Satellitengestützte Datenerhebung und -analyse

Das Fraunhofer EMI entwickelt Technologien und Methoden für Kleinsatelliten, von der Nutzlastentwicklung über die Missionsdurchführung bis zum Datenprodukt. An der Schnittstelle zwischen New Space und etablierter Raumfahrt entstehen neue Ansätze für Missionskonzepte in Erdbeobachtung und Wissenschaft.

Erdbeobachtung liefert signifikante Beiträge zur Lösung globaler Probleme in den Bereichen Sicherheit, Umweltschutz, Klimawandelfolgen, sowie neue Ansätze für Landwirtschaft, urbane Entwicklung, Katastrophenmanagement, Logistik und Verteidigung.

Das Fraunhofer EMI legt den Fokus auf Forschung und Technologieentwicklung zur Gewinnung und Echtzeit-Verarbeitung von Erdbeobachtungsdaten auf Satelliten.

Wie ermöglichen Kleinsatelliten neue Geschäftsmodelle in der Erdbeobachtung? Das Fraunhofer EMI entwickelt Infrarotkameras für Kleinsatelliten nach dem New-Space-Ansatz. Unter dem Motto »Validierung statt Zertifizierung« entstehen kosteneffiziente Nutzlasten mit kommerziellen Komponenten. Diese sollen in Kleinsatellitenkonstellationen präzise Infrarotdaten mit hoher Wiederholrate liefern. Ausgehend von einer Pilotmission mit einem Thermalinfrarot- Imager auf der ISS baut das EMI-Spin-Off ConstellR eine eigene Kleinsatellitenkonstellation

auf, deren Oberflächentemperaturdaten dringende

Probleme wie das Wassermanagement in der Landwirtschaft

lösen sollen.

Wie kann künstliche Intelligenz in Satelliten die Datenerfassung effizienter machen? Maschinelles Lernen ermöglicht die Analyse relevanter Erdbeobachtungsziele direkt an Bord. Immer mehr Satelliten und leistungsstärkere Nutzlasten erzeugen eine wachsende Menge an Rohdaten, die über Bodenstationen übertragen werden. Eine schnelle, automatisierte Analyse an Bord erlaubt die Erkennung relevanter Ziele und das Aussortieren irrelevanter Daten, etwa durch Wolkenbedeckung. So reduziert sich die Datenmenge für den Downlink, und die Erdbeobachtungsaufgaben werden effizienter.

Welchen Unterschied erbringen kommerzielle FPGA-Module bei der Onboard-Datenverarbeitung? Das Fraunhofer EMI integriert kommerzielle FPGA-SoC-Hardware in System-On-Module- Konzepte für leistungsstarke bordseitige Datenverarbeitung. Moderne FPGAs minimieren Engpässe in der Downlink-Kapazität und ermöglichen die Analyse von Nutzlastdaten bereits an Bord, etwa durch künstliche Intelligenz. Die Systeme passen sich den speziellen Bedürfnissen der Nutzlast an und erfüllen Zuverlässigkeitsanforderungen durch redundante Auslegung.

Wie kann die Auflösung von Erdbeobachtungsaufnahmen trotz physikalischer Einschränkungen erhöht werden? Superresolution rekonstruiert aus Aufnahmen niedriger Auflösung Bilder höherer Qualität. Dazu kombiniert man mehrere Aufnahmen oder setzt Deep-Learning-Modelle ein. Letztere nutzen zusätzliche Trainingsdaten zur Merkmalsdetektion und -extraktion, um passende Parameter für das Resampling zu ermitteln. Das Fraunhofer EMI untersucht Superresolution-Methoden speziell für die Kombination von Erdbeobachtungsdaten verschiedener Satelliten mit unterschiedlichen Auflösungen.

Wie können neue Technologien und Missionskonzepte schnell im Orbit erprobt werden? Kleinsatellitenmissionen sind dank ihrer schnellen und kosteneffizienten Umsetzung Schlüssel zur Demonstration neuer Technologien im Orbit. Sie schaffen neue Anwendungsmöglichkeiten, für die die Kostenschwelle etablierter Systeme zu hoch ist. Ein rasches Marktwachstum und hohes Innovationspotenzial im Bereich der Kleinsatellitenkonstellation treiben den Takt voran. Das Fraunhofer EMI steht als Partner bereit, um neue Konzepte von der Skizze über Design, Implementierung und Tests bis zum Betrieb zu realisieren.