Raumfahrt für nachhaltige Infrastrukturen auf der Erde

Als moderne Gesellschaft sind wir auf die uneingeschränkte und zuverlässige Verfügbarkeit kritischer Infrastrukturen angewiesen. Verkehrsinfrastrukturen wie Straßen, Schienennetze und Flughäfen oder Infrastrukturen zur Wasser- und Energieversorgung sind essenziell für die Wirtschaft und unsere Lebensqualität. Funktionsfähigkeit und Sicherheit, aber auch die Nachhaltigkeit dieser Infrastrukturen sind daher von großer Bedeutung. Raumfahrttechnologien spielen hierbei eine zunehmend entscheidende Rolle.

Der INNOspace Masters Innovationswettbewerb sucht mit renommierten Industriepartnern nach Transferprojekten zwischen der Raumfahrt und anderen Branchen, um kritische Infrastrukturen nachhaltig zu schützen und so die Versorgung von Gesellschaft und Wirtschaft mit grundlegenden Gütern und Dienstleistungen zu gewährleisten. Ideen können noch bis zum 5. Februar 2021 eingereicht werden. Jetzt teilnehmen.

Bedeutung von Raumfahrttechnik für Infrastrukturen auf der Erde

Insbesondere die Bereiche Erdbeobachtung, Satellitenkommunikation und Navigation sind von großer Bedeutung für die Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit terrestrischer Infrastrukturen.

Die Daten von Erdbeobachtungssatelliten ermöglichen sicheres und flächendeckendes Zustandsmonitoring von Infrastrukturen per Ferndiagnose aus dem All. Auch in abgelegenen Gebieten können Satelliten Veränderungen an der Erdoberfläche und an Infrastrukturen im Millimeterbereich erfassen und gleichzeitig große Flächen abdecken. Insbesondere in Verbindung mit neuen Technologien wie künstlicher Intelligenz (KI) und Machine Learning kann dieses Monitoring weiter verbessert und automatisiert werden, sodass aufwändige oder sogar gefährliche Wartungsarbeiten nur im Bedarfsfall durchgeführt werden müssen. Wie vielfältig diese Einsatzmöglichkeiten von Raumfahrttechnologien auf der Erde sein können, zeigen die folgenden Erfolgsgeschichten:

Die Firma THEIA gewann 2020 den 3. Preis der INNOspace Masters DB Netz AG Challenge, mit ihrem Frühwarnsystem ERMES (Extensive Road Monitoring Early-warning System). Das System nutzt Satellitendaten zur flächendeckenden Überwachung der Hangstabilität und von Bodenveränderungen entlang von Straßen- und Bahnnetzen und bestimmt mittels hochfrequenter Fernerkundungsdaten die Geschwindigkeit einer Deformation. Durch das Frühwarnsystem ERMES können effiziente, vorbeugende Wartungsstrategien umgesetzt und Maßnahmen zur Risikominimierung optimiert werden.

Die Bayerische Firma EOMAP, ein Spin-off des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, hat aus hochaufgelösten Fernerkundungsdaten unter anderem ein Portal für die Internationale Initiative zur Wasserqualität (IIWQ) der UNESCO entwickelt. Dieses Online-Plattform unterstützt durch den einfachen und ortsunabhängigen Zugriff auch Schwellenländer mit Informationen zur Wasserqualität und fördert die nachhaltige Nutzung von Wasser-Ressourcen. Die hohe Verfügbarkeit von Satellitendaten und eigens entwickelte Auswertungsmethoden erlauben EOMAP die Kartierung der Wasserqualität aller Binnen- und Küstengewässer weltweit.

Hochpräzise Zeit- und Positionsdaten der globalen Satellitennavigationssysteme sind ein entscheidender Baustein für autonome Fahrzeuge, automatisierte Landwirtschaft, Tracking von Containern sowie für Anwendungen im Internet of Things (IoT), bei denen die genaue Positionsbestimmung von Objekten unerlässlich ist.

Intelligence on Wheels (IoW) wurde 2012 als eine Ausgründung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Unterstützung des ESA Business Incubation Centre (BIC) Bavaria gegründet. Das innovative System zur Kollisionsvermeidung von Zügen (RCAS) nutzt hochpräzise Satellitendaten um die gleisgenaue Position sowie die Geschwindigkeit von Zügen in Echtzeit zu bestimmen.

Der Gewinner der INNOspace Masters Airbus Challenge 2019 Callwise Ltd. hat eine innovative IoT-Lösung zur weltweiten Nachverfolgung und Überwachung von Schiffscontainern in Echtzeit entwickelt. Das Konzept basiert auf einer neuartigen Architektur, bei der Satelliten- und Mobilfunkverfolgung mit LoRaWAN-Verfolgung und -Überwachung einzelner Transportmittel kombiniert werden. Das End-to-End System ermöglicht, Logistik- und Versandunternehmen einzelne Container in Echtzeit zu verfolgen und ihren Zustand wie Temperaturveränderungen, Abweichungen von der geplanten Route und sogar das Öffnen zu überwachen – von Anfang bis Ende des multimodalen Transports.

Durch ihre ständige Verfügbarkeit, insbesondere auch in peripheren Gebieten, spielen auch die Satellitenkommunikation und Internet aus dem All eine zunehmende Rolle. Als Ergänzung zu Satelliten, entwickelt das Unternehmen AlphaLink Engineering GmbH, Finalist der INNOspace Masters Airbus Challenge 2020, einen solarbetriebenen Verbundflieger, der mehrere „Einzelflugzeuge“ über mechanische Lager an den Flügelspitzen verbindet und so eine große Spannweite ermöglicht. Ein Anwendungsfall für das stratosphärische Flugsystem ist beispielsweise ein sicherer, unbemannter Betrieb für kostengünstigen Internetzugang in abgelegenen Gebieten.

Neuentwicklungen für Raumfahrtkomponenten, beispielsweise in den Materialwissenschaften, schaffen häufig auch in anderen Industriebranchen einen Mehrwert. So hat der Gesamtgewinner und Gewinner der OHB Challenge des INNOspace Masters 2019, die ESDA-Axiotherm GmbH, ein neuartiges Material entwickelt, dass Temperaturschwankungen verhindert und so die Überhitzung oder Unterkühlen der Komponenten von Raumfahrzeugen vermeidet. Insbesondere Batterien, auch im Bereich der Elektromobilität, Luft- und Schiffahrt können von dieser Technologie profitieren.

Satellitenkontrollzentren und andere Raumfahrt-Bodensegmente

Die Steuerung und Funktionskontrolle der Satelliten sowie der Empfang, die Verarbeitung von Satellitendaten und die Erstellung nutzbarer Produkte ist die Aufgabe der Bodensegmente.

Diese Kontrollzentren und Bodenstationen müssen durch Sicherheitsmechanismen geschützt werden, um unautorisierten Zugriff auf Satellitensteuersysteme oder geschützte Daten und Kommunikationskanäle zu verhindern.

Auch in diesen Bereichen sucht der Innovationswettbewerb INNOspace Masters des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) nach neuen Ansätzen zur Prozessoptimierung, digitalen Nachhaltigkeit und Sicherheit im All, beispielsweise zum Schutz vor Cyber-Attacken. In den insgesamt fünf Challenges von DLR, den deutschen ESA Business Incubation Centres, Airbus, OHB und DB Netz AG können noch bis zum 5. Februar 2021 innovative Ideen eingereicht werden. Die Gewinner jeder Challenge erhalten passgenaue Preise und Fördergelder von bis zu EUR 400.000, um ihre Projektideen nachhaltig realisieren zu können. Bewerben Sie sich jetzt!