Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und fünf europäische Unternehmen haben sich im Projekt RETALT (RETro Propulsion Assisted Landing Technologies) zusammengeschlossen, um gemeinsam die Erforschung und Entwicklung von Schlüsseltechnologien für rückwärtslandende Raketen voranzutreiben. Über drei Jahre untersucht das Konsortium die Aerodynamik, die Aerothermodynamik, also die Oberflächentemperaturen während des Flugs, die gesamte Flugdynamik bei Flug und Rückflug, Navigation und Steuerung sowie Strukturteile, Materialien und Mechanismen.

"In den USA sind wiederverwendbare Raumtransportsysteme mit Retro-Schub schon in der Praxis in Betrieb. Die Bilder und Videos von SpaceX sind um die Welt gegangen. Da verwundert es vielleicht, dass die physikalischen Phänomene hinter den Technologien noch gar nicht vollständig verstanden sind. Aber es ist so: Stand heute fehlen hochwertige, experimentelle Daten aus Windkanalversuchen und Bodendemonstratoren", sagt Prof. Ali Gülhan, RETALT-Projektkoordinator und Leiter der Abteilung Über- und Hyperschalltechnologien am DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik in Köln. "Wenn wir diese Daten mit numerischen Simulationen kombinieren, können wir die komplexe Physik besser verstehen und einen großen Schritt in Richtung Wiederverwendbarkeit von Raketen in Europa machen. Nur eine enge und intensive Zusammenarbeit von Forschung und Industrie kann das Know-how für eine schnellstmögliche Umsetzung der notwenigen Technologien liefern", so Gülhan weiter.

Während des Projekts werden zwei Konzepte für senkrecht startende und landende Raketen getestet: Die Konfiguration RETALT1 hat zwei Stufen – ähnlich den konventionellen Raketen Falcon 9 oder Ariane 5. Die erste Stufe dieser Trägerrakete soll wieder landen. Der zweite Launcher (Konzept RETALT2) hat nur eine einzige Stufe. Er ist für kleinere Nutzlasten ausgelegt und bremst bei der Rückführung nicht nur mit dem Retro-Schub, sondern zusätzlich mit Hilfe einer großen aerodynamischen Grundfläche an der Unterseite.

Das RETALT-Team untersucht sämtliche Aspekte mit Referenzkonfigurationen, und Modellen im kleineren Maßstab. So werden bei den Aerodynamiktests in den Windkanälen des DLR Modelle in Maßstäben zwischen 1:30 und 1:100 eingesetzt. Konfigurationen zur Untersuchung von Strukturkomponenten wie den Landebeinen entstehen in Maßstäben von bis zu 1:3. Während des Projekts werden die Technologien in repräsentativen Umgebungen getestet. Davon ausgehend können in Folgeprojekten Prototypen gebaut und tatsächlich im Wellstall getestet werden. 

Über das Projekt RETALT

RETALT (RETro Propulsion Assisted Landing Technologies) ist ein europäisches Projekt, das von der Europäischen Kommission im Rahmen des EU-Förderprogramms Horizont 2020 mit drei Millionen Euro gefördert wurde. Partnerorganisationen sind das DLR, CFS Engineering (Schweiz), Elecnor Deimos (Spanien), MT Aerospace (Deutschland), Almatech (Schweiz) und Amorim Cork Composites (Portugal).

Das DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik ist verantwortlich für die Koordination des Projekts, das Design der Referenzkonfigurationen sowie die Bewertung von Aerodynamik und aerothermodynamischem Verhalten durch Windkanaltests und Computational-Fluid-Dynamics-Simulationen (CFD). Beteiligt sind die Abteilungen Über- und Hyperschalltechnologien am DLR-Standort Köln und die Abteilung Raumfahrzeuge am Standort Göttingen.

Auch CFS Engineering führt CFD-Simulationen durch und ist darüber hinaus für die Verbreitung und Verwertung der Projektergebnisse verantwortlich. Elecnor Deimos untersucht die Flugdynamik und entwickelt das Leit-, Navigations- und Steuerungskonzept für die Referenzkonfigurationen. MT Aerospace entwickelt Strukturkomponenten wie die Landebeine sowie aerodynamischen Steuerflächen und wird skalierte Demonstratoren der Strukturen herstellen. Almatech entwickelt Mechanismen für die Strukturbauteile und ist verantwortlich für die Konzeption einer Schubvektorsteuerung (TVC). Amorim Cork Composites entwickelt das Thermalschutzsystem (TPS) für kritische Bauteile, insbesondere die Grundfläche der Trägerraketen, die mit heißem Abgasstrahl im Windkanal getestet werden.

Quelle: PM DLR

Die Erde ist ein ganz besonderer Planet: Sie ist der einzige Himmelskörper im Sonnensystem, von dem wir wissen, dass er Leben beherbergt. Oder gibt es doch weitere Planeten und Monde, auf denen Leben vorstellbar wäre? Der Mars wird hier immer zuerst genannt, er hat viele Eigenschaften mit der Erde gemeinsam und in seiner geologischen Vergangenheit strömte auch Wasser über seine Oberfläche. Doch heute sind die Bedingungen auf dem Mars so extrem, dass es schwer vorstellbar ist, dass Organsimen, wie wir sie von der Erde kennen, auf dem kalten und trockenen Wüstenplaneten überleben könnten. Herauszufinden, ob es doch möglich ist, war eines der Ziele des vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt koordinierten Experiments BIOMEX (BIOlogy and Mars EXperiment) auf der Internationalen Raumstation ISS. Jetzt liegen die Ergebnisse vor.

Ein wesentliches Resultat: Tatsächlich sind manche irdische biologische Substanzen und Strukturen sehr hart im Nehmen. Sie überlebten grenzwertige Umweltbedingungen während eines 18-monatigen Stresstests im Weltall. Dabei waren Proben unterschiedlicher Organismen wie Bakterien, Algen, Flechten und Pilze auf einer Außenplattform der ISS insgesamt 533 Tage dem Vakuum, intensiver UV-Strahlung und extremen Temperatur-Unterschieden ausgesetzt. "Einige der Organismen und Biomoleküle haben im offenen Weltraum eine enorme Strahlungsresistenz gezeigt und kehrten tatsächlich als ‚Überlebende‘ aus dem All zur Erde zurück", zeigt sich Dr. Jean-Pierre Paul de Vera vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof beeindruckt. Dem Astrobiologen oblag die wissenschaftliche Leitung von BIOMEX. "Wir haben unter anderem Archäen, also einzellige Mikroorganismen, wie es sie auf der Erde seit über dreieinhalb Milliarden Jahren im salzigen Meerwasser gibt, untersucht. Unsere ‚Probanden‘ sind Verwandte, die aus dem Permafrost der Arktis isoliert wurden. Sie haben unter Weltraumbedingungen überlebt und sind zudem mit unseren Instrumenten detektierbar. Solche Einzeller wären Kandidaten für Lebensformen, die wir uns auch auf dem Mars vorstellen könnten."

Leben auf dem Mars scheint nicht unmöglich zu sein

Mit diesem Ergebnis wurde das Hauptziel des Experiments erreicht: Prinzipiell scheinen manche Lebewesen, die auf der Erde unter extremen Umweltbedingungen vorkommen, sogenannte "extremophile" Organismen, auch auf dem Mars existieren zu können. "Das bedeutet freilich noch lange nicht, dass Leben auch wirklich auf dem Mars vorkommt", schränkt de Vera ein. "Aber die Suche danach ist nun mehr denn je die stärkste Triebfeder für die nächste Generation von Raumfahrtmissionen zum Mars."

Die Existenz von zumindest sehr einfachen Lebensformen auf dem Mars, ob in der viereinhalb Milliarden Jahre langen Vergangenheit des Planeten oder sogar noch in der Gegenwart, ist für DLR-Astrobiologen de Vera und Kollegen prinzipiell vorstellbar. Doch bis heute fehlt der Nachweis von Leben auf dem Mars. Raumsonden in der Umlaufbahn und mobile Labore auf der Marsoberfläche zeigten zwar, dass wichtige Voraussetzungen für Leben auch noch heute vorhanden sind - eine Atmosphäre, Elemente wie Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel oder Phosphor, auch Wasser - zumindest in Form von Eis. Doch Leben selbst oder dessen Stoffwechselprodukte registrierten die Detektoren der Marsforscher bisher noch nicht.

Die BIOMEX-Ergebnisse stärken auch eine Hypothese, die unter Wissenschaftlern seit Jahrzehnten intensiv diskutiert wird und bei der Frage, wie das Leben vor 3,8 Milliarden Jahre auf die Erde kam, eine Rolle spielt: Die sogenannte Panspermia-Theorie geht davon aus, dass Organismen auf dem frühen Mars existierten und durch einen Asteroideneinschlag in ausgeworfenem Gestein von dem Planeten weggeschleudert und ins innere Sonnensystem verfrachtet wurden. Dort kollidierten manche als Meteoriten mit der Erde und die darin enthaltenen Organismen entwickelten sich weiter.

Vakuum, UV-Strahlung, Hitze, Kälte - BIOMEX als Stresstest für die Mikro-Probanden

Für das BIOMEX-Experiment wurden am 18. August 2014 mehrere hundert Proben in einem Experimentkasten von den russischen Kosmonauten Alexander Skwortzow und Oleg Artemjew auf der Außenplattform des russischen ISS-Moduls Swesda angebracht. In den zum Weltraum-Vakuum hin offenen Probenbehältern befanden sich primitive irdische Organismen wie Moose, Flechten, Pilze, Bakterien, Archäen ("Urbakterien") und Algen sowie Zellmembranen und Pigmente. Sie waren unter anderem in simulierten mineralischen Marsböden mit imitierter Marsatmosphäre eingebettet. Am 22. Oktober 2014 entfernten die Kosmonauten Maxim Surajew und Alexandr Samokutjaew die Schutzabdeckung. Ab diesem Zeitpunkt waren die Proben unter hochtransparenten Gläsern permanent den harten Weltraumbedingungen im Vakuum ausgesetzt, mit großen Temperaturschwankungen und der dort herrschenden starken UV-Strahlung. "Dabei bot die ISS einmal mehr ideale Voraussetzungen für ein Experiment, das nur unter Weltraumbedingungen durchgeführt werden konnte", freute sich Dr. de Vera.

Am 3. Februar 2016 wurde das Experiment bei einem dritten Außenbordeinsatz von den Kosmonauten Juri Malentschenko und Sergeij Wolkow wieder abgedeckt und in die Raumstation zurückgebracht. Am 18. Juni 2016 kehrten die Proben mit dem ESA-Astronauten Tim Peake an Bord einer Sojus-Raumkapsel zur Erde zurück. Anschließend wurde das Experiment von Baikonur (Kasachstan) zum DLR nach Köln überführt und die einzelnen Proben von den BIOMEX-Wissenschaftlern in 30 Forschungseinrichtungen in zwölf Ländern auf drei Kontinenten untersucht. Vom 27. bis zum 29. März 2019 stellt das DLR in Berlin auf einer wissenschaftlichen Konferenz den BIOMEX-Abschlussbericht mit den Ergebnissen vor. Bisher wurden 42 begutachtete Artikel in Fachmagazinen veröffentlicht. Das renommierte Journal "Astrobiology" widmete BIOMEX im Februar eine Sonderausgabe (Vol. 19, Issue 2, 2019).

Neue Sensoren könnten die Stoffwechselprodukte von Organismen entdecken

Die von Mikroorganismen, wie Archäen, gebildeten Stoffwechselprodukte oder Zellbestandteile könnten von Instrumenten zukünftiger Missionen auf der Marsoberfläche gemessen werden. Damit wurde ein weiteres Ziel des BIMOEX-Experiments erreicht. Das Berliner DLR-Institut für Optische Sensorsysteme nutzt zusammen mit dem Institut für Planetenforschung zu diesem Zweck Detektionsmethoden zur Identifikation der oben genannten Materialien, die ohne Probenvorbereitung auskommen. Eine dieser Methoden ist die Raman-Spektroskopie. "Mit der Raman-Spektroskopie können wir zerstörungs-und berührungsfrei Proben auf der Marsoberfläche von einem Rover aus untersuchen", erklärt Dr. Ute Böttger vom DLR-Institut für Optische Sensorsysteme. "Laserstrahlen, also energiereiches, gebündeltes Licht, regen Moleküle zu Schwingungen an. Unterschiedliche Moleküle haben dabei unterschiedliche Schwingungsmuster, die wie ein unverwechselbarer Fingerabdruck zur Identifikation von Molekülen und Kristallstrukturen verwendet werden können."

Die Ergebnisse von BIOMEX stellen nicht nur bei der Suche nach Leben auf dem Mars einen Fortschritt dar. Sie dienen auch der Definition von "Biosignaturen" im All und erweitern die Basis für eine Datenbank, die als Grundlage für die Suche nach Leben in unserem Sonnensystem dienen wird. Zukünftige Missionen, wie die von der ESA für 2020 geplante ExoMars-Mission, werden maßgeblich von diesen Daten profitieren. Sie können eine wichtige Hilfe bei der Identifikation und Zuordnung von Signalen darstellen, die bei ExoMars 2020 beobachtet oder die mit Raumsonden von anderen Himmelskörpern gewonnen werden. Beispielsweise wurden auch in den Eisfontänen auf dem Saturnmond Enceladus Spuren von Methan nachgewiesen. Dort, wie auch unter den Eiskrusten der Jupitermonde Europa und Ganymed, sind vermutlich beträchtliche Mengen an Wasser vorhanden, in denen primitive, einzellige Organismen entstanden sein könnten.

Das BIOMEX-Experiment

BIOMEX war eines von vier Experimenten, die unter dem Namen EXPOSE-R2 (Das R steht für die Russische Version der Expositionsplattform, die 2 für das zweite Experiment dieser Art) zusammengefasst sind. Neben BIOMEX waren dies die Experimente BOSS, PSS und IBMP. Es wurde gemeinsam von der Europäischen Weltraumorganisation ESA und der russischen Weltraumagentur Roscosmos durchgeführt. "Dabei bot die ISS ideale Voraussetzungen für ein Experiment, das unter Weltraumbedingungen durchgeführt werden sollte", freute sich Dr. de Vera. Vor dem BIOMEX-Experiment in der 400 Kilometer hohen Umlaufbahn wurden Auswahlversuche in der Mars-Simulationskammer am DLR-Institut für Planetenforschung durchgeführt. Schließlich wurden Vorversuche und parallel zu den Weltraumexperimenten im All Tests mit ISS-identischer Versuchsanordnung in einer Weltraumsimulationskammer im DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln durchgeführt, die unter der Leitung von DLR-Wissenschaftlerin Dr. Elke Rabbow standen. Damit wurden "Kontrollproben" zum Ablauf des Experiments und der wissenschaftlichen Auswertung geschaffen.

BIOMEX - das ESA/Roscosmos "Biology and Mars Experiment" - fand von 2014 bis 2016 auf der Internationalen Raumstation ISS statt. Das Experiment wurde vom DLR-Institut für Planetenforschung koordiniert und geleitet. Des Weiteren waren die DLR-Institute für Luft- und Raumfahrtmedizin und Optische Sensorsysteme beteiligt. In Deutschland wirkten an der Durchführung und Auswertung ferner mit: das Robert Koch Institut, die Technische Universität und das Museum für Naturkunde in Berlin, die Technische Hochschule Wildau, das Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie, das Geoforschungszentrum in Potsdam sowie die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf.

Quelle: PM DLR

- Das Europäische Datenrelais-Satellitensystem EDRS, auch bekannt als "Datenautobahn im All", setzt einen neuen Standard in der Echtzeit-Datenübertragung: Die innovativen Laserknoten können Datenvolumen von bis zu 1,8 Gigabit pro Sekunde mit minimalem Zeitverzug auf die Erde transportieren. 

- Der erste Kommunikationsknoten des Programms, EDRS-A, ist am 29. Januar 2016 gestartet und bietet seine Relais-Dienste schon für die Datenweitergabe von vier Sentinel-Satelliten des EU-Erdbeobachtungsprogramms Copernicus an. Der Vorteil: Die Erdbeobachtungsatelliten können mit dem Relais-Satelliten deutlich mehr Daten deutlich schneller zur Erde und damit auch zu den Endnutzern liefern (siehe Infokasten). 

- Der erste eigene Satellit für EDRS - EDRS-C - wurde in Deutschland entworfen, gebaut und getestet. Er wurde in den vergangenen elf Monaten final auf Herz und Nieren geprüft und tritt voraussichtlich im Juni 2019 seine Reise zum Europäischen Raumflugzentrum der ESA nach Kourou an, von wo er am 24. Juli 2019 an Bord einer Ariane-5-Trägerrakete in den geostationären Orbit aufbrechen soll.

EDRS ist eine Private-Public-Partnership der europäischen Raumfahrtagentur ESA und des industriellen Hauptauftragnehmers Airbus. Mit einer Beteiligung von rund 235 Mio. Euro (61 Prozent) trägt Deutschland den Hauptanteil im entsprechenden ESA-Programm. Das Raumfahrtmanagement im DLR steuert im Auftrag der Bundesregierung mit Mitteln des BMWi diese Beiträge.

EDRS-C - ein deutsches Produkt...

Der EDRS-C-Satellit gilt als ein Meilenstein in dem Programm: Er folgt einem ersten experimentellen Laser-Kommunikationsterminal, gestartet 2013 auf dem europäischen Telekommunikationssatelliten Alphasat, sowie dem operationellen Kommunikationsknoten EDRS-A. "Mit EDRS-C soll das Netzwerk seinen ersten eigenen Satelliten erhalten. EDRS-C ist vollgespickt mit deutscher Hochtechnologie und folgt der Strategie, in Deutschland einen Systemanbieter für Telekom-Satelliten zu etablieren. Das deutsche Engagement unterstützt somit die Systemkompetenz für Telekommunikationssatelliten und -Nutzlasten und sichert uns den technologischen Vorsprung im Bereich der optischen Kommunikation", betont Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstand für das Raumfahrtmanagement.  

Zu EDRS-C haben praktisch alle großen deutschen Raumfahrtstandorte beigetragen. Es ist der zweite Telekommunikationssatellit der Bremer OHB System AG und er erweitert die SmallGEO-Produktlinie relativ leichter geostationäre Satelliten um eine rein chemisch angetriebene Variante. Das Herzstück des Satelliten bildet das Laser-Terminal: Die Backnanger Firma Tesat steuert dabei nicht nur die Technologie bei, sondern hat die Gesamtverantwortung für die EDRS-Kommunikationsnutzlast. Diese umfasst auch Wanderfeldröhren von Thales Ulm, dem europäischen Standort für Radiofrequenz-Verstärkerelemente.

Wichtige Subsysteme und Komponenten der Satellitenplattform kommen ebenfalls von Zulieferern aus Deutschland. So stammt das chemische Antriebssystem von der Ariane Group in Lampoldshausen. Strukturelemente des Satelliten und Drucktanks wurden von der Firma MT Aerospace in Augsburg beigesteuert. Mit dem Sternsensor von Jena Optronik und den Drallrädern von Collins Aerospace aus Heidelberg wurden zudem zentrale Elemente der Lagesensorik und -Regelung in Deutschland gefertigt.

Die umfangreichen Satellitentests vor dem Start wurden bei der IABG und Airbus in Ottobrunn durchgeführt. Airbus betreibt bereits EDRS-A und wird nach dem Start von EDRS-C auch für diesen Satelliten die Missionskontrolle übernehmen. Mit Unterstützung des DLR und der ESA ist Airbus damit in der Lage, einen weltweit einzigartigen Dienst anzubieten. Die Steuerung der Nutzlasten sowie die Kontrolle des EDRS-C-Satelliten hat das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum des DLR in Oberpfaffenhofen im Auftrag von Airbus übernommen. In den Aufbau des gesamten EDRS-Bodensegments und die Vorbereitungen des Betriebs investierte das DLR aus Forschungsmitteln 8,7 Millionen Euro. Das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie stellte 7,5 Millionen Euro zur Verfügung.

... und ein europäisches Projekt 

Trotz der großen deutschen Anteile ist EDRS ein europäisches Projekt, an dem sich 14 ESA-Mitgliedsstaaten beteiligen. Mit "Copernicus" hat EDRS einen wichtigen Ankerkunden in Europa. Zudem benötigt die optische Kommunikationsnutzlast auf EDRS-C nicht alle Ressourcen, der Satellit beherbergt auch eine Nutzlast des britischen Satellitenbetreibers Avanti. Nach einem Aufruf der ESA während der Designphase des Satelliten hatten sich mehrere Interessenten gemeldet. Avanti mit der kommerziellen Nutzlast "HYLAS 3" hat dabei den Zuschlag erhalten und trägt somit auch anteilige Plattform- und Startkosten.

So funktioniert EDRS
Das Prinzip der europäischen "Datenautobahn im All" lässt sich gut anhand des Zusammenspiels der Sentinel-Satelliten des europäischen Erdbeobachtungsprogramms Copernicus und EDRS verdeutlichen. Ohne EDRS können die in einem niedrigeren Orbit kreisenden Erdbeobachtungssatelliten ihre Daten nur dann direkt zur Erde senden, wenn sie gerade über eine Bodenstation fliegen. Das ist innerhalb ihrer Umlaufzeit von eineinhalb Stunden für nur etwa zehn Minuten der Fall. Im Gegensatz dazu bleiben die EDRS-Kommunikationsknoten deutlich länger für die Sentinel-Satelliten sichtbar, nämlich während der Hälfte ihrer Umlaufzeit, das heißt zirka 45 Minuten lang. Daten können mit EDRS also über einen deutlich längeren Zeitraum gesendet werden. Die Daten werden dabei auch direkt nach Europa gesendet, sodass man nicht auf Bodenstationen außerhalb Europas angewiesen ist. Die Sentinel-Satelliten nutzen diesen Dienst täglich, und bislang wurden mit 20.000 solcher Satellitenverbindungen bereits deutlich mehr als 1 Petabyte an Daten übertragen. 

Quelle: PM DLR

Erdbeobachtungssatelliten liefern uns wichtige Daten, um zum Beispiel Veränderungen in Umwelt und Klima schnell zu erfassen oder Gletscherbewegungen oder -schwund zu erkennen. Im Fall von Katastrophen wie Überschwemmungen oder Erdbeben können aktuelle Karten für Rettungskräfte bereitgestellt werden. Doch diese Informationen türmen große Datenberge auf. Die Satelliten des europäischen Copernicus-Programms zählen zu den größten Datenproduzenten weltweit. Sie erzeugen mit ihren hochauflösenden Instrumenten aktuell bereits ein tägliches Volumen von rund 20 Terrabyte. Das entspricht etwa einem anderthalb Jahre langen Film in HD. Hinzu kommen die Datenschätze von nationalen Missionen wie TerraSAR-X und TanDEM-X sowie zunehmend auch von anderen Quellen wie Internet oder Messstationen. Verarbeitung und Analyse dieser riesigen und heterogenen Datenmengen stehen als "Big Data"-Aufgaben stellvertretend für zukünftige Herausforderung unserer digitalen Gesellschaft. Um diese zu lösen, treffen sich circa 650 Experten auf der Konferenz "Big Data from Space", die vom 19. bis 21. Februar 2019 vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in München ausgerichtet wird und gemeinsam mit der Europäischen Weltraumorganisation ESA, dem Satellitenzentrum der Europäischen Union sowie dem Joint Research Center organisiert wurde. Unterstützt wird die Konferenz von den Unternehmen European Space Imaging, OHB, GAF AG und Quantum.

"Eine immer größere Anzahl von Satelliten, aber auch der Einsatz von neuen Sensoren mit höherer Auflösung liefern uns große Datenmengen - die Auswertung dieser Datenschätze wird zunehmend zu einer technologischen Herausforderung", sagt Prof. Hansjörg Dittus, DLR-Vorstand für Raumfahrtforschung und -technologie. "Daher forscht das DLR verstärkt an effizienten Methoden und Verfahren wie dem maschinellen Lernen, um so aussagekräftige Analysen und Handlungsempfehlungen zur Urbanisierung, zu Veränderungen der Atmosphäre oder auch zur globalen Erwärmung liefern zu können. Zudem plant das DLR, mit einer High Performance Data Analytics Plattform die informationstechnologische Infrastruktur dafür zu schaffen."

"Für Analysen dieser großen Datenmengen ist ein effizienter Zugriff entscheidend, etwa über Online-Plattformen. Die Entwicklung solcher Zugriffsmöglichkeiten und entsprechender Verarbeitungsmodelle wird daher vom DLR Raumfahrtmanagement gefördert. Neben innovativen wissenschaftlichen Anwendungen ermöglicht dies auch die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle im wachsenden Downstream-Sektor innerhalb der Erdbeobachtung", erklärt Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstand zuständig für das Raumfahrtmanagement.

Beim Empfang in der Münchner Residenz betont Bayerns Wirtschaftsminister Hubert Aiwanger: "Es ist bemerkenswert, wie sehr Raumfahrtechnik auch unseren Alltag prägt: Navigation, Head-up-Display oder der gesamte Bereich der Assistenzrobotik sind nur drei Beispiele von vielen. Heute stehen die Themen Klimawandel und Umweltschutz auf der politischen Agenda ganz oben - nicht nur in Bayern. Beides sind globale Themen - und für beides brauchen wir modernste Technik. Die Erforschung des Klimasystems, der Atmosphäre, der tropischen Regenwälder, der Ozeane oder Pole - für all diese Bereiche kann die Raumfahrt wichtige Daten liefern, um Ökosysteme besser zu verstehen und zu bewahren. Bayern hat einen starken Luft- und Raumfahrtsektor. Insgesamt arbeiten 65.000 Ingenieure, Techniker und Fachkräfte am Standort Bayern. Sie erwirtschaften jährlich einen Umsatz von zehn Milliarden Euro."

Künstliche Intelligenz steuert Datenauswahl

Um die Datenberge weiterzuverarbeiten und in Informationen umwandeln zu können, braucht man neue Ideen und Konzepte. Dabei spielt Künstliche Intelligenz eine große Rolle, da diese Verfahren gerade bei großen Datenmengen sehr leistungsfähig sind. So erforscht DLR-Wissenschaftlerin Prof. Zhu an der TU München zum Beispiel den Einsatz solcher Methoden. Zusammen mit ihrem Team entwickelt Zhu explorative Algorithmen aus Signalverarbeitung und der künstlichen Intelligenz (KI), speziell dem maschinellen Lernen, um die Gewinnung globaler Geoinformationen aus Satellitendaten wesentlich zu verbessern und um Durchbrüche in Geo- und Umweltwissenschaften zu erzielen. Einen Schritt weiter geht die Fusion von Petabytes komplementärer georelevanter Datenquellen, von Erdbeobachtungssatelliten bis sozialen Netzwerken, die durch neuartige Data-Science-Algorithmen ermöglicht wird. Die Ergebnisse haben das Potential, bisher nicht lösbare große Herausforderungen anzugehen, wie die Erfassung und Kartierung der weltweiten Urbanisierung - eines der wichtigsten Megatrends des globalen Wandels.

Doch nicht nur die Satellitenfernerkundung ist mit dieser Herausforderung konfrontiert. Auch der umgekehrte Blick von der Erde ins All liefert riesige Datenmengen: Teleskope wie zum Beispiel das Square Kilometer Array (SKA) in Südafrika und Australien oder auch weltraumgebundene ESA-Teleskope wie GAIA und EUCLID liefern riesige Datenmengen. Die systematische Analyse von Archivdaten durch selbstlernende KI-Programme bekommt daher auch in der astronomischen Arbeit einen immer höheren Stellenwert.

Intelligente Suchportale liefern gewünschte Informationen

Erdbeobachtungssatelliten und Teleskope zeigen, dass Methoden aus den Datenwissenschaften und der Künstliche Intelligenz unverzichtbar sind. Um diese Massen an Daten handhaben und auswerten zu können, braucht man geeignete Speicher- und geschickte Zugriffsmöglichkeiten. Für interessierte Nutzer ist letztlich nur der Zugang entscheidend - heutzutage meist in Form eines Online-Portals wie zum Beispiel der Plattform CODE-DE (Copernicus Data and Exploitation Platform - Deutschland) des DLR Raumfahrtmanagements. Sie können dort auf alle Daten zugreifen und direkt vor Ort weiterverarbeiten. Es steht somit online eine komfortable Arbeitsumgebung für die Satellitendaten, die im Copernicus-Programm kostenfrei bereitgestellt werden, zur Verfügung. Das spart lokalen Speicherplatz und Rechnerkapazitäten bei den Anwendern.

Aber auch die Datenportale selbst sind Gegenstand der Forschung. Wie sieht die ideale Plattform aus und welche Suchoptionen sollten dem Nutzer zur Verfügung stehen? Nach dem Vorbild von Internetsuchmaschinen sollen Bilder entfernter Planeten oder von der Erdoberfläche ganz einfach anhand von Informationen gefunden werden: "Auf welchem Himmelskörper ist wahrscheinlich Wasser vorhanden?" oder "Welche Gebiete sind in Deutschland im Sommer besonders von Dürre betroffen?" Solche Suchanfragen sollen modernen Portalen die richtigen Datensätze als Antwort liefern. Von hoher Bedeutung ist auch der langfristige Bestand dieser globalen Informationen. Ähnlich einer Bibliothek muss sichergestellt werden, dass Satellitendaten über einen langen Zeitraum erhalten bleiben, gefunden werden können und abrufbar sind. Das geschieht etwa im Deutschen Satellitendatenarchiv (D-SDA) des Earth Observation Centers am DLR in Oberpfaffenhofen.

Zeitreihen - Fluch und Segen zugleich

Ein großer Vorteil der modernen Erdbeobachtung sind Zeitreihen. Vergleicht man zum Beispiel die globale Gletscherdynamik, lassen sich wertvolle Informationen zum Klimawandel, zur Veränderung des Meerwasserspiegels und für den regionalen Wasserhaushalt gewinnen. Doch die umfangreichen Zeitreihen gehen mit riesigen Datenmengen einher, die sich kaum mehr bewegen und verarbeiten lassen. Produkte des DLR wie der World Settlement Footprint (WFS Evolution), eine globale hochauflösende Kartierung des Städtewachstums über die letzten 30 Jahre, lassen sich nur mehr durch sehr leistungsstarke Rechenzentren und automatisierte Auswertungsverfahren realisieren. Vor wenigen Jahren undenkbar, zeigt dieses Beispiel das Potential, dass die heute verfügbaren großen Datenmengen in Kombination mit maschinellen Verfahren bieten. Außerdem arbeiten Wissenschaftler an einem Werkzeug, das die Informationen aus Zeitreihenmessungen automatisch abgleicht und so diesen "Flaschenhals" umgeht. So können Zeit und Speicherplatz bei der Auswertung eingespart werden. Doch nicht nur Erdbeobachtungsexperten sollen Satelliteninformationen künftig zur Verfügung stehen. Auch Laien sollen in den Genuss dieser Produkte kommen. Das ist momentan allerdings noch sehr schwierig, da bislang weitgehend unbearbeitete Daten zur Verfügung stehen. IT-Experten wollen das nun ändern und analysefertige Daten und Services bereitstellen.

Quelle: PM DLR