Die Datenverarbeitung in der Umlaufbahn hilft kleinen Satelliten bei der Bereitstellung großer Datenmengen
Da immer mehr Satelliten unseren Planeten umkreisen und beobachten, steigt auch die Menge der von ihnen erzeugten Daten. Die Rückübertragung dieser Daten auf die Erde stellt jedoch eine Herausforderung dar. Der Downlink vom Satelliten zur Erde stellt aufgrund begrenzter Funkfrequenzbandbreiten eine Lücke dar. Es gibt nur eine beschränkte Anzahl von Bodenstationen, die Daten empfangen können, und selbst dort, wo sie vorhanden sind, können sie nur dann eine Satellitenverbindung herstellen, wenn diese direkt über ihnen vorbeifliegen. Auch die Kosten sind eine große Herausforderung, da die Installation einer neuen Bodenstation für Kleinsatellitenmissionen unerschwinglich ist, so dass das Wachstum des Weltraumdiensteökosystems ausgebremst wird.
Dateigröße reduzieren, Abdeckung erweitern
Eine Lösung besteht darin, die Menge der herunterzuladenden Daten zu reduzieren. „Die Idee hinter SOPHOS ist es, die Verarbeitung verstärkt direkt im Weltraum zu ermöglichen“, erklärt Maike Taddiken, Projektmanagerin bei DSI Aerospace(öffnet in neuem Fenster) und SOPHOS-Projektkoordinatorin. Im Rahmen von SOPHOS hat ein Konsortium von europäischen Partnern aus der Industrie und Wissenschaft unter der Leitung von DSI Aerospace neue Technologien entworfen und entwickelt, welche mittels leistungsstarkem Verarbeitungsmodul, optimierter Algorithmen und zuverlässiger Datenspeicherung die Datenkompression und Bildgewinnung an Bord von Satelliten ermöglichen. „Das System reduziert das zu übertragende Datenvolumen und nutzt somit die begrenzte Downlink-Kapazität wesentlich effizienter“, fügt Taddiken hinzu. Dies ist besonders wertvoll für datenintensive Anwendungen wie das Synthetik-Apertur-Radar (SAR), eine hochauflösende Technik für die Erdbeobachtung (EO), die riesige Mengen an Rohdaten erzeugen kann. Durch die Miniaturisierung leistungsstarker Hardwaremodule und die Optimierung der SAR-Verarbeitungsalgorithmen für den Einsatz bei Satelliten (wo Rechen- und Batterieleistung starken Einschränkungen unterliegen können) sorgt die Technologie für eine teilweise Entlastung der Downlink-Kapazität. Dadurch können die relevantesten Daten schneller übermittelt werden. „Dies ist besonders für den wachsenden kommerziellen Kleinsatellitensektor sowie für Anwendungen wie die Schadensbewertung und die Koordinierung von Katastropheneinsätzen von Bedeutung“, merkt Taddiken an.
Neue Hardware und Software lancieren
Die Fortschritte von SOPHOS in puncto Hardware und Software wurden in einem über das Projekt gebauten bodengestützten Demonstrationssystem erprobt. Bei der Hardware stellte SOPHOS zwei zentrale Satellitenmodule in den Fokus. Partner Unibap(öffnet in neuem Fenster) nahm sich dem Nutzlast-Verarbeitungsmodul (Payload Processing Module, PPM) an, während DSI Aerospace an einem neu entwickelten strahlungsbeständigen Massenspeicher-Modul (Mass Memory Module) (MMM) arbeitete. Dank Hochgeschwindigkeits-Ethernetrouting können Bilder und Daten online oder offline verarbeitet oder im Rohformat an das Bodensegment zurückgesendet werden. Laut Taddiken wurden beide Module so entwickelt, dass sie den SmallSat-Formfaktoren entsprechen – ein Satellitentyp, der für kommerzielle Missionen und Konstellationen immer mehr an Beliebtheit gewinnt. Im Rahmen der begleitenden Arbeiten entwickelte SOPHOS-Konsortialpartner DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme(öffnet in neuem Fenster) überdies neue Algorithmen für die SAR-Bildgewinnung und die Rohdatenkompression, die von einem Forschungsteam der Universität Lübeck(öffnet in neuem Fenster) in Deutschland weiter optimiert wurden. SOPHOS-Partner TELETEL in Griechenland entwickelte einfach einsetzbare elektrische Bodengeräte(öffnet in neuem Fenster) (Electrical Ground Support Equipment, EGSE) für Betriebsabläufe vor dem Start.
Die europäischen Kapazitäten in der Erdbeobachtung stärken
Durch die Erhöhung der Verbindungsbandbreite zu Observatorien in der Umlaufbahn zielt SOPHOS auf die Stärkung der europäischen Wettbewerbsfähigkeit im Bereich der weltraumgestützten Erdbeobachtung ab. Die standardisierte Technologie des Projekts bietet eine skalierbare Lösung, die für zukünftige Missionen in der erdnahen Umlaufbahn angepasst werden kann. Das Anfang 2026 abgeschlossene Projekt zeigt bereits Wirkung. „SOPHOS-Technologien finden mittlerweile bei mehreren Missionen in der Umlaufbahn Verwendung, während die Partner sowohl einzeln als auch im Rahmen verschiedener Kooperationen weiter an den Ergebnissen des Projekts arbeiten werden“, erklärt Taddiken.
