. Die Satelliten und Nutzlasten des Unternehmens profitieren von einzigartigen und patentierten 3D-Drucktechnologien und zugehörigen Designs von Hochfrequenzprodukten (HF-Produkten), die leichte, kompakte, hochleistungsfähige und wettbewerbsfähige HF-Funktionen bieten. Neben seinem Raumfahrtportfolio ist das Unternehmen auch in den Bereichen Telekommunikation, Überwachung und Radaranwendungen für die Luftfahrtindustrie tätig. SWISSto12 hat sich in Europa, den USA und Israel wirtschaftlich erfolgreich entwickelt und gehört heute zu den am schnellsten wachsenden Luft- und Raumfahrtunternehmen in Europa. SWISSto12 ging 2011 als Spin-off aus der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, EPFL) hervor, befindet sich in Privatbesitz und wird von prominenten schweizerischen und europäischen Investoren unterstützt.

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• Inmarsat

Der Beitrag Inmarsat wählt den HummingSat von SWISSto12 als technologische Basis für sein I-8-Satelliten-Netzwerk im L-Band erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: GFZ, 18. April 2023.

Forschende um Artem Smirnov und Yuri Shprits vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ haben im Fachmagazin Nature Scientific Reports ein neues Modell der Ionosphäre vorgestellt, entwickelt auf Basis Neuronaler Netze und Satellitenmessdaten aus 19 Jahren. Es kann insbesondere den oberen, elektronenreichen Teil der Ionosphäre deutlich präziser als bisher rekonstruieren. Damit ist es auch eine wichtige Basis für Fortschritte in der Ionosphärenforschung, mit Anwendungen etwa bei Studien zur Ausbreitung elektromagnetischer Wellen oder für die Analyse bestimmter Weltraumwetter-Ereignisse.

Hintergrund: Bedeutung und Komplexität der Ionosphäre
Die Ionosphäre der Erde ist der Bereich der oberen Atmosphäre, der sich von etwa 60 bis 1000 Kilometer Höhe erstreckt. Hier dominieren, hervorgerufen durch die Strahlungsaktivität der Sonne, geladene Teilchen wie Elektronen und positive Ionen – daher auch der Name. Die Ionosphäre ist für etliche wissenschaftliche aber auch industrielle Anwendungen wichtig, weil die geladenen Teilchen die Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen wie Funksignalen beeinflussen. So ist die sogenannte ionosphärische Laufzeitverzögerung von Funksignalen eine der wichtigsten Störquellen für die Satellitennavigation. Diese ist proportional zur Elektronendichte im durchlaufenen Raum. Daher kann eine gute Kenntnis der Elektronendichte bei der Korrektur der Signale helfen. Insbesondere ist der obere Bereich der Ionospähre, oberhalb von 600 Kilometern, von Interesse, da in dieser sogenannten Topside-Ionosphäre 80 Prozent der Elektronen versammelt sind.

Das Problem: Die Elektronendichte variiert stark – abhängig von der Länge und Breite über der Erde, der Tages- und Jahreszeit und der Sonnenaktivität. Das erschwert ihre Rekonstruktion und Vorhersage, die Basis zum Beispiel für die Korrektur von Funksignalen.

Bisherige Modelle
Zur Modellierung der Elektronendichte in der Ionosphäre gibt es verschiedene Ansätze, unter anderem das Internationale Referenz-Ionosphärenmodell IRI, das seit 2014 anerkannt ist. Es ist ein empirisches Modell, bei dem auf Grundlage der statistischen Analyse von Beobachtungen eine Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangsvariablen hergestellt wird. Allerdings hat es im wichtigen Bereich der Topside-Ionosphäre noch Schwächen, weil die Datenabdeckung für diese Region limitiert war.

Seit kurzem stehen jedoch auch für diesen Bereich große Datenmengen zur Verfügung. Daher bieten sich Ansätze des Maschinellen Lernens (ML) an, um hieraus Gesetzmäßigkeiten abzuleiten, insbesondere für komplexe nicht-lineare Zusammenhänge.

Neuer Ansatz mittels Maschinellem Lernen und Neuronalen Netzen
Ein Team des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ um Artem Smirnov, Doktorand und Erstautor der Studie, und Yuri Shprits, Leiter der Sektion „Weltraumphysik und Weltraumwetter“, hat einen neuen ML-basierten empirischen Ansatz verfolgt. Hierfür nutzten sie Daten von Satellitenmissionen aus 19 Jahren, insbesondere CHAMP, GRACE und GRACE-FO, die maßgeblich vom GFZ mitbetrieben wurden und werden, und COSMIC. Die Satelliten haben – unter anderem – die Elektronendichte in verschiedenen Höhenbereichen der Ionosphäre vermessen und decken verschiedene Jahres- und Ortszeiten sowie Sonnenzyklen ab.

Mithilfe von Neuronalen Netzen haben die Forschenden hieraus dann ein Modell für die Elektronendichte der Topside-Ionosphäre entwickelt, das sie NET-Modell nennen. Dabei wandten sie die sogenannte MLP-Methode (Multi-Layer Perceptrons) an, bei der die Eingangsdaten in verschiedenen Schritten optimiert gewichtet werden.

Anschließend haben die Forschenden das Modell dann mit unabhängigen Messungen von drei anderen Satellitenmissionen getestet.

Bewertung des neuen Modells
„Unser Model stimmt in bemerkenswerter Weise mit den Messungen überein: Es kann die Elektronendichte in allen Höhenbereichen der Topside-Ionosphäre, in allen Bereichen um die Erde, zu allen Jahres- und Tageszeiten und verschiedenen Leveln der Sonnenaktivität sehr gut rekonstruieren und es übertrifft das Internationale Referenz-Ionosphärenmodell IRI signifikant an Genauigkeit. Darüber hinaus deckt es den Raum kontinuierlich ab“, resümiert Artem Smirnov.

Yuri Shprits ergänzt: „Diese Studie stellt einen Paradigmenwechsel in der Ionosphärenforschung dar, denn sie zeigt, dass ionosphärische Dichten mit sehr hoher Genauigkeit rekonstruiert werden können. Das NET-Modell bildet die Auswirkungen zahlreicher physikalischer Prozesse ab, die die Dynamik der Topside-Ionosphäre bestimmen, und kann in der Ionosphärenforschung breite Anwendung finden.“

Mögliche Anwendungen in der Ionosphärenforschung
Mögliche Anwendungen dort sehen die Forschenden zum Beispiel in Studien zur Wellenausbreitung, zur Kalibrierung neuer Elektronendichte-Datensätze mit oft unbekannten Baseline-Offsets, für tomographische Rekonstruktionen in Form eines Hintergrundmodells sowie zur Analyse spezifischer Weltraumwetterereignisse und zur Durchführung langfristiger Ionosphären-Rekonstruktionen. Darüber hinaus kann das entwickelte Modell mit plasmasphärischen Höhen verbunden werden und somit eine neue Topside-Option für das IRI darstellen.

Der entwickelte Rahmen ermöglicht die nahtlose Einbindung neuer Daten und neuer Datenquellen. Das Umlernen des Modells, also das Trainieren an den neuen Daten, kann auf einem Standard-PC erfolgen und regelmäßig durchgeführt werden. Insgesamt stellt das NET-Modell eine erhebliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Methoden dar und verdeutlicht das Potenzial von Modellen auf Basis Neuronaler Netze für eine genauere Darstellung der Ionosphäre für Kommunikations- und Navigationssysteme, die auf GNSS angewiesen sind.

Originalstudie:
Smirnov, A., Shprits, Y., Prol, F. et al. A novel neural network model of Earth’s topside ionosphere. Scientific Reports 13, 1303 (2023).
DOI: 10.1038/s41598-023-28034-z 

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• Planet Erde

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