Quelle: DLR.

Mit dem kommerziellen Mikrosatelliten ESAIL ist am 3. September um 3:51 Uhr mitteleuropäischer Sommerzeit eine neu entwickelte Satellitenplattform an Bord einer Vega-Trägerrakete vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou ins Weltall gestartet. Die Entwicklung des ersten Satelliten des SAT-AIS-Programms der Europäischen Weltraumorganisation ESA wurde vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert. Die Aufgabe von ESAIL wird es sein, Schiffe zu orten und den weltweiten Schiffsverkehr zu beobachten.

Kernkomponenten für die neue Plattform kommen aus Deutschland
In einer Höhe von rund 515 Kilometern wird ESAIL die Erde rund fünf Jahre lang umrunden. Der würfelförmige Satellit gehört mit einer Kantenlänge von nur 60 Zentimetern und einem Gewicht von rund 110 Kilogramm zu den Mikrosatelliten. Der internationale Markt für diese kleinen Satelliten wächst, denn sie können für die unterschiedlichsten Aufgaben im niedrigen Erdorbit eingesetzt werden. So gehören die Erdbeobachtung, Datenrelaisdienste im Internet der Dinge und Technologietests zu ihrem Aufgabenspektrum.

„Das Besondere an ESAIL ist die neue, flexible Satellitenplattform namens Triton“, erklärt Dr. Marc Hofmann, zuständig für ESAIL im DLR Raumfahrtmanagement. „Kleine und mittelständische Unternehmen aus Deutschland haben Kernkomponenten hierfür entwickelt“. Satelliten wurden in der Vergangenheit für jeden Einsatz maßgeschneidert, was einen hohen finanziellen und zeitlichen Aufwand erforderte. Um Zeit und Kosten bei der Herstellung zu sparen, werden daher immer häufiger flexiblen Plattformen entwickelt und eingesetzt. „Diese Plattformen kann man nun mit geringen Anpassungen quasi von der Stange kaufen“, so Dr. Hofmann.

Eine genaue Positionsbestimmung erhöht die Sicherheit im Schiffsverkehr
ESAIL beobachtet vom Weltraum aus Schiffe, die zuvor mit dem Ortungssystem AIS (Automatic Identification System) ausgerüstet wurden. Mit Hilfe dieses satelliten-gestützten Systems (SAT-AIS) können Schiffe weltweit identifiziert und ihre genaue Position bestimmt werden. AIS-Daten sind wichtig, um Kollisionen zwischen Schiffen zu vermeiden, Fahrtrouten zu überwachen, und Umweltkriminalität zu bekämpfen. ESAIL wird die Satellitenflotte des kanadischen Unternehmens exactEarth ergänzen, das Ortungs- und Informationsdienste für den maritimen Sektor anbietet.

Mittelständische Unternehmen in Deutschland leisten wichtigen Beitrag zu ESAIL
ESAIL wurde im Rahmen des SAT-AIS-Programms als Teil des ARTES-Programms (Advanced Research in Telecommunications Systems) der ESA entwickelt.

Gebaut wurde ESAIL von der in Luxemburg ansässigen Firma LuxSpace, einem Tochterunternehmen des Bremer Raumfahrtkonzerns OHB SE. Kernkomponenten der Triton-Plattform wurden von deutschen KMUs (kleinen und mittelständischen Unternehmen) entwickelt.

Das Datenübertragungssystem der Satellitennutzlast stammt von der STT-SystemTechnik GmbH in München. Teile des Lageregelungssystems wurden von der Berliner Astro- und Feinwerktechnik Adlershof GmbH, sowie von der ZARM Technik AG aus Bremen gefertigt.

Der deutsche Programmbeitrag in SAT-AIS kommt somit zu hundert Prozent mittelständischen Unternehmen zugute. Das DLR Raumfahrtmanagement fördert durch seine Beiträge zu den ESA-Programmen die Entwicklung neuer, flexibler Satellitenplattformen für den Einsatz im erdnahen Orbit.

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• SSMS POC Mission auf Vega (VV16)

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Quelle: DLR.

Bei der Steuerung von Satelliten oder dem Betrieb des Columbus-Labors auf der Internationalen Raumstation ISS dürfen keine Fehler passieren. Jeder Arbeitsschritt und jeder Befehl folgt einer festgelegten Prozedur und wird dokumentiert. Um den Sprechfunk des Kontrollraums automatisiert in Textprotokolle zu überführen und Schlüsselinhalte gleichzeitig zu verlinken, entwickelt das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC) des DLR „openvocs“ – eine Software zur Sprachübertragung. Die Technologie könnte künftig auch Astronauten zur Kommandierung von Mondrovern oder anderen Robotersystemen dienen. Dazu untersucht das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Zusammenarbeit mit der Mozilla Corporation, ob die offene Spracherkennungsplattform „DeepSpeech“ für eine sprachbasierte Robotersteuerung verwendet werden kann. Ziel ist es, eine offene Softwarelösung zu entwickeln, die zur freien Nutzung auf Smartphones und anderen gängigen Eingabegeräten geeignet ist. Ein erster Prototyp soll bis zum Herbst erarbeitet werden.

Die Sprachübertragung in openvocs basiert auf der Web-Echtzeitkommunikation WebRTC und stellt die Verbindungen zwischen Spracheingabegerät und Roboter her. Dieser offene Übertragungsstandard wird von allen großen Browsern unterstützt, sodass eine Vielzahl von Endgeräten als Sprachterminal genutzt werden können. So ist die Basistechnologie WebRTC auch bei Datentransfers von Videokonferenzen, Chats oder Desktop-Sharing üblich.

Die DLR-Wissenschaftler verfolgen den Ansatz, zuerst die Spracheingabe mittels der DeepSpeech-Plattform in Text umzuwandeln. Die künstliche Intelligenz von openvocs soll diesen Text dann analysieren und festgelegte Kommandos erkennen. Für das Testszenario nutzen die Entwickler eine Roversteuerung mit einfachen Befehlssätzen wie „nach links“, „nach rechts“, „vorwärts“ oder „rückwärts“. Im letzten Schritt aktiviert die Texterkennung die entsprechende Motorsteuerung des Roboters – der Sprachbefehl wird ausgeführt.

Die Sprachkommandos können individuell programmiert werden. Dazu nutzen die Experten des GSOC maschinelles Lernen und testen, wie gut das neue Sprachmodell die gelernten Befehle erkennt. Hier gilt es unter anderem Mehrfachbedeutungen von Worten und andere semantische Überlagerungen, sowie Verneinungen korrekt zuzuordnen. So muss die Software beispielsweise lernen, dass der Ausdruck „niemanden zurücklassen“ kein Bewegungsbefehl ist, und dass die Kommandos „zurück“ und „rückwärts“ dieselbe Wortbedeutung haben.

Darüber hinaus arbeiten die Experten aus Berlin und Oberpfaffenhofen an einer möglichst intuitiven Bedienung. Um die Sprachsteuerung zu aktivieren soll kein Triggerbefehl notwendig sein. Stattdessen sollen die vordefinierten Kommandos automatisch im Sprachstrom erkannt werden. Ferner benötigt Mozillas DeepSpeech-Plattform keine Cloud-Lösung zur Datenverarbeitung und lässt sich als Software herunterladen und individuell trainieren. Nutzer können das “speech-to-text“-Model direkt auf den Roboter laden und verfügen damit über eine lokale Spracherkennung. Dank der Opensource Lizenz von „DeepSpeech“ ist künftig auch die freie Nutzung der DLR-Technologieentwicklung möglich.

„Wir haben das openvocs-Projekt im DLR mit dem Ziel zur Bereitstellung einer offenen und flexiblen Plattform für Kontrollraumkommunikation gestartet. Die Spracherkennungslösung von Mozilla fügt sich hier nahtlos ein. Ich freue mich sehr über die Kombination beider Arbeiten, da dies ganz neue und spannende Möglichkeiten für die Kommunikation im Raumfahrtbereich bietet“, sagt openvocs-Systemingenieur Markus Töpfer vom DLR-Raumflugbetrieb und Astronautentraining.

Kelly Davis, Manager Machine Learning Group von Mozilla, ergänzt: „Das Interesse des DLR an unserer STT-Technologie bestätigt insbesondere unsere Arbeit an Leistungsoptimierungen für Embedded-Systeme und kleine Geräteplattformen. Auch wenn wir noch in der Testphase sind: Ehrlicherweise ist das Kind in mir auch begeistert von der Idee vielleicht eines Tages in den Himmel schauen zu können und zu wissen, dass wir eine kleine Rolle bei dem gespielt haben, was sich so viele Kilometer über uns abspielt.

In den kommenden Monaten baut das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum die Schnittstelle „Sprache-zu-Text“ für die neue Kommunikationslösung auf und bindet diese in die openvocs-Plattform des DLR ein. Gemeinsam mit Mozilla erforscht das Entwicklerteam gezielt die Grundlagentechnologien, sodass Astronauten und Nutzer auf der Erde ihre Hände in Zukunft frei bewegen können, wenn sie einen Roboter steuern.

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