Quelle: Europäische Kommission 9. Oktober 2023.

9. Oktober 2023 – Bei den drei Missionen werden mit sechs Satelliten und neun Experimenten Technologien dank einer Vielzahl von Anwendungen erprobt werden können, auf die im Folgenden näher eingegangen wird.

Mit dem IOD/IOV-Programm der Europäischen Union können Experimente in der Umlaufbahn durchgeführt werden und für wissenschaftliche, gemeinnützige oder kommerzielle Zwecke im Weltraum (Validierung in realer Umgebung) erprobt werden. Die Erprobung in der Umlaufbahn ist der letzte Schritt, der zu durchlaufen ist, bevor die Technologien auf den Markt gebracht werden können. Die Europäische Union nutzt die IOD/IOV-Missionen dafür, die Lücke zwischen der Entwicklung einer Technologie und ihrer Vermarktung zu schließen und wird dabei von der Europäischen Weltraumorganisation unterstützt. Sie bieten eine hervorragende Möglichkeit, die europäische Weltraumindustrie durch Innovationen wettbewerbsfähiger zu machen und die wissenschaftliche Exzellenz in Europa voranzubringen.

Im Rahmen der CubeSat-Missionen SYNDEO-1 und SYNDEO-2 werden sieben IOD/IOV-Experimente gebündelt. Die ESTCube-2-Mission und die ANSER-Mission werden dagegen mithilfe einsatzbereiter Satelliten für die Demonstration im Orbit durchgeführt werden.

Insgesamt werden im Rahmen dieses Vega-Flugs Teilnehmer aus sechs europäischen Ländern IOD/IOV-Dienste nutzen können.

1. SYNDEO-1 und SYNDEO-2: Die EU organisiert erstmals im Rahmen von „Horizont 2020“ gebündelt sieben Experimente zu verschiedenen einschlägigen Themen wie Weltraumwissenschaft, Technologie, Antrieb und Weltraumverkehrsmanagement. Die Missionen werden vom niederländischen Unternehmen ISISpace durchgeführt; die Nutzlasten wurden von Universitäten und KMU aus Belgien, Spanien, Frankreich und Tschechien hergestellt.
2. ESTCube-2: Diese Mission wurde von einer Gruppe von Studierenden der Weltraumwissenschaften an der Universität Tartu (Estland) entwickelt: Der 3U-CubeSat dient zur Demonstration der Plasmabremstechnologie für die Entfernung von Satelliten aus der Umlaufbahn und als Plattform für im fernen Weltraum bei künftigen Missionen eingesetzte Minisatelliten, die mit einem elektrischen Sonnensegel betrieben werden.
3. ANSER: Vom spanischen Institut INTA (Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial) entwickelte Mission, um die Qualität der Wasserreserven der Iberischen Halbinsel mit spektrometrischen Techniken zu untersuchen und zu überwachen. Dabei wird ein Cluster von 3X3U Cube-Sats in einer Formation in die erdnahe Umlaufbahn gebracht werden.

Das gesamte Raumfahrt-Ökosystem wird letztlich durch das IOD/IOV-Programm der Kommission unterstützt, wovon Universitäten und Forschungszentren bis hin zu KMU und Satellitenherstellern profitieren. Das IOD/IOV-Programm stützt sich auf europäische Startlösungen und fördert damit einen autonomen Zugang zum Weltraum. Es leistet einen entscheidenden Beitrag zur Initiative „CASSINI“ der Kommission, mit der die rasche Entwicklung von Neueinsteigern in der Weltraumwirtschaft gefördert wird.

Hintergrund
Für das IOD/IOV-Programm der Kommission wurde 2018 im Rahmen von „Horizont 2020“ der erste Aufruf zur Interessenbekundung veröffentlicht. Mehr als 50 Vorschläge wurden von verschiedenen europäischen Teilnehmern – von KMU bis hin zu großen Unternehmen, Hochschulen und Forschungseinrichtungen – eingereicht. Bei den ausgewählten Anwendungen handelt es sich um technologische Innovationen für Erdbeobachtung, Ortung, Navigation und Zeitgebung, Satellitenkommunikation und Weltraumwissenschaft. Im September 2020 ist das erste ausgewählte IOD/IOV-Experiment „UPMSat-2“ an Bord der Trägerrakete Vega erfolgreich angelaufen. Die drei neuen Missionen, die im Oktober 2023 eingeleitet wurden, gehören zu den ausgewählten Projekten.

Derzeit laufen parallel zwei Aufrufe zur Interessenbekundung für Experimente, die für IOD/IOV-Maßnahmen in Betracht kommen würden, die die Bündelung und gegebenenfalls den Start von Diensten und Operationen abdecken. Bewerbungen können für Folgendes eingereicht werden: 1) IOD/IOV-Experimente, die eine Bündelung erfordern und 2) einsatzbereite IOD/IOV-Satelliten. Weitere Informationen sind hier abrufbar.

Technologien, die mit SYNDEO-1-CubeSat erprobt werden müssen:

• Miniatursternsensor zur Lageregelung: Damit soll in der Umlaufbahn ein hochpräziser und kostengünstiger Miniatursternsensor zur Lageregelung getestet werden – Solar MEMS Technologies S.L. (KMU – Spanien).
• Demonstration eines hochpräzisen CubeSats als Lage- und Bahnregelungssystem: Damit soll ein hochpräziser und kompakter CubeSat als Lage- und Bahnregelungssystem (ADCS) mit neuartigen Sternsensoren und Reaktionsrädern validiert werden — KU Leuven (Universität – Belgien).
• Demonstration eines CubeSat-Sternsensors mit einer Genauigkeit im Bogensekundenbereich: Validierung eines Sternsensors, einschließlich eines neuartigen Sternsensoralgorithmus, neuartiger Kalibriermethoden im Orbit und Validierung der Platten zur Streulichtreduzierung und des optomechanischen Designs — KU Leuven (Universität – Belgien).
• RADIOX steht für „RADiation effects during In Orbit Flight eXperiment“ (Strahlungseffekte während des Flugexperiments in der Umlaufbahn): Zielt auf die experimentelle Überprüfung eines neuartigen Strahlungssensors ab. Der Strahlungssensor basiert auf einem elektronischen Speicher, in dem durch energetische Partikel verursachte Fehler überwacht werden. Die Strahlungsintensität wird durch die Messung der Anzahl der Fehler im Speicher ermittelt – KU Leuven (Universität – Belgien).

Technologien, die mit SYNDEO-2-CubeSat erprobt werden müssen:

• Spacepix Radiation Monitor (SXRM): Validierung und Qualifizierung des vollständig entwickelten Strahlendetektors in der Umlaufbahn auf der Grundlage von SpacePix ASIC in der Weltraumumgebung mittels eines Prototyps des Detektors zur Strahlenverfolgung in Originalgröße auf dem Strahlungsfeld im Orbit (Messung des Flusses von Elektronen, Protonen und schweren Ionen) – Esc Aerospace s.r.o (KMU – Tschechien).

• Charakterisierung von Niederfrequenzgeräuschen im Orbit mit Blick auf das magnetische Messsystem für LISA: Mit der IOD soll ein Teil des magnetischen Diagnosesystems für LISA, insbesondere der Magnetsensor und die damit verbundenen elektronischen Lärmminderungstechniken bei Frequenzen unterhalb des Millihertz-Bereichs, validiert werden — Universidad de Cádiz (Universität – Spanien).
• Demonstration von Plasma Jet Pack 0-30 W im Orbit: Das geplante Experiment besteht aus der IOD eines elektrischen Triebwerks (PJP Plasma-Jet Pack), wobei Metall (Wolfram) als Brennstoff verwendet und durch eine Magnetspule verstärkt wird. Das Triebwerk soll bei kleinen Satelliten (15-30 kg) zum Einsatz kommen – COMAT (KMU – Frankreich).

Weitere Informationen:
Factsheet

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• Triton + weitere Sats auf Vega (VV23)

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 25. Juli 2023.

25. Juli 2023 – Insgesamt neun Institutionen aus sieben europäischen Ländern haben heute Morgen in Santa Cruz de Tenerife auf der spanischen Insel Teneriffa die Gründungurkunde der Stiftung „European Solar Telescope Canarian Foundation“ unterzeichnet. Die Stiftung verleiht dem Projektkonsortium die notwendige Rechtsform, ebnet den Weg für den künftigen Bau des European Solar Telescope (EST) und wird das Projekt in die nächste Entwicklungsphase führen. Die beteiligten Länder sind die Tschechische Republik, Deutschland, die Slowakei, Spanien, Schweden, die Schweiz und das Vereinigte Königreich. Deutschland beteiligt sich an EST durch das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS, Göttingen) und das Leibniz-Institut für Sonnenphysik (Freiburg), die seit dem Start des Projekts im Jahr 2008 beteiligt sind. Die Rolle des MPS konzentriert sich auf die Entwicklung der nächsten Generation spektropolarimetrischer Instrumente, sogenannter Integraler Feldeinheiten. Erst mit ihnen kann das volle Potenzial des EST zur Messung schneller und kleinräumiger Prozesse in der Sonnenatmosphäre ausgeschöpft werden.

Die vorläufige Entwurfsphase des Teleskops, finanziert durch das Programm „Horizon 2020“ der Europäischen Kommission, wurde kürzlich abgeschlossen. Die Gründung der EST-Stiftung ist nun ein entscheidender Meilenstein, das Projekt in Richtung Bauphase voranzutreiben. Eines der Hauptziele der Stiftung ist die Gründung eines Europäischen Forschungsinfrastruktur-Konsortiums (ERIC), in dem die nationalen Ministerien der Partnerländer zusammenarbeiten werden. Das EST-ERIC wird die juristische Person sein, die für die Überwachung aller Aspekte des Baus und des Betriebs dieser großen Forschungsinfrastruktur verantwortlich ist.

Das MPS geht mit seinem Beitritt zur EST-Stiftung einen bedeutenden Schritt. Die beteiligten Einrichtungen erhalten Entscheidungsbefugnis über alle künftigen wissenschaftlichen, technologischen und industriellen Aspekte des Projekts.

EST soll das größte jemals in Europa gebaute Sonnenteleskop werden. Mit einem Durchmesser des Primärspiegels von 4,2 Metern, modernster Technologie und spezialisierten Instrumenten wird das EST Astronom*innen ein konkurrenzloses Instrument zur Beobachtung der Sonne an die Hand geben. Das Sonnenteleskop wird im Observatorium Roque de los Muchachos auf der Insel La Palma (Spanien) gebaut, das weltweit als erstklassiger Standort für astronomische Beobachtungen bekannt ist.

EST wurde 2016 in den Fahrplan des Europäischen Strategieforums für Forschungsinfrastrukturen (ESFRI) aufgenommen und gilt daher als strategische Forschungsinfrastruktur für Europa. Eines der Hauptziele ist es, unser Verständnis der Sonne durch die Beobachtung ihrer Magnetfelder in noch nie dagewesener Detailgenauigkeit zu verbessern. EST wird in der Lage sein, Signale zu messen, die derzeit im Rauschen verborgen sind, und die Existenz bisher unbekannter, winziger magnetischer Strukturen auf der Sonne aufzudecken. Durch das Untersuchen der magnetischen und dynamischen Kopplung der Sonnenatmosphäre wird EST wertvolle Erkenntnisse über die Mechanismen liefern, die Sonneneruptionen und koronalen Massenauswürfen zugrunde liegen. Diese Phänomene bestimmen das so genannte Weltraumwetter, das einen starken Einfluss auf unsere technologische Gesellschaft hat.

Der optische Aufbau und die Instrumentierung von EST wurden sorgfältig konzipiert, um die Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Atmosphärenschichten der Sonne zu erfassen. Darüber hinaus wird ein umfassender Satz von Instrumenten installiert, um gleichzeitige Beobachtungen bei verschiedenen Wellenlängen zu ermöglichen. Diese einzigartige Fähigkeit wird EST eine höhere Effizienz im Vergleich zu bestehenden oder zukünftigen Teleskopen verleihen, unabhängig davon, ob es sich um bodengebundene Teleskope oder solche im Weltraum handelt.

Das größte Sonnenteleskop in Europa ist eine technologische Herausforderung, die Europa nach ihrem Bau nicht nur in der Sonnenforschung und der Entwicklung von Instrumenten an die Spitze bringen wird, sondern auch bei der Verbesserung der Weltraumwettervorhersage. Dies kann helfen, die Auswirkungen von Sonneneruptionen auf unsere Gesellschaft zu mildern.

Weitere Informationen über das Projekt:
https://www.est-east.eu/.

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• EST – European Solar Telescope auf LaPalma

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Quelle: ETH Zürich 20. Juni 2023.

20. Juni 2023 – Das Rückgrat des Internets – den sogenannten Backbone – bildet ein dichtes Netzwerk aus Glasfaserkabeln, die jeweils bis zu mehr als hundert Terabit an Daten pro Sekunde (1 Terabit = 10¹² digitale 1/0-​Signale) zwischen den Netzknoten transportieren. Die Kontinente sind dabei durch die Tiefsee verbunden – und das ist enorm kostspielig: Ein einzelnes Kabel durch den Atlantik erfordert Investitionen von mehreren hundert Millionen Dollar. Das spezialisierte Beratungsunternehmen Telegeography zählt aktuell 530 aktive Unterseekabel. Tendenz steigend.

Schon bald dürfte dieser Aufwand aber nicht mehr nötig sein. Wissenschaftler der ETH Zürich haben in einem europäischen Horizon-​2020-Projekt gemeinsam mit Partnern aus der Raumfahrtindustrie eine optische Terabit-​Datenübertragung durch die Luft demonstriert. Mit dieser werden künftig wesentlich kostengünstigere und auch viel schneller erstellbare Backbone-​Verbindungen über erdnahe Satelliten-​Konstellationen möglich.

Anspruchsvolle Verhältnisse zwischen Jungfraujoch und Bern
Erprobt haben die Projektpartner ihr Laser-​System allerdings nicht mit einem Satelliten im Orbit, sondern durch eine Übertragung über 53 Kilometer vom Jungfraujoch nach Bern. «Unsere Versuchsstrecke zwischen der Hochalpinen Forschungsstation auf dem Jungfraujoch und dem Zimmerwald Observatorium der Universität Bern ist aus Sicht einer optischen Datenübertragung wesentlich anspruchsvoller als zwischen einem Satelliten und einer Bodenstation», erklärt Yannik Horst, der leitende Autor der Studie und Forscher an der ETH Zürich im Institute für elektromagnetische Felder unter Leitung von Professor Jürg Leuthold.

Der Laserstrahl musste sich auf dem ganzen Weg durch die dichte, bodennahe Atmosphäre bewegen. Dabei beeinflussten die vielfältigen Turbulenzen der Luftgase über dem verschneiten Hochgebirge, der Wasserfläche des Thunersee, der dicht bebauten Agglomeration Thun und der Aare-​Ebene die Bewegung der Lichtwellen und damit auch die Informationsübertragung. Wie stark dieses durch Thermikphänomene ausgelöste Flimmern der Luft die gleichmässige Bewegung von Licht stört, kann man an heissen Sommertagen von blossem Auge erkennen.

Satelliten-​Internet nutzt langsamen Mikrowellenfunk
Internetverbindungen über Satelliten sind an sich nichts Neues. Der aktuell bekannteste Vertreter ist die Starlink-​Konstellation von Elon Musk, die mit über 2000 erdnah kreisenden Satelliten Internet in fast jeden Winkel der Welt bringt. Um Daten zwischen Satelliten und Bodenstationen zu übertragen werden allerdings Funktechnologien verwendet, die wesentlich weniger leistungsfähig sind. Sie funktionieren wie WLAN (Wireless Local Area Network) oder der Mobilfunk im Mikrowellenbereich des Frequenzspektrums und damit mit Wellenlägen von einigen Zentimetern.

Optische Lasersysteme arbeiten demgegenüber im Bereich des nahen Infrarotlichts mit rund 10’000-​mal kürzeren Wellenlängen von wenigen Mikrometern. Dadurch können sie auch entsprechend mehr Informationen pro Zeiteinheit transportieren.

Um auf grosse Entfernungen beim Empfänger ein genügend starkes Signal zu erhalten, werden die parallelisierten Lichtwellen des Lasers durch ein Teleskop gesendet, das mehrere Dutzend Zentimeter Durchmesser haben kann. Dieser breite Lichtstrahl muss dann möglichst genau auf ein Teleskop beim Empfänger gezielt werden, dessen Durchmesser in der Grössenordnung des empfangenen Lichtstrahls liegt.

Turbulenzen löschen die modulierten Signale aus
Damit möglichst hohe Datenraten erreicht werden, wird die Lichtwelle des Lasers zudem so moduliert, dass ein Empfänger pro Schwingung mehrere unterscheidbare Zustände detektieren kann. Dadurch lässt sich pro Schwingung jeweils mehr als ein Informations-​Bit übertragen. In der Praxis wird mit unterschiedlichen Höhen (Amplituden) und Verschiebungen des Phasenwinkels der Lichtwelle gearbeitet. Jede Kombination von Phasenwinkel und Amplitudenhöhe definiert dann ein unterschiedliches Informationssymbol. Mit einem 4×4-​Schema lassen sich so 4 Bit pro Schwingung übertragen und mit einem 8×8-​Schema 6 Bit.

Die wechselnden Turbulenzen der Luftteilchen führen nun dazu, dass die Lichtwellen im Inneren und an den Rändern des Lichtkegels unterschiedlich schnell wandern. Im Detektor der Empfangsstation addieren oder subtrahieren sich dadurch die Amplituden und Phasenwinkel gegenseitig zu falschen Werten.

Spiegelchen korrigieren Wellenphase 1500-​mal pro Sekunde
Um diese Fehler zu verhindern, lieferte der französische Projektpartner einen sogenannten MEMS-​Chip (Mikro-​Elektro-Mechanisches System) mit einer Matrix aus 97 beweglichen Spiegelchen. Durch die Spiegelbewegungen lässt sich die Phasenverschiebung des Strahls auf seiner Schnittfläche entlang dem aktuell gemessenen Gradienten 1500-​mal pro Sekunde korrigieren.

Unter dem Strich resultiert so eine Verbesserung der Signale um rund einen Faktor 500. Diese Verbesserung war essenziell, um eine Bandbreite von 1 Terabit pro Sekunde über eine Distanz von 53 Kilometern erreichen zu können, wie Horst betont.

Erstmals zum Einsatz kamen im Projekt zudem neue, robuste Lichtmodulationsformate. Sie erhöhen die Empfindlichkeit der Detektion massiv und ermöglichen dadurch selbst unter schlechtesten Wetterbedingungen oder bei geringen Laserleistungen hohe Datenraten. Erreicht wird dies durch ein geschicktes Codieren der Informations-​Bits auf Eigenschaften der Lichtwelle wie Amplitude, Phase und Polarisation. «Mit unserem neuen 4D-​BPSK-Modulationsformat (Binary Phase-​Shift Keying) kann ein Informations-​Bit auch mit einer sehr kleinen Anzahl von nur rund vier Lichtteilchen am Empfänger noch richtig erkannt werden», erklärt Horst.

Insgesamt waren für den Erfolg des Projekts die spezifischen Kompetenzen von drei Partnern notwendig. Das französische Raumfahrtunternehmen Thales Alenia Space beherrscht das zentimetergenaue Zielen mit Lasern über Tausende von Kilometern im Weltraum. Die ebenfalls französische Luft-​ und Raumfahrtforschungsanstalt Onera verfügt über die Kompetenzen in MEMS-​basierter adaptiver Optik, mit der die Effekte des Luftflimmern weitgehend eliminiert wurden. Und die für eine hohe Datenrate unerlässliche, möglichst effektive Modulation der Signale, gehört zu den Spezialgebieten der Forschungsgruppe von Leuthold.

Problemlos auf 40 Terabit pro Sekunde ausbaubar
Die im Rahmen der European Conference on Optical Communication (ECOC) in Basel erstmals präsentierten Resultate des Versuchs sorgen weltweit für Furore, so Leuthold: «Unser System bedeutet einen Durchbruch. Bisher gelang es nur, entweder grosse Distanzen mit kleinen Bandbreiten von wenigen Gigabit oder kurze Distanzen von wenigen Metern mit grossen Bandbreiten per Freilandlaser zu verbinden».

Dazu kommt, dass die Leistung von 1 Terabit pro Sekunde mit einer einzigen Wellenlänge erreicht wurde. In einer zukünftigen praktischen Anwendung lässt sich das System mit Standardtechnologien problemlos auf 40 Kanäle und damit auf 40 Terabit pro Sekunde hochskalieren.

Zusätzliches Potenzial für das neue Modulationsformat
Damit werden sich Leuthold und sein Team aber nicht mehr beschäftigen. Die praktische Umsetzung in ein marktfähiges Produkt übernehmen die Industriepartner. Einen Teil der Arbeit werden die ETH-​Wissenschaftler:innen allerdings weiterverfolgen. Das von ihnen entwickelte neue Modulationsformat dürfte künftig auch in anderen Datenübertragungsverfahren, bei denen die Energie der Strahlung zu einem begrenzenden Faktor werden kann, für eine Erhöhung der Bandbreiten sorgen.

Originalpublikation:
Yannik Horst, Bertold Ian Bitachon, Laurenz Kulmer, Jannik Brun, Tobias Blatter, Jean-​Marc Conan, Aurélie Montmerle-​Bonnefois, Joseph Montri, Béatrice Sorrente, Caroline B. Lim, Nicolas Védrenne, Daniel Matter, Loann Pommarel, Benedikt Baeuerle and Juerg Leuthold. Tbit/s line-​rate satellite feeder links enabled by coherent modulation and full-​adaptive optics. Science & Applications (2023) 12,
doi.org/10.1038/s41377-023-01201-7, https://www.nature.com/articles/s41377-023-01201-7,
pdf: https://www.nature.com/articles/s41377-023-01201-7.pdf.

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• Kommunikation per Laser

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Quelle: BAM.

31. März 2022. Gefördert wird das Großprojekt, das auf 3,5 Jahre angelegt ist, vom EU-Programm Horizon 2020 mit 23 Millionen Euro. Einfließen in das Brandmanagementsystem sollen die Daten der rund 40 Satelliten des europäischen Atmosphärenüberwachungsdienstes Copernikus. Sie werden dem Projekt von der Europäischen Weltraumorganisation ESA zur Verfügung gestellt.

Teil des Systems werden ferner mit künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen entwickelte Simulationen sein, durch die sich die Ausbreitung von Bränden vorhersagen lässt, Drohnen zur Echtzeit-Überwachung von Wäldern sowie Virtual Reality bei der Ausbildung von Einsatzkräften. Geplant ist auch ein integriertes Risikobewertungssystem, mit dem sich Brände wirkungsvoll bekämpfen oder möglichst ganz verhindern lassen.

Implementiert wird das Brandmanagementsystem zunächst in acht der beteiligten Länder. In Deutschland findet der Testlauf unter Leitung der BAM statt, die langjährige Erfahrung in der experimentellen Untersuchung von Bränden und deren Ausbreitung hat.

„Wir werden zudem Bodenproben aus Brandenburg und Sachsen-Anhalt, Regionen, die in Deutschland in den letzten Jahren besonders von Waldbränden betroffen waren, gezielt auf ihre Rolle bei der Brandausbreitung untersuchen“, erklärt Anja Hofmann-Böllinghaus, die die Projekt-Beteiligung der BAM verantwortet. „Dazu werden wir Parameter wie Dichte, pH-Wert und den speziellen Aufbau des organischen Materials im Waldboden näher betrachten. Die Erkenntnisse sind entscheidend, um zu verstehen, wie sich Waldbrände ausbreiten, aber auch um die Wirksamkeit von Löschmaßnahmen und die Wahl geeigneter Löschmittel beurteilen zu können.“

Weltweit haben Waldbrände in den letzten Jahren stark zugenommen. Wissenschaftler*innen gehen davon aus, dass mit dem Klimawandel das Risiko solcher Umweltkatastrophen weiter drastisch steigen wird. Denn auch Hitzeperioden und Trockenheit nehmen mit der fortschreitenden Erderwärmung zu – sie sind ideale Katalysatoren für Brände. Außerdem wüten die Feuer durch den Klimawandel inzwischen länger und intensiver.

Der weltweite Klimawandel ist nicht nur immer häufiger Auslöser von Waldbränden, er sorgt auch dafür, dass Waldbrände selbst eine wachsende Gefahr für das Klima sind: Die Flammen setzen große Mengen CO₂ und klimaschädlicher Substanzen wie Methan und Ruß frei und sie zerstören große Waldflächen, die für die Verlangsamung des Klimawandels bedeutsam wären.

Umso wichtiger ist es, Brände durch präventive Maßnahmen zu verhindern und dort, wo dies nicht möglich ist, Brandherde früh zu erkennen und sie rasch zu bekämpfen. Mit dem neuen Brandmanagementsystem des Forschungsverbundes, an dem die BAM beteiligt ist, würde man diesem Zielen deutlich näherkommen.

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• Klimawandel

Der Beitrag Fire Science: Neues Brandmanagementsystem soll Gefahr von Waldbränden deutlich reduzieren erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie.

Bisher gab es in Europa zwei getrennte Kooperationsnetzwerke für die erdgebundene Astronomie, eines für den optischen Bereich und eines für den Radiowellenbereich. OPTICON und RadioNet haben sich nun zu Europas größtem Kooperationsnetzwerk für die erdgebundene Astronomie zusammengeschlossen. Das mit 15 Millionen Euro im Rahmen des Horizon 2020-Programms geförderte Projekt zielt darauf ab, Beobachtungsmethoden und -werkzeuge zu harmonisieren und den Zugang zu einer breiten Palette von astronomischen Infrastrukturen zu ermöglichen. Das CNRS wird das Projekt zusammen mit der Universität Cambridge und dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie koordinieren.

Da unser Wissen über das Universum immer weiter fortschreitet, benötigen Astronomen zunehmend eine Reihe von komplementären Techniken, um astronomische Phänomene zu analysieren und zu verstehen. Aus diesem Grund hat die Europäische Union beschlossen, das optische Netzwerk OPTICON und das Radio-Netzwerk RadioNet zusammenzuführen, die ihren jeweiligen Forschergemeinschaften in den letzten zwanzig Jahren erfolgreich gedient haben.

Mit 15 Millionen Euro Fördergeldern aus dem Programm Horizon 2020 profitiert die europäische astronomische Gemeinschaft nun von der Bildung des größten erdgebundenen Astronomie-Netzwerks Europas: dem OPTICON-RadioNet PILOT (ORP), das rund zwanzig Teleskope und Teleskop-Arrays zusammenführt.

Das ORP-Netzwerk soll Beobachtungsmethoden und -werkzeuge für erdgebundene optische und Radioteleskope harmonisieren und Forschern den Zugang zu einer breiteren Palette von Einrichtungen ermöglichen, aufbauend auf dem Erfolg und der Erfahrung der Netzwerke OPTICON und RadioNet.

Das neue Programm wird der astronomischen Gemeinschaft den Zugang zu diesen Infrastrukturen erleichtern und die Ausbildung neuer Generationen von Astronomen ermöglichen.

Zum ORP-Management-Team gehören Jean-Gabriel Cuby, ORP-Projektkoordinator am Nationalen Institut für Geowissenschaften und Astronomie / CNRS in Frankreich, außerdem Anton Zensus, Direktor am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn/Deutschland, und Gerry Gilmore, Professor an der Universität Cambridge/Großbritannien, als wissenschaftliche ORP-Koordinatoren für RadioNet bzw. OPTICON.

Anton Zensus bekräftigt im Namen des Management-Teams: „Es ist sehr aufregend, diese Möglichkeit zu haben, die europäische Integration in der Astronomie weiter voranzutreiben und neue wissenschaftliche Möglichkeiten für die astronomische Forschung in Europa und weltweit zu entwickeln.“

Das ORP wird insbesondere die Entwicklung des boomenden Bereichs der so genannten Multimessenger-Astronomie fördern, die neben Gravitationswellen, kosmischer Strahlung und Neutrinos auch eine breite Palette von Wellenlängen nutzt. Die Beseitigung von Barrieren zwischen den Gemeinschaften durch die Harmonisierung von Beobachtungsprotokollen und Analysemethoden im optischen und Radiobereich wird es den Astronomen ermöglichen, bei der Beobachtung und Überwachung von transienten und variablen astronomischen Ereignissen besser zusammenzuarbeiten.

Astronomen aus 15 europäischen Ländern, Australien und Südafrika sowie aus 37 Institutionen haben sich bereits dem ORP-Konsortium angeschlossen. Darunter sind auch zwei Institute der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), das Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn mit seinem 100m-Radioteleskop in Effelsberg und das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching bei München.

Die MPG wird für die Koordination und das Management der gesamten radioastronomischen Gemeinschaft unter der Leitung von Prof. Anton Zensus (Direktor am MPIfR) verantwortlich sein sowie für die Koordination von Maßnahmen zur Erhaltung des Himmels für astronomische Beobachtungen gegen die vom Menschen verursachten Störungen unter der Leitung von Prof. Michael Kramer (Direktor am MPIfR). Dr. Frank Eisenhauer (MPE) wird eine Erweiterung des optischen VLTI-Teleskops leiten.

Das 100m-Radioteleskop wird europäischen Nutzern frei zugänglich sein, sowohl als Einzelteleskop als auch in Kombination mit anderen Teleskopen im Rahmen des europäischen VLBI-Netzwerks. Die MPG wird auch eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung einer strategischen Vision für astronomische Forschungsinfrastrukturen in Europa spielen, einschließlich der Entwicklung eines Finanzierungsmodells für den transnationalen Zugang zu europäischen Teleskopen.

Weitere Informationen
Das Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn/Deutschland erforscht das Universum in Radio- und Infrarot-Wellenlängen. Es beherbergt drei Forschungsabteilungen zu den Themen „Fundamentalphysik in der Radioastronomie“, „Millimeter- und Submillimeter-Astronomie“ und „Radioastronomie/VLBI“, außerdem eine Reihe von Forschungsgruppen und technischen Fachabteilungen.

In seinem Radioobservatorium Effelsberg betreibt das Institut zwei Radioteleskope, das 100-m-Teleskop und die Station Effelsberg des internationalen Niederfrequenz-Teleskop-Netzwerks LOFAR. APEX, das Atacama Pathfinder Experiment des MPIfR, ist ein 12-m-Teleskop für den Submillimeterbereich in 5100 m Höhe in Chile (in Kooperation mit ESO und dem schwedischen OSO).

Mit einem Durchmesser von 100 Metern ist das Radioteleskop Effelsberg eines der größten voll beweglichen Radioteleskope der Erde. Mit dem Teleskop werden Pulsare, kalte Gas- und Staubnebel, die Orte der Sternentstehung, Materiejets von Schwarzen Löchern und die Kerne entfernter Galaxien sowie Radioemission und Magnetfelder in unserer Milchstraße und nahen Galaxien beobachtet. Das Effelsberger Teleskop ist ein wichtiger Teil des weltweiten Netzwerks von Radioteleskopen. Die Kombination verschiedener Teleskope im interferometrischen Betrieb ermöglicht es, die schärfsten Bilder des Universums zu erhalten.

In Deutschland freuen sich Forscher aus zwei Max-Planck-Instituten (MPIfR & MPE) darauf, am ORP teilzunehmen und Forschungsinfrastrukturen von Weltrang zur Verfügung zu stellen, wie z.B. das 100-m-Radioteleskop in Effelsberg bei Bonn, APEX (das Atacama Pathfinder Experiment) und das VLTI von ESO in Chile.

Die wissenschaftliche Koordination der radioastronomischen Gemeinschaft von ORP wird von Prof. A. Zensus vom MPIfR geleitet, dem ehemaligen Koordinator des erfolgreich abgeschlossenen „RadioNet“-Projekts.

ORP wird gefördert mit Mitteln aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm „Horizon 2020“ der europäischen Union unter der Bewilligungsnummer 101004719.

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• EU – Space Policy auf EU-Ebene

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Quelle: DFKI GmbH.

Wasser, Schutz, stabile Temperaturen: Die Lava-Höhlen auf dem Mond sind von großem Interesse, wenn es um geeignete Orte für langfristige lunare Missionen geht. Um ihr Potential für die Raumfahrt zu untersuchen, sollen zukünftig Teams aus Robotern in die Höhlen vordringen. Ein europäisches Konsortium unter der Leitung des DFKI erforscht im Projekt „CoRob-X“, wie ein Team aus mehreren Robotern sich weitestgehend autonom abseilen und die Tunnel erforschen kann. Das Ziel ist ein Feldtest auf den Kanaren, bei dem die Systeme gemeinsam eine Lava-Höhle untersuchen und die neuen Technologien aus der europäischen Weltraumforschung einsetzen. Die EU fördert das Projekt mit rund drei Millionen Euro.

Teamwork zahlt sich aus. Diese Erkenntnis gilt auch in der Welt der Robotik: Während aktuelle Weltraummissionen noch auf Einzelgänger wie den NASA-Rover Perseverance setzen, sollen zukünftig Teams aus autonomen Robotern die Oberflächen von Mond und Mars erkunden – und auch in den Untergrund vordringen. Denn gerade extreme Umgebungen wie die Krater oder Lava-Höhlen des Mondes sind für langfristige Missionen von Interesse – sie können beispielsweise vor Strahlung, Meteoriten und Temperaturschwankungen schützen und Wassereis als Ressource bieten. Bevor sich jedoch eine bemannte Mission in die Tiefen des Trabanten lohnt, sollen diese vielversprechenden Orte durch autonome Roboter untersucht werden. Die Frage lautet nur: Wie kommen die Systeme in solche Lava-Höhlen hinein, und wie wieder hinaus?

Die Lösung bietet ein Bereich der Künstlichen Intelligenz (KI), der zu einem immer wichtigeren Bestandteil in der Planung zukünftiger Raumfahrtmissionen wird: Die kollaborative autonome Robotik. Die Exploration durch intelligente Roboter spart im Vergleich zu bemannten Flügen nicht nur Aufwand und Kosten, sondern ebenso Risiken für den Menschen. Die Fähigkeit zur Kooperation und zur Entscheidungsfindung ist dabei der entscheidende Vorteil, um auch komplexe Missionsszenarien wie die Erkundung von Höhlen umzusetzen. Aus diesem Grund finanziert die Europäische Kommission im Rahmen des Förderprogramms Horizon 2020 die Erforschung kooperativer Roboter für extreme Umgebungen. Das Projekt „CoRob-X“, koordiniert vom Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI), zielt darauf ab, ein solches Szenario in einer analogen Mission auf der Erde umzusetzen, und wird hierfür über zwei Jahre hinweg mit rund drei Millionen Euro gefördert.

Drei Roboter, ein Team
Hinter dem Langtitel „Cooperative Robots for Extreme Environments” verbirgt sich eines der Abschlussvorhaben des Strategic Research Clusters (SRC) „Space Robotics Technologies“, das mehrere Forschungsprojekte für die europäische Raumfahrt umfasst, die im Rahmen des H2020-Proramms finanziert wurden. Der Fokus des Projekts „CoRob-X“, das am 1. März 2021 offiziell gestartet ist, liegt entsprechend auf dem Testen und Validieren der Technologien, die im SRC entwickelt wurden und bei europäischen Raumfahrtmissionen zum Einsatz kommen sollen. Die Erkundung von Lava-Höhlen ist dabei ein realitätsnahes Szenario, da diese Höhlen auf dem Mond einen Schlüssel für langfristige Missionen oder gar menschliche Habitate darstellen. Aus diesem Grund zielt „CoRob-X“ darauf ab, in einem Feldtest auf den Kanaren eine solche Erkundung durch drei autonome Robotersysteme durchzuführen und ihre Machbarkeit mithilfe der SRC-Technologien zu beweisen.

Zum Einsatz kommen dabei zwei Systeme des Robotics Innovation Center (RIC) vom DFKI in Bremen sowie ein Roboter des belgischen Unternehmens Space Applications Services NV/SA. Anders als jene Rover, die bereits im Weltall zum Einsatz kommen, können diese Systeme dank Künstlicher Intelligenz eigene Entscheidungen treffen, was gegenüber der Fernsteuerung durch den Menschen auf der Erde viele Vorteile bringt: Autonome Weltraumroboter können unmittelbar auf ihre Umwelt reagieren, neue Daten in ihre Missionsplanung aufnehmen und Fehler schneller ausgleichen. Die Arbeit im Team ist schließlich entscheidend, um auch eine extreme Umgebung wie eine Lava-Höhle untersuchen zu können – ob auf dem Mond oder den vulkanisch geprägten Kanaren.

Abseilen, explorieren, Sensordaten übermitteln
Hierzu soll ein autonomer Explorationsroboter in solch eine Höhle hinabgelassen und wieder heraufbefördert werden. Das Szenario sieht vor, dass die drei autonomen Rover – SherpaTT und Coyote vom DFKI sowie Roboter LUVMI von Space Applications Services aus Belgien – gemeinsam den Eingang einer Höhle untersuchen und durch einen Sensorwürfel, den LUVMI in das sogenannte „Skylight“ wirft, erste Informationen sammeln und austauschen. Mithilfe dieser Daten ermitteln die Systeme eine geeignete Stelle, an der der robuste Rover SherpaTT mithilfe eines Seilzugs den kompakten Coyote hinablassen kann. Am Boden angekommen, entkoppelt sich der wendige Roboter vom Seil- und Dockingmechanismus, erkundet die Höhle und kehrt anschließend zur Dockingstation zurück, um die Daten zu übermitteln und von SherpaTT hinaufbefördert zu werden.

Der Feldtest für die Validierung der SRC-Technologien ist für Anfang 2023 geplant. Bis dahin gilt es, die Missionsdetails und -anforderungen zu definieren, die Technologien auf den Systemen zu implementieren und etwaige Sicherheitsfragen zu berücksichtigen. Parallel führen das Unternehmen GMV Aerospace and Defence SA und die Stiftung Santa Bárbara einen weiteren Feldtest in einem Bergwerk in Nordspanien durch, bei dem dieselben Technologien zum Erkunden von Schächten erprobt werden. Hierzu werden ein Rover und eine Drohne des spanischen GMV eingesetzt. Zu den weiteren Partnern des Projekts „CoRob-X“, das über einen Zeitraum von 24 Monaten unter der Grant-Nummer 101004130 mit insgesamt 3.006.912,50 Euro gefördert wird, gehören das Laboratoire Atmosphères, Milieux Observations Spatiales (LATMOS) und Magellium SAS aus Frankreich, die Universität von Malaga, Sintef AS aus Norwegen sowie die Airbus Defence and Space GmbH aus Deutschland.

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• DFKI zeigt neue Weltraumroboter (13. März 2019)

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• Sherpa und CREX

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