Quelle: Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF 26. März 2024.

26. März 2024 – Unter Leitung des Fraunhofer IOF entwickelte das Projekt CubEniK eine ultrakompakte Nutzlast für einen Satelliten von der Größe eines Schuhkartons, einen sogenannten »CubeSat«. Ziel des Mini-Satelliten ist es, einen sicheren Quantenschlüssel über eine Entfernung von 300 Kilometern zwischen zwei Bodenstationen in Jena und München zu übertragen.

Wenn Alice und Bob miteinander sprechen, dann hört niemand zu. Kein Lauschen, kein Abhören. Wie das geht? Alice und Bob sind Sende- und Empfangseinheiten. Sie nutzen die sogenannte Quantenschlüsselverteilung (QKD) für absolute Vertraulichkeit. Dabei werden verschränkte Photonen zwischen ihnen verschickt, um einen sicheren (Quanten-)Schlüssel für die Datenverschlüsselung zu erzeugen. Die Übertragung solcher verschränkten Photonenpaare am Boden ist auf verschiedenen Wegen möglich, zum Beispiel über Glasfasernetze. Allerdings ist die maximale Reichweite dieser Netze üblicherweise auf 200 Kilometer beschränkt, denn Quantenschlüssel können innerhalb einer Faser nicht ohne weiteres verstärkt werden. Entsprechend groß ist der Bedarf nach Lösungsansätzen, um auch größere Entfernungen – tendenziell sogar globale Netze – abzudecken. Die Idee: Der Einsatz von Satelliten im All. Doch konventionelle Satelliten sind teuer, groß und damit ressourcenintensiv.

Entwicklung einer ultrakompakten Nutzlast für einen »CubeSat«
Diesem Problem hat sich das Team des Projektes CubEniK angenommen. Unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena hat das Forschungskonsortium eine ultrakompakte Nutzlast für einen Mikro-Satelliten, auch CubeSat genannt, entwickelt. »Unser CubEniK-System kann in einem 16U CubeSat untergebracht werden«, berichtet Erik Beckert, Leiter der Abteilung opto-mechatronische Komponenten und Systeme am Jenaer Institut. Das heißt konkret: »Mit einer Abmessung von 20 x 20 x 40 Zentimetern des Satelliten, ist das am Fraunhofer IOF designte System das bisher kleinste seiner Art.«

Genau diese kompakte Bauweise ist es, die einen entscheidenden Vorteil für die Quantenkommunikation im Weltraum bietet, denn: Bei der Beförderung von Technologie und Mensch ins All zählt jedes Gramm Gewicht – desto kleiner und leichter, umso besser. Das hat den Einsatz von CubeSats beliebt gemacht. CubeSats sind Satelliten aus der Kategorie der Nano- oder Mikrosatelliten. Aufgrund ihrer minimalen Stellfläche werden sie häufig als Sekundärlast auf größeren Startmissionen mitgeführt. Gegenüber dem Start eines zusätzlichen Satelliten, lassen sich Technologien auf diese Weise effizienter und kostengünstiger in den Weltraum befördern. Vor diesem Hintergrund haben die CubEniK-Forschenden es sich zum Ziel gesetzt, die fertige Gesamteinheit zur QKD in kleinstmöglicher Form zu verpacken, sodass sie als Teil einen solchen CubeSats möglichst sparsam in den Weltraum gelangen kann.

Ziel des CubEniK-Systems ist es, während eines einzelnen Satellitenüberflugs in einer niedrigen Erdumlaufbahn einen sicheren Quantenschlüssel mit einer Länge von 256 Bit an zwei, 300 Kilometer voneinander entfernte Bodenstationen in Jena und Oberpfaffenhofen bei München zu verschicken. Die so gesendete Schlüssellänge könnte zukünftig als Hauptschlüssel in Hochsicherheitsmodulen verwendet werden und somit die Datensouveränität in sensiblen Bereichen wie der Finanzindustrie oder in Regierungsbehörden sichern.

Komponenten und Funktionsweise des CubEniK-Systems
Neben dem Fraunhofer IOF gehören dem CubEniK-Forschungskonsortium auch zwei Fraunhofer-Ausgründungen – die Quantum Optics Jena GmbH und SPACEOPTIX GmbH – sowie das Zentrum für Telematik aus Würzburg und die DIGOS GmbH aus Potsdam an. Die Forschenden des Fraunhofer IOF haben das optomechanische Design der Nutzlast entwickelt. Neben zwei Teleskopen, die auf einer Standardtechnologie der SPACEOPTIX basieren, besteht das CubEniK-System außerdem aus einer Feinausrichtung (engl.: fine pointing assembly, FPA), einem Faserkoppler und einer Strahlnachführung (engl.: coarse pointing assembly, CPA), die in einem zusätzlich entworfenen Raum in der Teleskopumhüllung untergebracht sind. »Die FPA und CPA dienen dazu, den ausgesandten Strahl auf die Bodenstationen auszurichten und diese Verbindung zu stabilisieren«, erklärt Fraunhofer-Forscher Daniel Heinig, der das Projekt am Institut in der Abteilung Zukunftstechnologien begleitet. »Das Ausrichten dieses Strahls geschieht mithilfe eines piezogesteuerten Tip-Tilt-Spiegels für die präzise Steuerung und durch zwei drehbare Keilprismen, die in der Grobjustierungseinheit verbaut sind und den Strahl um bis zu 11 Grad neigen.« Somit kann sich der Satellit, in dem die Einheit verbaut wird, besonders genau auf die Bodenstationen ausrichten.

Zusätzlich zu den Teleskopen und den Justierungseinheiten nutzt CubEniK eine handtellergroße und raumflugtaugliche Photonenquelle, die ebenfalls am Fraunhofer-Institut in Jena entwickelt wird. Diese muss pro Sekunde viele Millionen verschränkte Photonenpaare erzeugen, um während des Satellitenüberflugs eine sichere Kommunikation zu ermöglichen und den hochsicheren Schlüssel an die Bodenstationen durch die abschwächende Atmosphäre zu übertragen.

Über das Fraunhofer IOF
Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena betreibt anwendungsorientierte Forschung auf dem Gebiet der Photonik und entwickelt innovative optische Systeme zur Kontrolle von Licht – von der Erzeugung und Manipulation bis hin zu dessen Anwendung. Das Leistungsangebot des Instituts umfasst die gesamte photonische Prozesskette vom opto-mechanischen und opto-elektronischen Systemdesign bis zur Herstellung von kundenspezifischen Lösungen und Prototypen. Am Fraunhofer IOF erarbeiten knapp 500 Mitarbeitende das jährliche Forschungsvolumen von 40 Millionen Euro.

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• Quantenkommunikation im Weltraum?

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Quelle: ESA 14. März 2024.

14. März 2024 – Mit der gestern unterzeichneten Absichtserklärung zwischen der ESA, der Deutschen Raumfahrtagentur DLR und dem Freistaat Bayern zur Zusammenarbeit bei der Entwicklung der Fähigkeiten bezüglich der Mondmissionssteuerung im Columbus-Kontrollzentrum (Col-CC) der ESA in Oberpfaffenhofen ist ein bedeutender Schritt vorwärts getan worden.

Die Hauptverantwortung des Col-CC liegt derzeit in der Leitung des Betriebs von Columbus, dem europäischen Labor an Bord der Internationalen Raumstation. Die Weiterentwicklung des Kontrollzentrums wird die operative Unterstützung der wichtigsten europäischen Beiträge zur Raumstation Lunar Gateway ermöglichen und den Weg für die Entwicklung von Betriebskonzepten für Infrastruktur und bemannte Missionen zu Mond und Mars ebnen.

Col-CC, aufgrund seiner Nähe zur Stadt im Herzen Bayerns bekannt unter dem Rufzeichen „München“, gehört zu den fünf Kontrollzentren weltweit, die für die Überwachung aller Aktivitäten auf der Internationalen Raumstation zuständig sind. In den vergangenen zwei Jahrzehnten spielte das Col-CC eine Schlüsselrolle bei den europäischen Aktivitäten auf der ISS und unterstützte die ESA-Astronauten und die wissenschaftliche Forschung innerhalb des Columbus-Moduls.

Alle Daten aus dem Columbus-Labor werden über Col-CC geleitet, bevor sie zur Verarbeitung und Archivierung an andere Zentren verteilt werden. Die Rolle des Col-CC hat sich jedoch darüber hinaus ausgedehnt. Während der Artemis I-Mission wurden die Flugdaten des Europäischen Servicemoduls (ESM) des Orion-Besatzungsfahrzeugs per Col-CC an das ESM-Betriebsteam der ESA im ESTEC, dem technischen Herzstück der ESA in den Niederlanden, weitergeleitet.

Während Europa weiter in den Weltraum vordringt, wird das im Columbus-Kontrollzentrum erworbene Know-how für die Ausweitung des Missionsbetriebs von der niedrigen Erdumlaufbahn zum Mond und darüber hinaus von entscheidender Bedeutung sein.

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• Lunar Orbital Platform – Gateway / HALO (ehemals DSG/LOP-G)

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Quelle: OHB SE 13. März 2024.

Oberpfaffenhofen, 13. März 2024. Am bayerischen Standort des industriellen Hauptauftragnehmers OHB System AG wird derzeit die Integration des ersten Satzes von Kameras in die sogenannte optische Bank vorbereitet. Am Ende wird der Satellit über 26 Kameras verfügen, die nach erdähnlichen Planeten in der Umlaufbahn um Sterne außerhalb unseres Sonnensystems suchen werden. Um die Beobachtungen ungestört durchführen zu können, wird PLATO von der Sonne aus gesehen hinter der Erde am Lagrange-Punkt L2*) positioniert. Vertreter der Projektpartner, die das wissenschaftliche Instrument konzipiert und entwickelt haben, nahmen gestern an einer Konferenz in Oberpfaffenhofen teil, um den Beginn der Integrationsaktivitäten im neuesten ISO 5-Reinraum der OHB zu feiern.

Thomas Walloschek, PLATO-Projektleiter bei der ESA: „Es ist wirklich großartig zu sehen, wie die Dinge zusammenkommen, wenn das Industrieteam unter der Leitung von OHB als Hauptauftragnehmer, das internationale PLATO-Konsortium, das für die Entwicklung der Nutzlast verantwortlich ist, und das ESA-Team, das die Gesamtmission verantwortet, ihre Kräfte bündeln. Dies kann nur gelingen, wenn alle kooperativ und konstruktiv zusammenarbeiten und das gleiche Ziel verfolgen: den Erfolg der wissenschaftlichen Mission. Der nächste große Schritt für das Nutzlastmodul beginnt jetzt mit der Fertigstellung des neuen Reinraums und dem Beginn der Integration der Kameras und der Datenverarbeitungssysteme der Nutzlast.“

Prof. Dr. Heike Rauer, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Koordinatorin des internationalen PLATO-Missionskonsortiums, das Mitglieder aus 15 Ländern umfasst: „Es ist großartig zu sehen, wie unser Traum von einem Teleskop, das erdähnliche Planeten um Sterne wie unsere Sonne aufspüren und charakterisieren kann, Schritt für Schritt Wirklichkeit wird. Mit der Fertigstellung des ersten Satzes von Flugkameras bewegt sich das Projekt auf den Start der Mission in nicht allzu ferner Zukunft zu. Ich arbeite sehr gerne in diesem Team, das Wissenschaftler und Ingenieure aus der Industrie unter der Leitung von OHB, der ESA und wissenschaftlichen Einrichtungen aus ganz Europa zusammenbringt, die alle auf ein gemeinsames Ziel hinarbeiten.“

Chiara Pedersoli, Vorstandsvorsitzende der OHB System AG: „Ich habe den Austausch mit den am PLATO-Projekt beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern sehr genossen, er war wirklich inspirierend. Unser neuer Reinraum ist optimal für die Anforderungen des Instruments und die anschließende Satellitenintegration ausgestattet. Er verfügt über einen ISO 8- und einen ISO 5-Bereich, die je nach den spezifischen Projektanforderungen flexibel konfiguriert werden können. Mit einer nach unseren Anforderungen konzipierten Thermalvakuumkammer haben wir hier im OHB-Raumfahrtzentrum Optik und Wissenschaft nun auch die Möglichkeit, einige Umwelttests selbst durchzuführen. Unsere neuen Einrichtungen sind ein Bekenntnis zu wissenschaftlichen Missionen mit ihrem hohen Bedarf an Flexibilität und zum Raumfahrtstandort Bayern.“

Neben den Vertretern der ESA und des DLR sind auch Repräsentanten des Italienischen Nationalen Institust für Astrophysik (INAF – Istituto Nazionale di AstroFisica), das die Entwicklung und Produktion der PLATO-Kameras koordiniert, sowie Wissenschaftler und Ingenieure verschiedener anderer europäischer Forschungseinrichtungen nach Oberpfaffenhofen gekommen, um den Reinraum zu besichtigen und einen Blick auf die Integration der Flughardware zu werfen.

Die Mission: Exoplaneten und ihre Sterne
In einer Entfernung von 1,5 Millionen Kilometern von der Erde wird PLATO nach „neuen Welten“ Ausschau halten. Dazu beobachtet das Observatorium helle Sterne über längere Zeiträume ununterbrochen photometrisch, um regelmäßige Lichtverluste zu erkennen, die auftreten, wenn Planeten ihre Sterne passieren und dabei einen Teil des Sternenlichts vorübergehend ausblenden. Um diese Aufgabe erfüllen zu können, muss die optische Nutzlast perfekt ausgerichtet und stabilisiert sein.

PLATO wird den Wissenschaftlern neue Erkenntnisse sowohl über Exoplaneten**) als auch über ihre Sterne liefern. Zum einen geht es darum, die Entstehung und Entwicklung von Planeten zu verstehen. Zudem erwarten die Wissenschaftler Antworten auf die Fragen, ob unser Sonnensystem einzigartig ist und welche Eigenschaften erdähnliche Planeten in der bewohnbaren Zone anderer Sterne haben. Zum anderen ist die Messung der seismischen Aktivitäten von Sternen ein Ziel der Forschungsarbeiten. Die Beobachtungen ermöglichen eine genauere Charakterisierung von Sternen außerhalb unseres Sonnensystems, einschließlich ihres Alters. Die Kenntnis der physikalischen Struktur von Sternen ist von grundlegender Bedeutung für die Beurteilung der Möglichkeit, Exoplaneten mit ähnlichen Merkmalen wie unsere Erde zu finden, auf denen Leben möglich ist.

Die Projektpartner: Europäische Wissenschaft und Industrie
Die OHB System AG wurde von der ESA als Hauptauftragnehmer für die Entwicklung von PLATO, der dritten M-Klasse-Mission (M-Klasse = Mission mittlerer Größe) im Rahmen des Cosmic-Vision-Programms, ausgewählt. Der Auftrag umfasst neben der Lieferung des zweieinhalb Tonnen schweren Satelliten auch die Unterstützung bei der Startkampagne und der Inbetriebnahmephase im Orbit. Das Engagement von OHB endet erst mit der In-Orbit-Verifikation, bei der die volle Funktionsfähigkeit des Satelliten im Orbit nachgewiesen wird.

Bei der Entwicklung und Produktion des PLATO-Satelliten setzt OHB auf die Kernpartner Thales Alenia Space in Frankreich (Avionik, d.h. das On-Board-Handling der Daten sowie die Lage- und Bahnkontrolle des Satelliten) und Großbritannien (Integration und Test der Satellitenplattform), sowie Beyond Gravity Schweiz (optische Bank für die Kameras). Weitere europäische Unternehmen, darunter die Schwesterunternehmen OHB Sweden, OHB Hellas und OHB Czechspace, sind als Unterauftragnehmer beteiligt. Die 26 etwa kniehohen Kameras und das das On-Board-Datenverarbeitungssystem des Instruments wurden von einem Konsortium europäischer Forschungsinstitute unter der Gesamtkoordination der ESA entwickelt und hergestellt. Der erste Satz von zehn Kameras wurde kürzlich an die OHB System AG in Oberpfaffenhofen, Bayern, geliefert und wird nun schrittweise in die optische Bank integriert.

*) Der Satellit behält auf diesem Orbit seine Orientierung in Bezug auf Sonne und Erde bei. Seine der Sonne zugewandten Solarpanels erzeugen die erforderliche Energie. Auf die in der Regel dreimonatigen Beobachtungszeit folgt ein Schwenkmanöver, das die Nutzlast vor der dann direkten Sonneneinstrahlung schützt.

**) Während es sich bei Planeten um Objekte handelt, die sich im gravitativen Einfluss unserer ‎Sonne befinden, diese also umkreisen, befinden sich Exoplaneten (oder extrasolare Planeten) außerhalb unseres Sonnensystems, also im Gravitationsfeld anderer Sterne.‎

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• PLATO

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Quelle: DLR 13. März 2024.

13. März 2024 – Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), die Europäische Weltraumorganisation ESA und der Freistaat Bayern beabsichtigen in Oberpfaffenhofen ein europäisches Kontrollzentrum für zukünftige astronautische Mondmissionen aufzubauen. Dazu fand heute die feierliche Unterzeichnung der Absichtserklärung durch den bayerischen Ministerpräsidenten Dr. Markus Söder, die DLR-Bereichsvorständin Raumfahrt Dr. Anke Pagels-Kerp und den ESA-Generaldirektor Dr. Josef Aschbacher in der Bayerischen Staatskanzlei statt. Ziel der Zusammenarbeit ist es, das bereits im Rahmen des Betriebs der Internationalen Raumstation ISS am DLR-Standort Oberpfaffenhofen befindliche Columbus-Kontrollzentrum zu einem Mondkontrollzentrum auszubauen und Betriebskonzepte weiterzuentwickeln. Dabei soll auch ein neues Gebäude am Standort entstehen.

„Das Bayerische Space Valley boomt. Mit dem Mondkontrollzentrum von ESA und DLR wird das oberbayerische Oberpfaffenhofen zum europäischen Houston. Raumfahrt eröffnet uns heute ganz neue Möglichkeiten. Beim internationalen Wettlauf zum Mond wird Bayern eine zentrale Rolle spielen. Dafür investieren wir 33 Millionen Euro in Infrastruktur und operationelle Konzepte für Mondmissionen“, so der Ministerpräsident des Freistaats Bayern Dr. Markus Söder anlässlich der heutigen Unterzeichnung. „Der Mond ist für uns und auch für die NASA ein Zwischenschritt zum Mars und zur Suche nach Leben im Weltraum. Gleichzeitig gewinnen wir aus dem All einen einzigartigen Blick auf unseren Planeten – und erzielen großen Nutzen für die Menschheit zum Beispiel bei technologischem Fortschritt und Klimafragen. Mit dem Mondkontrollzentrum ist Bayern auf dem Weg in ein neues Zeitalter.“

„Die Rückkehr des Menschen zum Mond eröffnet uns völlig neue Möglichkeiten in der Raumfahrtforschung“, betont Prof. Dr.-Ing. Anke Kaysser-Pyzalla, Vorstandsvorsitzende des DLR. „Der heutige Tag ist ein wichtiges Datum, an dem die erfolgreiche Geschichte der Raumflugkontrolle in Deutschland weitergeschrieben wird. Der geplante Aufbau eines Kontrollzentrums für Missionen am und auf dem Mond beim DLR in Oberpfaffenhofen ist ein Beweis für das Vertrauen in unsere Arbeit. Auch in Zukunft werden Deutschland, Bayern und das DLR integrale Bestandteile der globalen Raumfahrt sein.“

„Die ESA begrüßt das massive, strategische Engagement Deutschlands und des DLR in Europas Raumfahrt, insbesondere im Bereich der Astronautik und der Exploration. Der Freistaat Bayern zeichnet sich hier einmal mehr mit Ambition und Weitsicht aus. Wir freuen uns auf die nächsten Schritte dieses einzigartigen Projekts, das Menschen wieder auf die Mondoberfläche bringen wird, mit wertvoller Unterstützung aus Bayern“, sagt der ESA-Generaldirektor Dr. Josef Aschbacher. „Diese Absichtserklärung zeigt zudem die Entschlossenheit der ESA, die europäischen Weltraumambitionen zu vertreten und ihre Präsenz in den Mitgliedstaaten auszubauen. Und sie zeigt die zukunftweisende Vision Bayerns als führender Raumfahrstandort.“

Präsenz am Mond in internationaler Kooperation
Mit dem Artemis-Programm der NASA laufen die Vorbereitungen für die Rückkehr der Menschheit zum Mond in diesem Jahrzehnt. Das Ziel: eine dauerhafte menschliche Präsenz am Mond in internationaler Kooperation zu etablieren. Europa ist dabei ein zentraler Partner. Wesentliche Beiträge sind das European Service Module (ESM) als missionskritisches Element des Orion-Raumschiffs sowie das internationale Habitat I-HAB als ein zentrales Modul der geplanten Mond-Orbitalstation Lunar Gateway.

Wie beim europäischen ISS-Modul Columbus und dem zugehörigen Columbus-Kontrollzentrum gilt es, den Betrieb zukünftiger europäischer Aktivitäten am Mond aus Europa heraus zu organisieren. Die ESA hat dazu entschieden, das Mondkontrollzentrum evolutionär aus dem bestehenden Columbus-Kontrollzentrum am DLR-Standort Oberpfaffenhofen zu entwickeln. Das offiziell als Human Exploration Control Center (HECC) bezeichnete Kontrollzentrum soll zukünftig astronautische Missionen zum Mond und vor allem den Betrieb des Lunar Gateway von europäischer Seite unterstützen. Dazu werden mit dem Aufbau des Kontrollzentrums auch neue Betriebs- und Einsatzkonzepte für Mondmissionen entwickelt. Darüber hinaus wird es langfristig auch für astronautische Missionen in den translunaren Bereich zuständig sein, wofür KI-basierte Methoden entwickelt werden. Ziel des Artemis-Programms ist es mit der Rückkehr zum Mond eine zukünftige Marsmission vorzubereiten.

Mit wesentlicher Unterstützung des Freistaates Bayern sowie mit Mitteln des DLR soll mittelfristig ein neues Gebäude für das geplante Mondkontrollzentrum am DLR-Standort Oberpfaffenhofen entstehen. Die ESA trägt die langfristige Finanzierung der Betriebskosten des Columbus-Kontrollzentrums und des Mondkontrollzentrums. Dies bekräftigten DLR, ESA und der Freistaat Bayern mit der heutigen Absichtserklärung.

Raumfahrt-Expertise am DLR-Standort Oberpfaffenhofen
Am DLR-Standort Oberpfaffenhofen gibt es mit dem Deutschen Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC) bereits eine jahrzehntelange Tradition und Expertise beim Betrieb von astronautischen Raumfahrtmissionen. Zu den ersten herausragenden Missionen zählten die deutschen Spacelab-Missionen D1 und D2 mit dem amerikanischen Space Shuttle sowie Flüge deutscher Kosmonauten zur Mir. 2004 wurde das Columbus-Kontrollzentrum für den Betrieb des europäischen Columbus-Moduls auf der Internationalen Raumstation ISS eingeweiht. 2007 folgte die Einweihung des Galileo-Kontrollzentrums für den Betrieb des europäischen Satellitennavigationssystems Galileo. Diese Kompetenz und Expertise im Raumflugbetrieb bringen DLR und ESA nun auch in die Kooperation mit der NASA im Rahmen des Artemis-Programms ein.

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• Lunar Orbital Platform – Gateway / HALO (ehemals DSG/LOP-G)

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Quelle: OHB SE 11. Oktober 2023.

Bremen, 11. Oktober 2023. Der Raumfahrtkonzern OHB feiert einen entscheidenden Meilenstein im Meteosat Third Generation (MTG) Programm. Der erste MTG-Sounder-Satellit ist von der OHB System AG im Auftrag der Europäischen Raumfahrtagentur ESA in Kooperation mit EUMETSAT erfolgreich zusammengebaut worden. Erste Tests haben seine Funktionsfähigkeit bestätigt. Nun ist Europas neuer Wettersatellit bereit für die große Testkampagne unter simulierten Weltraumbedingungen.

„Dieser Satellit wird mit komplett neuartigen Daten aus dem geostationären Orbit in 36.000 Kilometer Höhe die Wettervorhersagen revolutionieren. Das Herzstück der MTG-Sounder-Mission ist ein Infrarot-Instrument, das an unserem Standort in Oberpfaffenhofen entwickelt wurde, mit der Detektor Einheit (DEA) und dem Interferometer, die von Thales Alenia Space Frankreich geliefert wurden. Es kann die Verteilung von Temperatur und Wasserdampf in verschiedenen Höhen der Atmosphäre bestimmen. Das ermöglicht die Beobachtung der Bewegung der Luftschichten im Verhältnis zueinander und die Bestimmung bestimmter Bereiche mit lokalen Turbulenzen, die auf die Entwicklung eines Sturmsystems hinweisen können. Mit diesen Daten werden die Wetterdienste präzisere Vorhersagen machen und auch viel früher vor möglichen extremen Wetterereignissen warnen können“, sagt Dr. Rüdiger Schönfeld, bei OHB der Direktor für Erdbeobachtungssysteme. Es mache ihn sehr stolz, dass seine Teams diese technische Herausforderung gemeistert haben und OHB die hohen Erwartungen der Wissenschaft an das Instrument und den Satelliten erfüllen können.

In den letzten Wochen vor dem Transport in das Testhaus der IABG-Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft mbH bei Ottobrunn standen nach dem erfolgreichen Mating des Satelliten noch umfangreiche Funktionstests an. Dafür wurde der Satellit in den operationellen Modus gesetzt und verschiedene Szenarien, darunter auch die Flugprozeduren, von der Bodenstation von Telespazio in Fucino, Italien, und dem Betriebszentrum von EUMETSAT in Darmstadt aus gesteuert. Der MTG-Sounder, fest am Boden im Bremer Reinraum, meisterte alle Tests mit Bravour – so als sei er bereits im All.

Für den MTG-Projekt-Manager Ian Bennett und seine Teams eine harte Zeit: „Die größte Herausforderung war der enge Zeitplan. Seit Beginn dieses Jahres haben unsere Teams in Oberpfaffenhofen und Bremen extrem hart gearbeitet, damit der Satellit in so kurzer Zeit voll funktionsfähig ist. Den Anfang machte der optische Leistungstest des IRS in Lüttich, Belgien, der zeigte, dass das Instrument wie erwartet funktioniert. Dann wurde unser IRS im Sommer zusammen mit dem Sentinel-4/UVN-Instrument von Airbus innerhalb von nur sieben Wochen auf der Satellitenplattform integriert. Das war nur möglich dank der guten Zusammenarbeit aller Partner und der hervorragenden Technologie, die uns geliefert wurde.“

Jetzt ist der Wettersatellit bereit für die Tests unter simulierten Weltraumbedingungen. In der Thermalvakuum-Kammer wird er den Temperaturen ausgesetzt, die ihn im All erwarten und auf dem sogenannten Shaker wird untersucht, ob der MTG-Sounder den Ritt auf der Rakete aushalten kann.

Der erste Wettersatellit der neuen, dritten Generation, der MTG-Imager 1, ist bereits seit Ende letzten Jahres im All und leistet hervorragende Arbeit. Insgesamt ist OHB für alle sechs Satellitenplattformen der MTG-Konstellation verantwortlich und für die vier Einheiten der Telescope Assembly des Flexible Combined Imagers der Imager-Satelliten sowie für die beiden IRS-Instrumente der beiden Sounder-Satelliten. Thales Alenia Space ist Hauptauftragnehmer des MTG-Programms, leitet das Industriekonsortium und ist verantwortlich für die vier Imager-Satelliten.

Das MTG-Programm ist eines der komplexesten und innovativsten Satellitensysteme, das jemals entwickelt wurde. Es wird für die nächsten zwei Jahrzehnte aus einer geostationären Umlaufbahn verbesserte Daten für die Wettervorhersage liefern. MTG ist ein hervorragendes Beispiel für die technologische Exzellenz Europas und basiert auf der langjährigen Partnerschaft zwischen der Europäischen Raumfahrtagentur ESA und der Europäischen Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten EUMETSAT.

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• OHB-System

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Quelle: DLR 26. September 2023.

26. September 2023 – Mond und Mars sind erklärte Ziele der europäischen und internationalen Raumfahrt. Doch bevor Menschen die Reise antreten, sollen Roboter das menschenfeindliche Terrain erkunden, lokale Ressourcen erschließen und die Landung von Astronautinnen und Astronauten so umfassend wie möglich vorbereiten. Explorationsmissionen mit autonomen mobilen Robotern werden in den kommenden Jahren daher deutlich zunehmen. Dazu hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) am 26. September 2023 in Oberpfaffenhofen eine besondere Forschungsanlage eröffnet: Das Mond-Mars-Testgelände des Robotik und Mechatronik Zentrums (RMC) bietet ideale Bedingungen, um Roboter für planetare Erkundungsaufgaben fit zu machen.

Bisher fanden Erprobungen nur im Labor statt oder weit entfernt in unwirtlichen Umgebungen wie dem Ätna-Vulkan. Nun können die Forschenden direkt neben dem Institutsgebäude ihre Roboter testen und jederzeit „der Realität aussetzen“. Neben der effizienteren Entwicklung ermöglicht die Anlage, die Zusammenarbeit von verschiedenartigen Robotern und komplexe Missionsszenarien zu testen. Die wissenschaftliche Anlage wird künftig auch Partnern aus Industrie und Forschung zur Verfügung stehen. Mit dem neuen Testgelände baut das DLR seine langjährige Erfahrung in der Explorationsrobotik aus, um Deutschlands führende Rolle im internationalen Wettbewerb weiterhin zu stärken.

„Ich bin überzeugt, dass das RMC Mond-Mars-Testgelände der Explorationsrobotik einen starken Schub geben wird. Besonders freue ich mich darauf, mit unseren Robotern in Zukunft Orte zu explorieren, die bisher für die Menschheit unerreichbar sind“, erklärt Prof. Alin Albu-Schäffer, Direktor des DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik. Den Anfang macht hier der DLR-Rover IDEFIX, gebaut zusammen mit der französischen Raumfahrtagentur CNES, der nächstes Jahr zur Erkundung des Marsmondes Phobos im Rahmen der japanischen MMX Mission startet. Diese raumfahrtqualifizierte Technologie stellt die Grundlage für die Flugmodelle weiterer fahrender, gehender oder krabbelnder Roboter dar, die das RMC derzeit auf der neuen Anlage testet.

1.500 Quadratmeter mit Link ins All
Auf 1.500 Quadratmetern spiegeln sich die Vulkan- und Höhlenlandschaften von Mars und Mond wider: Ein Tunnel, ein Krater, unterschiedliche Hügel, Felsen, Gräben und Sandkuhlen bilden zu zwei Dritteln den Mond und zu einem Drittel den Mars ab. Das Gelände erfüllt damit alle relevanten geologischen Vorgaben und ist mit verschiedenen Untergründen wie etwa Basalt, Lavasteinen, feinen Kies und Suevit aus dem Nördlinger Ries ausgestattet. Darüber hinaus ist die neue Anlage mit dem bereits bestehenden „Testfeld für planetare Rover“ verbunden. Das zum RMC gehörende DLR-Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik hatte 2021 eine Testumgebung errichtet, um den DLR-Rover Scout für besonders unwegsames Gelände zu trainieren. Die einander gegenüberliegenden Anlagen sind nun durch einen Pfad verbunden und werden von den RMC-Schwesterinstituten gemeinsam genutzt.

Dies eröffnet vielfältige Testmöglichkeiten für die rad- und beinbasierte Fortbewegung von Robotern, autonome Navigation, multimodale Objekterkennung oder der mobilen Manipulation (bei der ein Roboter sich zu einem Ziel bewegt und dort mit seiner Hand etwas ausführt). In Kollaborations-Experimenten könnten die Forschenden testen, wie Roboter mit unterschiedlichen Fähigkeiten gemeinsam eine Karte erstellen oder andere komplexe Aufgaben selbständig lösen. Ein optisches Trackingsystem erlaubt Referenzmessungen, die gemeinsame Standards auch für externe Nutzenden schaffen.

Das Außenlabor ist außerdem mit der IT-Infrastruktur des RMC verbunden. So besteht ein Link zum Deutschen Raumfahrtkontrollzentrum und zur Internationalen Raumstation ISS. Künftig sind Telerobotik-Experimente denkbar, in denen ein Besatzungsmitglied von der ISS aus die Roboter auf dem Testfeld kommandiert. Für besondere Nähe zum Mond sorgt die Zusammenarbeit mit der Mondsimulationsanlage LUNA in Köln, einem Gemeinschaftsprojekt des DLR mit der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Das Institut für Robotik und Mechatronik entwickelt derzeit zwei baugleiche Rover für Tests in Oberpfaffenhofen und in Köln.

Mit Technologien für die Raumfahrt und die Exploration von Mars und Mond hat das DLR stets auch die Erde im Blick. So nutzt das RMC beispielsweise im Projekt AHEAD Weltraumrobotik, um ferngesteuerte Offroad-Fahrzeuge für humanitäre Hilfstransporte zu entwickeln. Auf dem RMC Mond-Mars-Testgelände werden die Forschenden die Technolgieentwicklungen in der Robotik weiter vorantreiben. Das DLR erweitert dabei sein technologisches sowie operationelles Know-How für zukünftige Missionen und Anwendungen.

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• DLR

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Quelle: DLR 25. Juli 2023.

25. Juli 2023 – Das Weltall, den Mond oder den Mars erkunden – dazu entwickelt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Schlüsseltechnologien wie die Telepräsenz-Robotik. So könnten Roboter auf einem fernen Planeten Aufgaben erledigen, die ein Mensch vom Raumschiff im Orbit aus kommandiert. Wie das künftig funktionieren kann, hat nun das Missionsteam „Surface Avatar“ am DLR in Oberpfaffenhofen gezeigt: Von der Internationalen Raumstation ISS aus steuerte eine einzelne Person, NASA-Astronaut Frank Rubio, gleichzeitig mehrere Roboter auf der Erde und ließ sie nach Bedarf teil- oder vollautonom agieren. Diese Kollaboration von Mensch und Roboterteam ist weltweit einmalig und der erfolgreiche Auftakt einer neuen ISS-Experimentreihe.

Das Projekt Surface Avatar wird vom DLR-Institut für Robotik und Mechatronik geleitet und erfolgt in Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation ESA.

„Für uns ist es sehr wichtig, den Aspekt der Mensch-Roboter-Kollaboration in den Vordergrund zu stellen, um Astronautinnen und Astronauten die optimale Unterstützung bereitzustellen. Dazu haben wir vor Jahren bereits die Technologie der kollaborativen Roboter entwickelt, die mittlerweile auch terrestrisch breit eingesetzt wird.

Mit den neuesten Durchbrüchen in der KI werden Roboter so vielseitig und intelligent, dass sie leicht auch von Nicht-Robotikern genutzt werden können“, erklärt Prof. Alin Albu-Schäffer, Direktor des DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik.

Das Robotikteam verfolgt mit den Experimenten zwei Ziele: Zum einen soll demonstriert werden, wie unterschiedliche Roboter zusammen komplexe Aufgaben für Weltraummissionen erledigen können. Zum anderen untersucht das Team die Variationen, wie sich die Roboter telekommandieren lassen, um diese als intelligente Co-Worker jederzeit genau so einzusetzen, wie es die Situation erfordert.

Arbeiten von manuell bis voll automatisiert
Für das aktuelle Experiment wurde im Deutschen Raumfahrtkontrollzentrum am DLR-Standort in Oberpfaffenhofen eine Marslandschaft aufgebaut. In dem Szenario sollten drei Roboter als „Vorhut“ des Menschen erste Arbeiten auf der Planetenoberfläche ausführen.

Astronaut Frank Rubio kommandierte die Roboter vom Columbus-Modul der ISS aus und konnte in der zweistündigen Versuchszeit alle Aufgaben umsetzen: Mithilfe des humanoiden DLR-Roboters Rollin’ Justin entlud er den Lander und installierte einen seismischen Sensor. Den Interact Rover der ESA nutzte der Astronaut zur Überwachung des Geländes und den DLR-Lander LAMA zur Unterstützung der wissenschaftlichen Aktivitäten.

Als völlig neue Technologie testete Rubio eine Steuerung mit skalierbarer Autonomie. Er konnte also bestimmen, in welchem Umfang ein Roboter eine Aktion selbstständig ausführen soll. Per Knopfdruck konnte er einen Roboter eine Aufgabe vollständig autonom ausführen lassen. Der Astronaut konnte aber auch als Avatar den Roboter übernehmen und einzelne Arbeitsschritte wie mit eigener Hand ausführen. Dazu stand ihm das Robot Command Terminal (RCT) zur Verfügung, das drei Bedienelemente vereint: Über einen Bildschirm konnte er jederzeit sehen, was der einzelne Roboter sieht, mithilfe eines Joysticks die Bewegungen steuern und dank eines Interaktionsgeräts mit Kraftrückkoppelung fühlen, was der Roboter „fühlt“.

Als Frank Rubio als Rollin‘ Justin zum Beispiel ein Seismometer auf der simulierten Planetenoberfläche platzierte, spürte der Astronaut den Widerstand des Instruments in der Hand.

Zusammenarbeit am Boden und im All
Das RCT ist intuitiv bedienbar, sodass sich der Astronaut schnell an die Tele-Steuerung gewöhnte. Die meisten Aufgaben konnte er dadurch ohne Hilfestellung umsetzen. Das Robotikteam überwachte das Experiment vom Marslabor in Oberpfaffenhofen aus und stand in Funkkontakt mit dem US-Amerikaner auf der ISS.

„Wir freuen uns, einen Schritt weiter zu sein, um Raumfahrenden und Expertinnen und Experten auf der Erde eine breite Palette von Möglichkeiten anzubieten und ganze Teams aus verschiedenen Robotern vom Weltraum aus zu steuern und zu verwalten. Wir werden künftig in der Lage sein, unsere Roboter auf der Oberfläche als ihre physischen Avatare und als intelligente Mitarbeitende zu nutzen, die immer komplexere Aufgaben ausführen“, sagt Principal Investigator Dr. Neal Y. Lii vom DLR-Institut für Robotik und Mechatronik.

„Diese Mensch-Roboter-Kollaboration ebnet den Weg für zukünftige Missionen und permanente Außenposten auf dem Mond und darüber hinaus“, ergänzt ESA-Projektleiter Dr. Thomas Krüger vom ESA Human-Robot Interaction Laboratory.

Damit sich das Projektteam auf das fachliche Geschehen konzentrieren konnte, wurden sie von den Kolleginnen und Kollegen des Columbus-Kontrollzentrums unterstützt. So sorgte das Betriebsteam für die technischen Voraussetzungen und behielt im Blick, dass Surface Avatar und die anderen Aktivitäten an Bord der ISS aufeinander abgestimmt waren.

Zukunft Mond und Mars
Nach der erfolgreichen Technologiedemonstration folgt nun die detaillierte Auswertung sowie die Vorbereitung der nächsten Simulationen. Surface Avatar sieht mindestens drei Experimente im Abstand von rund sechs Monaten vor, die immer umfangreicher und komplexer werden. Die Forschenden von DLR und ESA werden die Fähigkeiten und Telekommandierung der Roboter dazu gezielt weiterentwickeln. Hinzukommen wird auch DLR-Roboter Bert, der mit seinem hundeähnlichen Körper auf vier Beinen auch unwegsames Gelände erkunden kann. „Es geht darum, den Einsatz von intelligenten Robotern zusammen mit Astronautinnen und Astronauten zu demonstrieren und zu üben und die Schnittstellen weiterhin zu verbessern, um die Technologie in den nächsten Missionen zum Mond und später zum Mars einzusetzen“, fasst Prof. Albu-Schäffer zusammen.

Roboter können überall dort eingesetzt werden, wo es für den Menschen zu gefährlich ist. Erkundungsmissionen im Weltraum sind ohne robotische Unterstützung daher undenkbar. Für künftige Missionen wird die Interaktion von Mensch und Roboter eine noch wichtigere Rolle spielen. Aus den Surface-Avatar-Experimenten gewinnen die Forschenden dazu grundlegende Daten, zum Beispiel wie sich die Latenzzeiten auf die Steuerung auswirken, wie die Schwerelosigkeit die Wahrnehmung des Astronauten beeinflusst und welche Herausforderungen sich im Betrieb stellen. Für das kommende Lunar Gateway und andere Missionen zum Mond oder Mars wird Surface Avatar die Telerobotik somit entscheidend weiterbringen.

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• **ISS** Forschung & Forschungseinrichtungen

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Quelle: DLR 11. November 2022.

11. November 2022 – Die Entstehung der beiden Marsmonde Phobos und Deimos ist bisher ungeklärt. Um dieses Rätsel zu entschlüsseln, startet voraussichtlich 2024 die Mission Martian Moons eXploration (MMX) der japanischen Raumfahrtagentur JAXA zu den beiden Monden. Mit an Bord wird ein deutsch-französischer Rover sein, der die Oberfläche des rund 27 Kilometer großen Phobos detailliert erkunden wird. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat nun einen wesentlichen Teil des Rovers am Standort Bremen integriert und fertiggestellt. Die in Zusammenarbeit mehrerer DLR-Institute entstandene Carbonstruktur samt Aufricht- und Fortbewegungssystem ist in dieser Woche von Bremen nach Toulouse an die französische Raumfahrtagentur CNES geliefert worden. Dort erfolgt bis zum Sommer 2023 die Fertigstellung mit dem Einbau aller Instrumente und Subsysteme. Dort erhält der MMX-Rover auch sein Radiometer miniRAD sowie sein Spektrometer RAX. Beide Instrumente wurden am DLR in Berlin gebaut und bereits zuvor nach Toulouse geschickt.

„Mit dem MMX-Rover betreten wir technisches Neuland, denn noch nie ist ein Erkundungsfahrzeug mit Rädern auf einem kleinen Himmelskörper gefahren, der nur über rund ein Tausendstel der Erdanziehungskraft verfügt“, sagt Dr. Markus Grebenstein vom DLR-Institut für Robotik und Mechatronik in Oberpfaffenhofen, der die DLR-Projektleitung für den MMX-Rover innehat. „Da der Rover im freien Fall aus dem Raumfahrzeug auf Phobos gelangt, wird er bei der Landung unbeschadet mehrere „Purzelbäume“ schlagen und in unvorhersagbarer Lage zum Liegen kommen. Aus dieser Situation heraus muss er sich autonom mithilfe des Antriebssystems aufrichten und anschließend seine Sonnensegel entfalten. Erst dann ist der Rover fahrbereit und überlebensfähig“, so Grebenstein weiter. „Fahren wird er schließlich ganz behutsam mit nur einigen Millimetern pro Sekunde, um trotz der geringen Schwerkraft mit seinen speziellen Rädern den Bodenkontakt zu halten“, ergänzt Dr. Stefan Barthelmes vom DLR-Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik in Oberpfaffenhofen. Am Robotik und Mechatronik Zentrum des DLR in Oberpfaffenhofen wurde das Aufricht- und Fortbewegungssystem entwickelt und gebaut. Die besonders leichte Carbonstruktur hat das DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik beigesteuert.

Porosität und Zusammensetzung der Oberfläche messen
Der nur 25 Kilogramm leichte MMX-Rover wird, angekommen bei Phobos, von der MMX-Muttersonde abgetrennt und etwa 50 Meter hinab zur Mondoberfläche fallen. Dies wurde in ersten Falltests am Bremer DLR-Institut für Raumfahrtsysteme bereits erprobt, wo nun auch die Integration erfolgte. Auf Phobos hat der Rover rund 100 Tage Zeit, die physikalischen und mineralogischen Eigenschaften der Oberfläche zu erkunden. Dabei kommen die beiden DLR-Instrumente miniRAD und RAX aus Berlin zum Einsatz. Das Radiometer miniRAD des DLR-Instituts für Planetenforschung wird mittels Infrarotmessungen die Oberflächentemperatur bestimmen. Zudem ermöglicht es Rückschlüsse auf die Porosität des Oberflächenmaterials, um diese mit Asteroiden- und Kometenproben zu vergleichen. Das Raman-Spektrometer RAX (RAman spectroscopy for MMX) ist eine Entwicklung unter Führung des DLR-Instituts für Optische Sensorsysteme mit Beteiligung der JAXA und der spanischen Raumfahrtagentur INTA. RAX wird entlang der Roverstrecke die mineralogische Zusammensetzung der Phobos-Oberfläche ermitteln. Die Minerale eines Himmelskörpers stehen eng mit seiner Entstehung und Geschichte im Zusammenhang und Vergleiche mit Messungen anderer Rover auf dem Mars helfen den Wissenschaftlern, das Mars-System mit seinen Monden besser zu verstehen.

Neben den beiden DLR-Instrumenten werden in den nächsten Monaten bei der CNES in Toulouse auch zwei Radkameras montiert, die Räder und Untergrund im Blick behalten und dabei wissenschaftliche Daten zum Aufbau der Phobos- Oberfläche sammeln, sowie zwei Navigationskameras integriert. Zudem bauen die Ingenieurteams die Solarpanele, das Energiesystem, das Funksystem für den Kontakt zur Erde, sowie den Bordcomputer in den Rover ein. Dann stehen umfangreiche Tests des vollständigen Rovers an hinsichtlich seiner Funktionen sowie seiner Beständigkeit gegenüber den Vibrationen des Raketenstarts und der extremen Temperaturschwankungen von mehr als 200 Grad Celsius auf Phobos. Die Tests unter Weltraumbedingungen wird der MMX-Rover zusammen mit dem Verbindungs- und Separationssystem zum Mutterschiff, genannt „MECSS“ (Mechanical and Electrical Connection and Support System) absolvieren. Dieser Adapter wird ebenfalls vom DLR bereitgestellt.

Ein Stück Marsmond zur Erde bringen
Die MMX-Raumsonde besteht insgesamt aus drei Modulen. Das Explorationsmodul verfügt über Landebeine, Probennehmer und einige Instrumenten sowie den mitgeführten MMX-Rover. An das Explorationsmodul schließt sich das Return-Modul mit der Kapsel zur Probenrückführung an, gefolgt von einem Antriebsmodul mit den Treibstofftanks und Raketentriebwerken. Der Start der japanischen Raumsonde ist derzeit für 2024 mit einer H-3-Rakete vom japanischen Weltraumbahnhof in Tanegashima geplant. Ungefähr ein Jahr nach dem Verlassen der Erde wird die Sonde dann 2025 in eine Umlaufbahn um den Mars eintreten, um Phobos und Deimos zu beobachten. Anschließend wird sie in einen Quasi-Orbit um den Marsmond Phobos einschwenken, dort wissenschaftliche Daten sammeln, den mitgeführten MMX-Rover absetzen und Proben von der Mondoberfläche nehmen. Nach der Probenentnahme kehrt das Raumfahrzeug mit dem auf Phobos gesammelten Material zur Erde zurück. Die Landung des MMX-Rovers auf Phobos ist für 2027 geplant und die Rückkehr zur Erde mit den Proben im Jahre 2029. Die Messungen und Bilder des Rovers auf der Phobos-Oberfläche werden auch als Referenz für die Orbiter-Instrumente dienen und helfen, die Landung des Explorationsmoduls für die Probennahme vorzubereiten.

Woher kamen „Furcht“ und „Schrecken“?
Phobos und Deimos (zu Deutsch: Furcht und Schrecken), in der griechischen Mythologie die Begleiter des Kriegsgottes Ares, der in der römischen Antike seine Entsprechung im Kriegsgott Mars hatte, begleiten als kleine Monde den Planeten Mars. Entdeckt wurden sie 1877 vom amerikanischen Astronomen Asaph Hall. Aufgrund ihrer geringen Größe (Phobos 27 Kilometer, Deimos 15 Kilometer) sind beide Monde unregelmäßig geformt und erinnern mit ihrer Gestalt eher an Asteroiden. So besagt eine Theorie, dass der Mars die beiden, womöglich im Asteroidengürtel entstandenen Körper in der Vergangenheit „einfing“. Allerdings sind damit die sehr engen und fast kreisrunden Bahnen beider Monde in der Äquatorebene des Planeten nur schwer zu erklären. Diese wären besser nachvollziehbar, wenn Phobos und Deimos Überbleibsel eines riesigen Meteoriteneinschlags auf dem Mars wären. MMX soll dieses schon lang diskutierte Rätsel der Planetenforschung lösen. Die Entstehung des Mars-Systems ist zudem ein Schlüssel, um die Prozesse der Planetenbildung im Sonnensystem insgesamt besser zu verstehen. In jedem Fall dürften Spuren von Gesteinen des Mars auf der Oberfläche von Phobos zu finden sein, die als Auswurfsmaterial späterer Asteroideneinschläge auf Phobos landeten. Damit könnte dann mit den Proben von Phobos auch Material vom Mars in der Rückkehrkapsel zur Erde und damit in irdische Labore gelangen.

MMX – Martian Moons eXploration
MMX ist eine Mission der japanischen Weltraumorganisation JAXA mit Beiträgen von NASA, ESA, der französischen Raumfahrtagentur CNES und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). CNES und DLR steuern zusammen einen 25 Kilogramm schweren Rover bei. Der deutsch-französische MMX-Rover wird unter gemeinsamer Leitung der beiden Partner entworfen und gebaut. Das DLR übernimmt dabei insbesondere die Entwicklung des Rover-Fahrwerks samt Carbonstruktur sowie des gesamten Aufricht- und Fortbewegungssystems. Zudem steuert das DLR das Verbindungs- und Separationssysten zur Muttersonde bei und stellt ein Raman-Spektrometer sowie ein Radiometer als wissenschaftliche Experimente. Diese werden die Oberflächenzusammensetzung und -beschaffenheit auf Phobos messen. Die CNES leistet wesentliche Beiträge mit Kamerasystemen zur räumlichen Orientierung und Erkundung auf der Oberfläche sowie zur Untersuchung der mechanischen Bodeneigenschaften. Darüber hinaus entwickelt die CNES das zentrale Service-Modul des Rovers inklusive des Onboard-Computers sowie des Energie- und Kommunikationssystems. Nach dem Start der MMX-Mission wird der Rover von Kontrollzentren der CNES in Toulouse (Frankreich) und des DLR in Köln betrieben.

Seitens des DLR sind unter der Leitung des Instituts für Robotik und Mechatronik zudem die Institute für Systemdynamik und Regelungstechnik, für Faserverbundleichtbau und Adaptronik, für Raumfahrtsysteme, für Optische Sensorsysteme, für Planetenforschung, für Softwaretechnologie sowie das Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) beteiligt.

Die Mission MMX steht in der Tradition einer bereits langjährigen erfolgreichen Kooperation der Partner JAXA, CNES und DLR. Sie knüpft an die Vorgängermission Hayabusa2 an, bei der die JAXA eine Raumsonde zum Asteroiden Ryugu schickte mit dem deutsch-französischen Lander MASCOT an Bord. Am 3. Oktober 2018 landete MASCOT auf Ryugu und sendete spektakuläre Bilder einer faszinierenden zerklüfteten Landschaft aus Geröll und Steinen. Hayabusa2 nahm Proben von Ryugu und brachte diese am 6. Dezember 2020 zurück zur Erde.

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• MMX Phobos Sample Return (JAXA)
• Marsmonde Phobos und Deimos
• DLR

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Quelle: DLR 2. November 2022.

2. November 2022 – Seit seinem Start vor sieben Monaten hat der deutsche Umweltsatellit EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) fleißig Daten gesammelt. Mehr als 11,4 Millionen Quadratkilometer unserer Erdoberfläche hat er aus circa 650 Kilometern Entfernung mit seinen 242 Spektralkanälen aufgenommen – eine Fläche größer als Europa. Doch diese Daten wurden noch nicht für die Wissenschaft erhoben. Sie wurden gebraucht, um das Hyperspectral Imager (HSI) Instrument optimal für den wissenschaftlichen Betrieb einzustellen und die Qualität der Daten zu überprüfen.

„EnMAP hat uns bereits in seiner sogenannten Kommissionierungsphase erstklassige Aufnahmen von herausragender Qualität von unserem Planeten geliefert. Wir freuen uns, dass wir diese Testphase im Oktober erfolgreich abschließen konnten und nun in den Routinebetrieb starten. Wir dürfen schon sehr darauf gespannt sein, welche neuen, spannenden Erkenntnisse die Wissenschaft in den kommenden Dekaden aus EnMAP-Daten für den Schutz unseres Planeten gewinnen wird. Denn sie können zum Beispiel dazu beitragen, die Erträge in der Landwirtschaft nachhaltig zu verbessern und damit die Ernährungssicherheit bei einer steigenden Weltbevölkerung sicherzustellen“, betont Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstandsmitglied und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR, die die EnMAP-Mission im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) führt.

Während der Kommissionierung mussten die verschiedenen Komponenten des EnMAP-Satelliten sowie das HSI-Instrument verschiedene Tests durchlaufen. In dieser heiklen Phase konnte das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum in Oberpfaffenhofen (GSOC) durch seine langjährige Erfahrung zum erfolgreichen Verlauf der Kommissionierung beitragen und wird auch weiterhin für den Betrieb und – wenn nötig – rund um die Uhr für die Sicherheit des Satelliten im All zur Verfügung stehen. Empfangen werden die EnMAP-Daten vom Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) und dem Institut für Methodik der Fernerkundung in Oberpfaffenhofen, die auch alle Bilder im Rahmen der Kommissionierungsphase kalibriert, auf die Eigenschaften des Instrumentes im Orbit optimiert und gemeinsam mit dem GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) die Datenqualität so stetig verbessert haben. Denn die Daten, die der Satellit zur Erde schickt, sind für den Nutzer nicht direkt verwendbar. Nur wenn sie weiterverarbeitet, also kalibriert, mit Lage- und Positionsbestimmungen versehen sowie die Einflüsse der Atmosphäre korrigiert werden, können die Nutzer am Ende quantitative und qualitative Aussagen aus den Produkten ziehen.

Ab sofort können Forscherinnen und Forscher weltweit ihre Anfragen beim DLR einreichen. Auf archivierte Daten kann unmittelbar kostenfrei zugegriffen werden. Ein Konsortium unter Leitung der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR und des GFZ prüft die Beobachtungsanträge, die aus den Bereichen Einflüsse des Klimawandels, Veränderungen der Landbedeckung und Oberflächenprozesse, Biodiversität und Ökosystem, Zugang zu Wasser und Wasserqualität, natürliche Ressourcen sowie Katastrophenmanagement kommen können. Auch für die „International Charter Space and Major Disasters“ zur kurzfristigen Notfallunterstützung im Katastrophenfall wird EnMAP auf Anfrage wichtige Daten liefern und so die Rettungskräfte weltweit unterstützen. Besonders wichtig erachtet die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR die langfristige Überwachung von Umweltveränderungen. Daher wird diesem Themenkomplex ab Start der Routinephase der Mission Priorität bei der Auswahl zukünftiger Beobachtungen eingeräumt.

Auf dem Weg zu einer nachhaltigeren Landwirtschaft
Der Landwirtschaft kommt in unserer Gesellschaft eine bedeutende Rolle in den Bereichen der Nahrungsmittelversorgung, aber auch in der Baustoff- und Energieversorgung zu. Mit EnMAP eröffnen sich nun neue Möglichkeiten für die Präzisionslandwirtschaft und das landwirtschaftliche Monitoring. Denn seine spektral hochaufgelösten Daten enthalten wichtige Informationen über den Zustand und die Gesundheit von Nutzpflanzen. Am 28. Juli 2022 machte EnMAP bereits während der Kommissionierungsphase eine Aufnahme vom nördlichen Raum Münchens. Unter der Verwendung von effizienten Algorithmen und modernen Techniken des maschinellen Lernens konnten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Departments für Geographie an der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) erstmalig biophysikalische und biochemische Pflanzeneigenschaften großflächig quantifizieren und kartieren. Durch eine wachsende Weltbevölkerung und gleichzeitig starke Umwelteinflüsse der Landwirtschaft, zum Beispiel die Emission klimawirksamer Gase betreffend, steigt die Nachfrage nach landwirtschaftlicher Produktion. Vor diesem Hintergrund können die neuen Informationen in landwirtschaftlichen Managementsystemen genutzt werden, um die Ressourceneffizienz und die Nachhaltigkeit der erforderlichen Ertragsoptimierung zu unterstützen.

Mit EnMAP „verräterischen Methanfahnen“ auf der Spur
Die Produktion fossiler Brennstoffe – hauptsächlich Öl- und Gasförderung sowie Kohlebergbau – ist für große Teile der menschengemachten Methanemissionen verantwortlich. Sie treten häufig als „Methanfahnen“ auf, die von punktförmigen Quellen ausgestoßen werden. Diese relativ kleinen Oberflächenelemente setzen verhältnismäßig große Gasmengen frei und hinterlassen damit eine verräterische Spur in der Atmosphäre. Erkennt man diese Spur schnell, dann kann man die Ursache rasch entfernen und damit die Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre bedeutend verringern. Mit weltraumgestützten, bildgebenden Spektrometern wie EnMAP lassen sich diese Methanemissionen am besten weltweit und flächendeckend überwachen. Das Potenzial der deutschen Umweltmission zur Kartierung dieser Methanfahnen wurde durch erste Messungen in der Kommissionierungsphase bereits bestätigt. Bei diesen Aufnahmen wurden Öl- und Gasförderbecken im südlichen Teil Turkmenistans von EnMAP am 6. Oktober 2022 erfasst. Gleich mehrere aktive Methan-Punktquellen in dieser Region haben Forscherinnen und Forscher vom Research Institute of Water and Environmental Engineering (IIAMA) der Universitat Politècnica de València anhand abgeleiteter EnMAP-Karten zur Erhöhung der Methankonzentration entdeckt.

Einblicke in die Geologie des größten Erosionskraters der Welt
In der israelischen Wüste Negev liegt der größte, durch natürliche Erosion entstandene Krater der Welt – das Makhtesh-Ramon-Basin. In den letzten 220 Millionen Jahren hat sich das weichere Gestein wie beispielsweise Sandstein aus den Flächen härterer Sorten wie Kalkstein und Dolomit herausgewaschen, weggeschwemmt und einen einzigartigen Krater geschaffen. Dieser Nationalpark, der zu den trockensten Gegenden auf unserem Planeten gehört, ist ein Sammelbecken für Fossilien, urzeitliche Vulkankegel, Magmaspalten und -kammern sowie versteinerte Korallenriffe – aber vor allem für Mineralien, die in größter Vielfalt und Fülle dort im Gestein einlagern. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler interessieren sich besonders für diese geologische Einheiten einschließlich Sandstein, eisenoxidreiche Gesteine, Gips, Kalkstein, Dolomit, Tonminerale – wie das Schichtsilikat Kaolinit – und bereits tief in der Erde abgekühlte (plutonisch), kristalline Gesteinseinheiten. Mit dem bloßen Auge sind der Sandstein und die an die Oberfläche „gewanderten“, plutonisch kristallinen Gesteinseinheiten zwar sichtbar. Doch was verbirgt sich darunter? Welche Mengen an Gestein und Mineralien lagern dort im Felsen? Und wie sind diese Einheiten verteilt? Diesen Fragen ist EnMAP zusammen mit Forschenden des Remote Sensing Laboratory der Universität Tel-Aviv auf den Grund gegangen.

Deren Daten aus der Kommissionierungsphase des Satelliten, die vom DLR-Bodensegment prozessiert, bereitgestellt und mit dem GFZ zusammen aufbereitet wurden, geben einen guten Vorgeschmack auf die hohe Qualität der Daten, die wir während der Betriebsphase erwarten können. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler konnten sehr genau zwischen verschiedenen Gesteinsarten (zum Beispiel Dolomit oder Kalkstein) und Mineralien (wie Tone, Sulfate) sowie Variationen innerhalb von Mineralarten aus einem Streifen von vierzig mal sieben Kilometern unterscheiden und sich ein gutes Bild von der Menge und Verteilung der kartierten Einheiten im Vergleich zu flugzeug- und bodengestützten Daten machen – Wissen, dass ohne hyperspektrale EnMAP-Bilder aus dem All gar nicht möglich wäre.

Wasserqualität im Bodensee vom All aus überwachen
Als größtes Wasserreservoir Europas spendet der Bodensee Millionen von Menschen Trinkwasser. Doch in den Monaten Juli und August 2022 erreichte der See einen traurigen Tiefststand: Bedingt durch eine lange Trockenheit in Zeiten des Klimawandels wurde am 9. August 2022 ein sehr niedriger Wasserstand von nur 3,05 Metern in Konstanz gemeldet – nur vier Zentimeter über dem saisonalen Rekord. Die Folge: Je flacher das Wasser, desto schneller erwärmt es sich. Daraufhin wurden an einigen Stellen Sedimente an die Wasseroberfläche gespült und es bildeten sich grüne Algenteppiche in riesigem Ausmaß.

Diese Teppiche wachsen besonders schnell, wo es viele Nährstoffe gibt und das Wasser warm ist. Um einen Überblick über das exzessive Algenwachstum zu bekommen, hat EnMAP am 1. August 2022 in der Kommissionierungsphase den Bodensee und seine Chlorophyll-a-Konzentration aus dem All unter die Lupe genommen. Die vom Alfred-Wegener-Institut (AWI) ausgewerteten Daten dieses wichtigen Pflanzenfarbstoffs geben Aufschluss über die Photosynthese und damit über das Wachstum der Algen. Die satellitengestützten Datensätze zur Verbreitung und Produktivität verschiedener Phytoplanktongruppen sind äußerst wertvoll für die Überwachung der Wasserqualität von Binnengewässern und deren Nutzung als Wasser- und Nahrungsquelle sowie als Naherholungsgebiet.

EnMAP – die deutsche Umweltmission und ihre Partner
Die Umweltmission EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geführt. Mit der Entwicklung und dem Bau des Satelliten sowie des Hyperspektralinstrumentes wurde die OHB-System AG beauftragt. Die Mission steht unter der wissenschaftlichen Leitung des GeoForschungsZentrums Potsdam (GFZ).

Mit dem Aufbau und dem Betrieb des Bodensegments sind drei Institute und Einrichtungen des DLR beauftragt worden: Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum in Oberpfaffenhofen führt den Satellitenbetrieb durch und überwacht ihn. Das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum und das Institut für Methodik der Fernerkundung empfangen, kalibrieren und prozessieren, archivieren und machen die Satellitendaten der Wissenschaft zugänglich. Auch Firmen und Behörden werden die Daten verwenden und damit künftige Services vorbereiten. Die zukünftige Nutzung der EnMAP-Hyperspektraldaten durch Universitäten und wissenschaftliche Einrichtungen und die Entwicklung von speziellen Anwendungen werden durch BMWK-Förderprogramme unterstützt.

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• EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) auf Falcon 9

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Quelle: Julius-Maximilians-Universität Würzburg 25. Oktober 2022.

25. Oktober 2022 – Die größte Wanderungsbewegung, die die Menschheit jemals vollzogen hat, ist in vollem Gange. Dabei führt der Bevölkerungsstrom vom Land in die Städte. Jede Woche migrieren statistisch betrachtet 1,4 Millionen Menschen vom Land in die urbanen Räume auf unserem Planeten. Und wenn die Prognosen stimmen, wird es bis zum Jahr 2050 weitere 2,3 Milliarden Menschen auf der Erde geben – und diese 2,3 Milliarden werden im Prinzip alle in der Stadt wohnen.

Diese beiden Statistiken zeigen eindrucksvoll, dass die Urbanisierung ein wichtiger Treiber des globalen Wandels ist.

Doch die Urbanisierung hat viele Gesichter. Sie zeigt sich in Vorstädten aus Einfamilienhäusern, in hochgeschossigen Großwohnsiedlungen, in urbanen Blockrandbebauungen oder in Stadtlandschaften, die komplett auf dem Reißbrett designt wurden. Im Gegensatz dazu steht die weitgehend ungeplant verlaufende Bildung von Slums durch illegale Landnahme.

„Wir bezeichnen zwar alles davon als Stadt, aber wenn Sie mal durch die lebendige Innenstadt von Würzburg gehen, durch eine Einfamilienhaussiedlung oder durch einen Slum, dann spüren Sie, was sich alles hinter dem Begriff Stadt verbergen kann. Gebaute Stadtlandschaften sind wie ein Seelenzustand“, sagt der neue Würzburger Geographie-Professor Hannes Taubenböck, „sie haben Einfluss darauf, wie wir uns verhalten, wie wir fühlen und denken“.

Big Data zur Analyse von Urbanisierungsprozessen anwenden
Höchstaufgelöste Satellitendaten erlauben es, die Siedlungsstrukturen extrem genau abzubilden. Am Beispiel von Delhi in Indien zeigen sich Gegensätze in direkter Nachbarschaft: Im Norden die komplexe, unvorstellbar dichte Bebauung von „Old Delhi“, im Süden dagegen die auf dem Reißbrett designten, geometrischen und gering verdichteten Siedlungen von Neu-Delhi.

Obwohl sich die Menschheit im Informationszeitalter befindet, existieren immer noch große Wissenslücken über urbane Phänomene. Mit Fernerkundungsdaten von Satelliten können unterschiedliche Dynamiken, Dimensionen und Strukturen physischer Transformationsprozesse auf unserem Planeten anschaulich dokumentiert und analysiert werden. In Kombination mit anderen Datensätzen, etwa aus sozialen Netzwerken oder aus Befragungen, können im Sinne von Big Data gesellschaftliche Auswirkungen von Urbanisierungsprozessen eruiert und Wissenslücken verringert werden.

Die Forschung am neuen Lehrstuhl
Um diese Thematik dreht sich die Forschung am neuen Lehrstuhl für Globale Urbanisierung und Fernerkundung der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU). Hannes Taubenböck wurde zum 1. Oktober 2022 als Leiter des Lehrstuhls berufen. Sein Team erfasst mit Satelliten- und Luftbilddaten Formen der Urbanisierung, dokumentiert deren Veränderungen über die Zeit und analysiert deren ökologische, ökonomische oder soziale Auswirkungen.

Am neuen JMU-Lehrstuhl wird das Wachstum von Megastädten kartiert und quantifiziert. Dort werden auch neue Dimensionen von Stadtlandschaften beobachtet – etwa im Perlflussdelta in China, wo 65 Millionen Menschen leben. Und es werden unterschiedliche Formen der Urbanisierung studiert, etwa Geisterstädte in China, die für weitaus mehr Menschen gebaut wurden als dort aktuell leben, oder die übervollen Slums des globalen Südens, aber auch Stadtentwicklungen in Deutschland.

„Im Zentrum unserer Forschungen stehen zum einen methodische Ansätze, um die immer größer werdenden fernerkundlichen Datensätze in verlässliche Geoinformation zu überführen. Und zum anderen steht die Frage im Fokus, wie und wo wir bauen und wohnen wollen“, sagt Hannes Taubenböck. „Aus dieser Arbeit wollen wir Ideen entwickeln, wie die Städte der Zukunft gestaltet werden können.“

Engagiert in EAGLE und CAIDAS
All diese Themen wird Hannes Taubenböck auch in die Lehre im internationalen Würzburger Masterstudiengang EAGLE (Applied Earth Observation and Geoanalysis) einbringen, um die zukünftige Generation von Forschenden zu dem Thema auszubilden.

„Ich freue mich auch sehr auf die vielfältigen Kooperationsmöglichkeiten mit den Kolleginnen und Kollegen der Universität Würzburg innerhalb von CAIDAS und auch fächerübergreifend, zum Beispiel mit der englischen Sprachwissenschaft. Es ist das Ziel, das Themenfeld in den kommenden Jahren an der JMU fest zu etablieren und zu verstärken“, so Taubenböck.

CAIDAS ist das im Aufbau befindliche Center for Artificial Intelligence and Data Science der JMU. In dem Forschungszentrum werden Strategien entwickelt, um in allen Wissenschaftsgebieten große Datenmengen effizient und mit intelligenten Methoden auswerten und nutzen zu können.

Kooperation nach dem Jülicher Modell
Der neu geschaffene JMU-Lehrstuhl für Globale Urbanisierung und Fernerkundung ist ein Kooperationslehrstuhl mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) nach dem Jülicher Modell. Diese Konstellation ermöglicht synergistische Forschung zwischen der Universität und dem Großforschungszentrum. Lehrstuhlleiter Professor Hannes Taubenböck ist zugleich Leiter der Abteilung „Georisiken und zivile Sicherheit“ am Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) des DLR in Weßling-Oberpfaffenhofen bei München.

Zum Weiterlesen
Taubenböck H (2019): Remote Sensing for the Analysis of Global Urbanization. DLR-Research Report 2019-10. Habilitation Thesis, University Würzburg, 600 p., ISSN 1434-8454.

Taubenböck H, Wurm M, Esch T & Dech S (Hrsg.) (2015): Globale Urbanisierung – Perspektive aus dem All. Berlin Heidelberg, SpringerSpektrum. S. 297.

Taubenböck H & Dech S (Hrsg.) (2010): Fernerkundung im urbanen Raum – Erdbeobachtung auf dem Weg zur Planungspraxis. Wissenschaftliche Buchgesellschaft Darmstadt. August 2010. S. 192.

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• Planet Erde

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Quelle: DLR 12. Oktober 2022.

12. Oktober 2022 – Satelliten werden zusehends zu Netzwerkknoten des Internets. Während terrestrische Knoten über Glasfasernetze eingebunden sind, können Satelliten mit aktuellen Entwicklungen nur dann mithalten, wenn sie ebenfalls optisch vernetzt werden. Programme der europäischen Kommission wie die Secure Connectivity Initiative stützen sich ebenso auf diese Technologie wie eine Vielzahl kommerzieller Netzwerke wie Starlink oder Oneweb, die mit ihren nächsten Generationen ähnliche Entwicklungen anstreben. Im Zentrum der Überlegungen stehen optische Satellitenlinks, wie sie am Institut für Kommunikation und Navigation des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) seit mehr als 20 Jahren konzipiert, entwickelt und getestet werden. Optische Verbindungen werden zudem nicht nur für Kommunikationsnetzwerke in Betracht gezogen, sondern auch für die Quantenverschlüsselung. Diese soll das sichere Internet der Zukunft ermöglichen und die nächste Generation von Satellitennavigationssystemen. Das DLR betreibt seit vielen Jahren experimentelle Bodenstationen, um diese Technologien voranzutreiben. Am 12. Oktober 2022 wurde nun eine neue leistungsstärkere Bodenstation am DLR-Standort Oberpfaffenhofen eingeweiht.

„Zukünftig wird es immer wichtiger, Satelliten effizient miteinander zu vernetzen sowie den Datenaustausch zum Boden sicher und leistungsstark zu gestalten im Angesicht der immer größeren Datenmengen bei Kommunikation, Navigation und Erdbeobachtung ebenso wie vor dem Hintergrund knapper werdender Funklizenzen“, sagt die DLR-Vorstandsvorsitzende Prof. Dr.-Ing. Anke Kaysser-Pyzalla. „Die optische Freiraumkommunikation bietet hier eine vielversprechende Perspektive, deren vielfältige Möglichkeiten wir mit der neu ausgebauten Bodenstation in Oberpfaffenhofen austesten und weiterentwickeln werden. Insbesondere bei der Absicherung des Austauschs sensibler Daten etwa bei kritischen Infrastrukturen im All und auf der Erde können uns Lösungen der satellitenbasierten Quantenkommunikation entscheiden voranbringen.“ Das Kernstück der neuen optischen Bodenstation ist ein neues Teleskop mit 80-Zentimeter Durchmesser in einer sogenannten Coudé-Anordnung, bei der das Licht des Teleskops über Spiegel direkt in ein Labor darunter geführt wird. Dies ermöglicht völlig neue Experimente, die in dieser Form bislang nicht durchgeführt werden konnten.

Datenübertragung mit Terabit-Geschwindigkeit
Optische Verbindungen zwischen Satelliten und den Empfangsstationen am Boden, wie sie bei der Anbindung von Kommunikationssatelliten an das Internet oder bei der Datenübertragung von Erdbeobachtungsatelliten an deren Daten-Prozessierungszentren eingesetzt werden, sind mit dem nötigen Weg durch die Atmosphäre eine besondere Herausforderung. Temperaturschwankungen in der Atmosphäre führen zu einer Verzerrung der optischen Satellitensignale, die Übertragungsfehler bewirken können.

Die neue Bodenstation erlaubt es diese Phänomene genauer als bisher zu untersuchen, um Verfahren für eine fehlerfreie Übertragung auch unter schwierigen Bedingungen zu erreichen. So zielen die Arbeiten des DLR-Instituts für Kommunikation und Navigation sowohl darauf ab, Signale am Boden bestmöglich empfangen zu können, als auch die Sendesignale der Bodenstation so „vorzuverzerren“, dass sie den Satelliten im All möglichst ungestört erreichen. In bodennahen Versuchen konnte das Institut bereits 2016 eine Übertragungsrate von 1,72 Terabit pro Sekunde erreichen und 2017 eine Übertragungsrate von 13,2 Terabit pro Sekunde realisieren. Diese Datenrate würde ausreichen, um ganz Westeuropa mit einer schnellen Internetanbindung zu versorgen. Mit der neuen Bodenstation sollen solche Versuche nun auch mit Satelliten durchgeführt werden.

Quantenschlüssel aus dem All
Eine genaue Entzerrung des Satellitensignals ist zudem eine Grundvoraussetzung, um Quantenschlüssel aus dem All möglichst effizient verteilen zu können. Das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation hat dazu erfolgreiche Vorarbeiten geleistet und bereits im Jahr 2013 zusammen mit der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) erfolgreiche Übertragungsversuche von einem Flugzeug zum Boden durchgeführt. Quantenschlüssel sollen künftig genutzt werden, um die verschlüsselte terrestrische Übertragung so abzusichern, dass sie Angriffen durch Quantencomputer standhalten. „Eine beweisbar sichere Absicherung der Kommunikation ist insbesondere für Nutzer wie Regierungsstellen, Behörden, Banken, Versicherungs- und Industriegesellschaften von immenser Bedeutung“, sagt Dr. Susann Groß, Leiterin der DLR-Programmdirektion für Raumfahrtforschung und -technologie.

Präzisere Navigation mit optischen Satellitenlinks
Satellitennavigationssysteme wie das europäische Galileo und das amerikanische GPS sind bereits heute als unabdingbare Infrastrukturen im alltäglichen Leben und Wirtschaften verankert. Sie senden präzise Zeitsignale aus. Wenn der Empfänger diese Information von mindestens vier Satelliten empfängt, die Uhren korrekt synchronisiert und die Satellitenbahnen genau bekannt sind, kann der Empfänger daraus seine exakte Position ermitteln. Um die Zeitsignale der Satelliten zu synchronisieren und die Satellitenbahnen zu bestimmen, muss heute ein komplexer Prozess auf der Basis von Messungen einer Vielzahl von Sensorstationen am Boden ablaufen. Am DLR wurde mit Kepler ein neuer Ansatz entwickelt, bei dem optische Verbindungen zwischen Navigationssatelliten eingesetzt werden. Diese optischen Verbindungen werden genutzt, um die Satelliten direkt zu synchronisieren und um die Bahnen mit nur zwei Bodenstationen exakt zu bestimmen. Dies führt nicht nur zu einer deutlichen Vereinfachung des Systems, sondern auch zu einer erheblich verbesserten Genauigkeit

„Der Kepler-Ansatz hat das Potenzial die zukünftige Automatisierung im Verkehr durch hochpräzise Ortsdaten deutlich zu erleichtern“, sagt Dr. Pagels-Kerp, DLR-Bereichsvorständin Raumfahrt. Zudem wäre das System kaum mehr anfällig für Störungen, die heute etwa in Kriegs- und Krisengebieten willentlich herbeigeführt werden. In diesem Kontext wird die neue Bodenstation wertvolle Beiträge für die Validierung der DLR-Konzepte liefern.

Technologietransfer
Das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation ist eine der weltweit führenden Forschungseinrichtungen für die Entwicklung optischer Freiraumverbindungen. Im Umfeld des Instituts haben sich Firmen wie TESAT Spacecom in Backnang und die Ausgründung Mynaric zu den bedeutendsten Firmen in diesem Sektor entwickelt. Die neue Bodenstation wird dabei helfen, diese starke deutsche Positionierung zu erhalten und weiterzuentwickeln.

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• DLR

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Quelle: DLR 17. August 2022.

17. August 2022 – Satellitendaten zeigen das ganze Ausmaß der Waldbrände, die aktuell in Europa lodern. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) bietet einen neuen Service an, mit dem die Entwicklungen tagesaktuell und im zeitlichen Verlauf beobachtet werden können. Die Satellitendaten werden automatisch ausgewertet und in eine Karte übertragen. Das ZKI Fire Monitoring System steht ab sofort zur Verfügung und ist kostenfrei nutzbar.

„Wir können nicht nur sagen, wo es gebrannt hat. Sondern auch, wie sehr die Vegetation betroffen ist. Dies ist unter anderem für die Abschätzung der entstandenen Emissionen wichtig“, sagt Gruppenleiter Dr. Torsten Riedlinger vom Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) in Oberpfaffenhofen. Für einen großen Brand südlich der französischen Stadt Bordeaux, die in der vergangenen Woche besonders betroffen war, haben die Satelliten zum Beispiel eine verbrannte Fläche von fast 8100 Hektar erkannt. „Es handelte sich um einen besonders schweren Brand, bei dem dichter Wald zerstört wurde. Wir können das über einen speziellen Index feststellen, der die verbrannte Biomasse anzeigt“, erklärt Torsten Riedlinger.

45 größere Brände in Deutschland seit Anfang Juli
Auch in Deutschland kämpfen die Feuerwehren gegen Waldbrände, die durch die extreme Trockenheit begünstigt werden. Seit Anfang Juli gab es laut ZKI Fire Monitoring System in Deutschland 45 größere Brände. Dabei sind mehrere tausend Hektar Wald, Busch- und Weideland zerstört worden. Die schwersten Brände ereigneten sich in Brandenburg bei Falkenberg, wo eine Fläche von 780 Hektar brannte, und in der Sächsischen Schweiz in der Grenzregion zu Tschechien. Dort brannte in Tschechien und Deutschland eine Fläche von insgesamt 1160 Hektar.

Die Daten stammen von den beiden Sentinel-3 Satelliten, die mit unterschiedlichen Instrumenten zur Beobachtung der Land- und Ozeanoberflächen ausgestattet sind. Das Satelliten-Duo gehört zum europäischen Copernicus-Programm. Über ihre optischen Systeme erfassen die Sentinel-3 Satelliten die Erdoberfläche mit einer Bodenauflösung von etwa 300 Metern. Die Sentinel-3 Satelliten überqueren auf ihren polaren Umlaufbahnen in etwa 800 Kilometern Höhe Europa jeden Tag. Auch mit den amerikanischen Satelliten Aqua und Terra (Flughöhe rund 700 Kilometer) können Waldbrände mehrmals am Tag beobachtet werden. Sie senden täglich ihre Daten, sobald sie die DLR-Empfangsstationen in Neustrelitz (Mecklenburg-Vorpommern) oder Oberpfaffenhofen (Bayern) überfliegen. Die Ergebnisse sind schon etwa 20 Minuten nach dem Satellitenüberflug verfügbar.

Um die Qualität der Aussagen zu verbessern, werden die Daten über mehrere Tage hinweg kontinuierlich verfeinert. Das heißt, die Daten werden nachträglich noch einmal abgeglichen, neu berechnet und überprüft. Das läuft ebenfalls automatisch. Die Nachprozessierung ist wichtig, weil Satelliten mit optischen Instrumenten – anders als etwa Radarsatelliten – nicht durch eine Wolkendecke schauen können.

Unterscheidung zwischen Waldbränden und Bränden auf landwirtschaftlich genutzten Flächen
Die DLR-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben alle Brände in Europa seit 2016 analysiert. Die Karten zeigen, dass viele Brände – vor allem in Süd- und Osteuropa – nicht im Wald, sondern auf landwirtschaftlich genutzten Flächen vorkommen. Im vergangenen Jahr wurden zum Beispiel Brände mit einer Größenordnung von 3,7 Millionen Hektar erkannt. Davon handelte es sich bei rund 1 Million Hektar um Waldbrände. 2017 war das Jahr mit den stärksten Bränden im Beobachtungszeitraum: 5,2 Millionen Hektar standen in Flammen, davon entfielen 1,3 Millionen Hektar auf Wälder. „Besonders betroffen war in dem Jahr Portugal, wo sich Waldbrände auf 3,8 Prozent der gesamten Landesfläche ausdehnten“, sagt Dr. Michael Nolde von der DFD-Abteilung Georisiken und zivile Sicherheit, der die Auswertung der Daten leitet.

Georisiken und zivile Sicherheit
In der Abteilung Georisiken und zivile Sicherheit im Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) des DLR entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Informationsprodukte aus Erdbeobachtungsdaten. Die Forschenden integrieren die Informationsprodukte in Systemlösungen und betreiben entsprechende Services. Ein Schwerpunkt liegt auf der Unterstützung von Maßnahmen bei Umwelt- und Naturgefahren, bei humanitären Krisensituationen sowie zu Fragen der zivilen Sicherheit.

Die thematischen Services stellen aktuelle krisenrelevante Informationen bereit, die für die unmittelbare Krisenreaktion und Notfallkartierung benötigt werden. Außerdem werden sie für die Katastrophenvorsorge und Abschätzung von Georisiken, für die Frühwarnung bei Naturgefahren und technischen Unfällen sowie für Wiederaufbaumaßnahmen verwendet. Die Arbeiten sind in nationale, europäische und internationale Kooperationen eingebunden. Das Zentrum für Satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) ist eine Einrichtung im DFD.

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Quelle: DLR 11. August 2022.

11. August 2022 – China, die Europäische Union (EU) und Großbritannien betreiben weltweit die meisten Offshore-Windkraftanlagen. Das hat eine Auswertung von Satellitendaten durch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ergeben. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben mit einer Künstlichen Intelligenz (KI) nicht nur die Anzahl und die Standorte der Anlagen ermittelt, sondern auch die Entwicklung der vergangenen Jahre, die Leistung und die Entstehung neuer Anlagen.

Im Juni 2021 waren in China 3.267 Offshore-Windkraftanlagen in Betrieb, in der Europäischen Union (EU) 3.096 und in Großbritannien 2.378. Weltweit wurden 8.885 Anlagen gezählt. Bei der Leistung lag die EU vorne: Die Offshore-Windkraftanlagen in der Nord- und Ostsee, der Irischen See sowie im Atlantik vor Portugal kamen auf 15,2 Gigawatt (GW). Die chinesischen Anlagen kamen zu dem Zeitpunkt auf 14,1 GW, die britischen auf 10,7 GW. „Zusammen sind das rund 98,5 Prozent der weltweit vorhandenen, installierten Offshore-Windkraftleistung von 40,6 GW im Juni 2021“, erklärt Thorsten Höser vom Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) in Oberpfaffenhofen. Zum Vergleich: Die drei aktuell noch laufenden Atomkraftwerke in Deutschland haben eine installierte Leistung von insgesamt 4,3 GW.

Ausbau der Offshore-Windenergie
„Ein Blick auf die zeitliche Dynamik verrät, dass vor allem der Eintritt Chinas in den Offshore-Windenergiesektor und der Bau von Offshore-Windparks in Chinesischen Gewässern die Expansionsdynamik beeinflusst hat“, sagt Thorsten Höser. Laut den ermittelten Daten waren dort Mitte des vergangenen Jahres 627 neue Anlagen im Bau. Vor den EU-Küsten waren 63 Anlagen im Bau. Vor den Küsten der USA wurden sieben bestehende Offshore-Windkraftanlagen gezählt. Die Auswertung bezog sich nicht auf landgestützte Windkraftanlagen.

„Offshore-Windkraftanlagen sind ein wichtiger Baustein für eine treibhausgasneutrale Energieerzeugung und unterstützen gleichzeitig nationale Bestrebungen einer autarken Energieproduktion unabhängig von Kohle und Erdgas. Dabei haben sie den Vorteil, an Standorten errichtet zu werden, wo hohe und stetige Windgeschwindigkeiten herrschen“, sagt Prof. Claudia Künzer, Leiterin der Abteilung Dynamik der Landoberfläche im DFD. „1991 wurde der erste Windpark der Welt an der Dänischen Küste errichtet. Seitdem nimmt die Anzahl der Offshore-Windkraftanlagen in Deutschland, Europa und weltweit stetig zu.“ Sowohl die Bundesregierung, als auch die EU und Großbritannien streben aktuell einen Ausbau der Offshore-Windenergie an.

Künstliche Intelligenz zur Auswertung globaler Satellitendaten
Die Analyse von Satellitenbildern ermöglicht erstmals, einen globalen Überblick über den Offshore-Windenergiesektor zu erhalten. Für die Auswertung wurden Zeitreihen des Radarsatelliten Sentinel-1 der Europäischen Weltraumorganisation ESA seit dem Jahr 2016 genutzt. Charakteristisch für die Sentinel-1 Mission ist eine kontinuierliche Wiederholung der Aufnahmen innerhalb weniger Tage.

Die Forschenden am DFD haben Algorithmen entwickelt, die Verfahren der KI – und hier speziell des Maschinellen Lernens – einsetzen, um Offshore-Windkraftanlagen automatisch aus dem riesigen Sentinel-1-Archiv auszulesen. Das Archiv stellte im Jahr 2021 mehr als elf Petabyte Daten bereit. Ein neuronales Netz wurde mit Beispielen darauf trainiert, Windturbinen zu erkennen. „Die Trainingsbeispiele sollten vielfältig sein, um dem neuronalen Netz eine große Möglichkeit an Szenerien während des Lernens zu präsentieren“, erklärt Thorsten Höser, der die Auswertung der Daten geleitet hat. Ein Teil der Forschungsarbeit befasste sich mit der Erstellung der Beispiele. Sie beschreiben charakteristische Eigenschaften eines Satellitenbildes. Anschließend werden die Bildeigenschaften neu zusammengesetzt, um zehntausende völlig neue virtuelle Trainingsbilder zu erzeugen. Dieser Ansatz ist auf andere Objekte übertragbar. So können in Zukunft neben Offshore-Windturbinen weitere Objekte aus globalen Satellitendaten-Archiven extrahiert werden.

Weitere Zahlen und Informationen zu diesem Thema stellt die DLR-Veröffentlichungsreihe „Daten und Fakten“ bereit: Offshore-Windenergie: Anlagenzahl, Kapazität, Ausblick.

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• Planet Erde

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Quelle: DLR 4. Mai 2022.

4. Mai 2022 – Seit ihrem Start am 1. April 2022 ist die deutsche Umweltsatellitenmission EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program), die von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geführt wird, gut einen Monat im All und hat jetzt die ersten hochaufgelösten Satellitenbilder geliefert. Nachdem die Mission die „Launch and Early Orbit Phase“ erfolgreich abgeschlossen hatte, wurden Stück für Stück die einzelnen Subsysteme des hochkomplexen Hyperspektral-Instrumentes unter Kontrolle des Deutschen Raumfahrtkontrollzentrums (GSOC) in Betrieb genommen. Nun hat EnMAP erstmals einen Streifen von etwa 30 Kilometern Breite und 180 Kilometern Länge über Istanbul am Bosporus in der Türkei mit Europa und Asien aufgenommen und die Daten dann über die DLR-Bodenstation in Neustrelitz zur Erde heruntergesendet.

„Schon die ersten Daten von EnMAP zeigen, was der deutsche Umweltsatellit leisten kann“, freut sich Dr. Sebastian Fischer, EnMAP-Gesamtprojektleiter in der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. Zwar befinde man sich mit der Mission erst in der ersten Phase, in der das Instrument kalibriert und exakt eingestellt werde. „Diese ersten Bilder geben uns aber schon einen sehr guten Vorgeschmack darauf, was Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf der ganzen Welt erwarten dürfen. Sie zeigen, dass EnMAP einen großen Beitrag dazu leisten kann, die Folgen des Klimawandels aufzuzeigen und der fortschreitenden Umweltzerstörung entgegenzuwirken.“

Empfangen wurden die ersten Daten vom Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) sowie dem DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung, die die Bilder auch prozessieren und archivieren. Denn die Daten, die der Satellit zur Erde schickt, sind für den Nutzer nicht direkt verwendbar. Nur wenn sie weiterverarbeitet, also kalibriert, mit Lage- und Positionsbestimmungen versehen sowie die Einflüsse der Atmosphäre korrigiert werden, können die Nutzer am Ende quantitative und qualitative Aussagen aus den Produkten ziehen. Dabei wurde die Kalibration dieser ersten Aufnahmen mit Daten, die vom Instrument im Labor gemessen wurden, durchgeführt. Im Rahmen der sogenannten Commissioning Phase, die sechs Monate dauert, werden diese Kalibrationen nun noch auf die Eigenschaften des Instrumentes im Orbit optimiert und die Datenqualität weiter verbessert.

Erste EnMAP-Bilder machen Unsichtbares für unsere Augen sichtbar
Doch was ist in den EnMAP-Bildern eigentlich sichtbar? Jedes Material auf der Erdoberfläche reflektiert das Sonnenlicht in einer für ihn charakteristischen Art und Weise und hinterlässt so eine sogenannte Spektralsignatur. Diesen „farbigen Fingerabdruck“ kann EnMAP mit Hilfe seines Messinstruments erkennen, unterscheiden und abbilden. So steht die Mission unter dem Motto „Unsere Erde in mehr als allen Farben“, weil jedes EnMAP-Bild in ganz viele kleine Wellenlängenbereiche zerteilt wird – viel mehr, als unsere Augen wahrnehmen können. „Die hohe Qualität der Daten in allen Kanälen wird gut sichtbar zum einem in typischen Spektren wie für Vegetation und zum anderen in geringem Rauschen und störenden Bildstreifen bei dem umfangreichen Dynamikbereich, welches gerade in dunklen Bereichen wie Wasser deutlich wird. Bereits basierend auf diesen ersten Daten konnten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Earth Observation Center im DLR nach Atmosphärenkorrektur und mittels inverser Modellierung vorläufige Resultate zur Verteilung der Chlorophyll-a Konzentration an der Wasseroberfläche ableiten“, ergänzt Dr. Tobias Storch, Projektleiter des EnMAP-Bodensegments am Earth Observation Center im DLR.

EnMAP – die deutsche Umweltmission und ihre Partner
Die Umweltmission EnMAP wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geführt. Mit der Entwicklung und dem Bau des Satelliten sowie des Hyperspektralinstrumentes wurde die OHB-System AG beauftragt. Die Mission steht unter der wissenschaftlichen Leitung des GeoForschungszentrums Potsdam (GFZ).

Mit dem Aufbau und dem Betrieb des Bodensegments sind drei Institute und Einrichtungen des DLR beauftragt worden: Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum in Oberpfaffenhofen wird den Satellitenbetrieb durchführen und überwachen. Das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum und das DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung werden die empfangenen Satellitendaten archivieren, prozessieren, validieren und für die Wissenschaft zugänglich machen. Auch Firmen und Behörden werden die Daten ausprobieren und damit künftige Services vorbereiten. Die zukünftige Nutzung der EnMAP-Hyperspektraldaten durch Universitäten und wissenschaftliche Einrichtungen und die Entwicklung von speziellen Anwendungen werden durch BMWK-Förderprogramme unterstützt.

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• EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) auf Falcon 9

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Quelle: DLR.

6. Mai 2022 – Der deutsche ESA-Astronaut Matthias Maurer ist nach knapp sechs Monaten im All und 175 Tagen auf der Internationalen Raumstation ISS wieder zurück auf der Erde. Er landete am 6. Mai 2022 um 00:43 Uhr Ortszeit (06:43 Uhr Mitteleuropäischer Sommerzeit, MESZ) an Bord der Dragon-Kapsel „Endurance“ mit seinen Crew-Kollegen Kayla Barron, Raja Chari und Thomas Marshburn – alle NASA-Astronauten – vor der Küste Floridas im Meer. Maurer und seine NASA-Kollegen hatten die Raumstation am 5. Mai um 01:20 Uhr (07:20 Uhr MESZ) Uhr verlassen und erreichten die Erde nach einem 23,5-Stunden Flug.

Der 52-jährige Werkstoffwissenschaftler war am 11. November 2021 als erster Deutscher an Bord einer Dragon-Raumkapsel des US-Raumfahrtunternehmens SpaceX zur ISS gestartet, am 12. November begann seine erste ISS-Mission „Cosmic Kiss“mit der Ankunft auf der Raumstation. Der gebürtige Saarländer hat mehr als 100 Experimente bei 28.000 Stundenkilometern 400 Kilometer über der Erde im schwerelosen Raum durchgeführt, darunter 34 aus Deutschland. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt ist auf vielfältige Weise an „Cosmic Kiss“ beteiligt: Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR war für die Auswahl und Koordination der Experimente und Beiträge aus Deutschland verantwortlich. Ebenso führten DLR-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler eigene Experimente durch. Das Columbus-Kontrollzentrum, beheimatet im Deutschen Raumfahrtkontrollzentrum beim DLR in Oberpfaffenhofen, organisierte die Planung und Umsetzung der Experimente, die im europäischen Columbus-Modul auf der ISS stattfinden.

„Deutschland ist in der internationalen Raumfahrt ein gefragter Partner. Das Wissen und die Kompetenzen aller auf der Erde an der CosmicKiss-Mission Beteiligten haben einen großen Anteil am Erfolg des Fluges von Matthias Maurer“, betont Prof. Anke Kaysser-Pyzalla, DLR-Vorstandsvorsitzende. „Der deutsche ESA-Astronaut war an mehr als 100 Experimenten, davon 34 aus Deutschland beteiligt. Die Auswertung der Ergebnisse am Boden wird zeigen, wie reich die Ernte sein wird. Resultate der Mission werden dazu beitragen, dass wir irdische Probleme unter anderem in der Biologie, Medizin und Materialwissenschaft noch besser verstehen und damit auch lösen können.“

„Wir freuen uns, dass Matthias Maurer gesund auf der Erde zurück ist. Wir gratulieren ihm zu seiner ersten erfolgreichen ISS-Mission, die unter besonderen – auch weltpolitischen – Herausforderungen stand“, ergänzt Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstandsmitglied und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. „Cosmic Kiss ist ein großer Erfolg, weil die Mission einmal mehr gezeigt hat, wie wichtig der nachhaltige Umgang mit unserem Heimatplaneten ist. Deutschland als größter europäischer Partner der Raumstation setzt auf Forschung für die Zukunft – und auf friedliche internationale Zusammenarbeit.“

Mission mit Weltraumtouristen und einem Außenbordeinsatz
Matthias Maurer war als vierter Deutscher auf der Raumstation Teil der ISS-Langzeitbesatzungen 66 und 67. Er erlebte kurz nach seiner Ankunft am 15. November 2021 die Teilevakuierung der ISS, um einer potenziellen Kollision mit Teilen eines ausgedienten Satelliten zu entgehen. Glücklicherweise kam es zu keinem Zusammenstoß. Die Raumstation war in den vergangene sechs Monaten auch zweimal für mehrerer Tage Aufenthaltsort von „Weltraumtouristen“: Im Dezember 2021 waren zum ersten Mal nach zwölf Jahren zwei Japaner für zehn Tage auf der Raumstation, die von einem russischen Kosmonauten begleitet wurden. Im April folgte dann der zweiwöchige Aufenthalt der ersten privaten ISS-Crew des US-Unternehmens Axiom Space.

Am 23. März arbeitete Matthias Maurer bei einem gemeinsamen Außenbordeinsatz mit dem NASA-Astronauten Raja Chari sechs Stunden und 54 Minuten außerhalb der ISS. Schwerstarbeit: Gemeinsam installierten die beiden Astronauten neue Schläuche an einem Kühlsystem, tauschten eine Kamera aus und schlossen Strom- und Datenverbindungen an die europäische Forschungsplattform Bartolomeo an. Der Außenbordeinsatz war der 441. Weltraumausstieg in der Raumfahrtgeschichte. Am 28. April nahm Matthias Maurer seine Kollegin Samantha Christoforetti in Empfang. Die Italienerin folgt dem Deutschen mit ihrer zweiten Mission „Minerva“ als ESA-Astronautin auf der ISS.

Matthias Maurer war insgesamt rund 4100 Stunden auf der Internationalen Raumstation, er hat mehr als 2700 Mal die Erde umrundet und dabei fast 2800 Sonnenauf- und Sonnenuntergänge gesehen. Maurer hat sehr häufig beim Sport den neuen EMS-Fitnessanzug getragen und auch für das in Kooperation mit der Universität des Saarlandes durchgeführte Experiment „Touching Surfaces“, wo es um die Keimverschmutzung von Oberflächen geht, hat er überdurchschnittlich viel gearbeitet. Er hat nachhaltigeren Beton in Schwerelosigkeit getestet und eine Versuchsreihe über Biopflaster aus dem 3D-Drucker durchgeführt. „Das Gros seiner Experimente betraf die Bereiche Materialwissenschaften, Humanphysiologie, Technologie und Nachwuchsförderung“, bilanziert DLR-Cosmic-Kiss-Missionsmanager Volker Schmid. Kinder und Jugendliche für die Raumfahrt und insbesondere MINT-Fächer zu begeistern, stand auch bei Cosmic Kiss im Fokus. Matthias Maurer ist Botschafter der Stiftung Kinderherz und hat von der ISS aus auch Schulaktionen des DLR unterstützt.

Von der Raumstation direkt ins raumflugmedizinische Zentrum beim DLR
Der deutsche ESA-Astronaut wird am 6. Mai gegen 22:30 Uhr zurück in Deutschland erwartet: im raumfahrtmedizinischen Forschungszentrum :envihab beim DLR in Köln wird Maurer von DLR- und ESA-Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern empfangen und die kommenden 14 Tage rund um die Uhr betreut werden.

„Wir freuen uns, dass auch Matthias Maurer das :envihab als erste Anlaufstelle nach seiner Rückkehr aus dem All beziehen wird. Es bietet ideale Bedingungen, um sich von den Monaten im Weltraum zu erholen. Unser hochspezialisiertes Team wird sich optimal um ihn kümmern und kann so zum erfolgreichen Verlauf der Cosmic Kiss-Mission beitragen“, betont Prof. Jens Jordan, Leiter des DLR-Instituts für Luft- und Raumfahrtmedizin. Matthias Maurers „Direct Return“ ist der achte Aufenthalt europäischer Astronauten in dem raumfahrtmedizinischen Forschungszentrum des DLR: Vor ihm haben sich der Franzose Thomas Pesquet (2021 und 2017), der Italiener Luca Parmitano (2020), der Deutsche Alexander Gerst (2018 und 2014), der Brite Timothy Peake (2016) und der Däne Andreas Mogensen (2015) hier wieder an die Bedingungen auf der Erde angepasst.

Ohne Bodenkontrolle keine erfolgreiche Mission
Ob Außenbordeinsatz, wissenschaftliche Experimente oder Live-Events – während Matthias Maurer auf der ISS seine Runden um die Erde drehte, stand er stets in engem Bodenkontakt mit dem Columbus-Kontrollzentrum, das im Deutschen Raumfahrtkontrollzentrum beim DLR in Oberpfaffenhofen angesiedelt ist. Rund 50 Mitarbeitende sorgen bei allen ESA-Missionen dafür, dass das europäische Forschungslabor auf der ISS jederzeit voll einsatzfähig ist. Bei seinen vielseitigen Aufgaben standen sie Matthias Maurer rund um die Uhr zur Seite.

Columbus-Flugdirektor Stefan Neumann lobt die Zusammenarbeit mit dem deutschen ESA-Astronauten: „Es ist schön zu sehen, dass Matthias Maurer während seiner Cosmic Kiss-Mission zahlreiche Versuche aus unterschiedlichsten Forschungsgebieten erfolgreich durchführen konnte. Mit ihm zu arbeiten hat uns allen viel Freude bereitet.“

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• Matthias Maurer auf ISS Expedition 66/67

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