Computer-Tomographie von Wolken

Die Auswirkungen von Klimaschwankungen bereiten den Experten nicht erst seit dem heißen und trockenen Sommer 2018 Sorgen. Klimamodelle sind allerdings noch mit Unsicherheiten behaftet, die durch die Bewölkung verursacht werden. Wolken kontrollieren den Wasserhaushalt der Erde und sind für etwa zwei Drittel der ins All zurückreflektierten Strahlungsenergie verantwortlich.

Um die Wolken nun besser zu charakterisieren, wurde das Projekt „CloudCT“ gestartet. Dabei soll eine Formation von zehn Kleinst-Satelliten mit Methoden der Computer-Tomographie die Zusammensetzung von Wolken erfassen. Die hieraus gewonnenen Daten sollen Klimavorhersagen künftig noch zuverlässiger machen. Der Europäische Forschungsrat (European Research Council, ERC) fördert das Projekt mit einem ERC Synergy Grant in Höhe von 14 Millionen Euro.

Drei führende Spezialisten bringen ihr Fachwissen in das Projekt ein: Professor Yoaf Schechner, Technion, Haifa (Computer-Tomographie), Professor Ilan Koren, Weizmann Institute of Science, Rehovot (Atmosphärenphysik) und Professor Klaus Schilling, Zentrum für Telematik e.V. und Universität Würzburg (Satellitentechnik). Die Würzburger Kleinst-Satelliten ermöglichen dabei durch ihr präzises Lageregelungssystem eine hochgenaue Ausrichtung der Satellitenformation auf das Zielgebiet.

Reaktionsräder für schnelle und präzise Drehungen

Grundlage des neuen Projekts sind die gemeinsam vom Zentrum für Telematik (ZfT), dem Start-up S4 – Smart Small Satellite Systems GmbH (Würzburg) und der Wittenstein cyber motor GmbH (Igersheim) entwickelten Reaktionsräder, die schnelle und präzise Drehungen der Satelliten ermöglichen.

Das schafft die Voraussetzung für Kamerabilder, die dann mit ähnlichen Methoden wie in der medizinischen Computer-Tomographie weiterverarbeitet werden. Wichtig ist dabei, dass etwa zehn Satelliten dasselbe Zielgebiet gleichzeitig aus verschiedenen Blickrichtungen erfassen, um eine dreidimensionale Abbildung zu erzeugen.

„Die verteilten, vernetzten Satellitensysteme von CloudCT zeigen, wie innovativ sich moderne Informatik im Kleinst-Satellitenbereich einsetzen lässt, um neue wissenschaftliche Durchbrüche zu erzielen“, sagt Klaus Schilling. Nur durch das Zusammenspiel der drei in verschiedenen Forschungsbereichen tätigen Wissenschaftler ließen sich solche neuartigen Methoden realisieren.

ERC will zu neuen Ideen ermutigen

Das Projekt ist damit geradezu ein Musterbeispiel, um im Programm der ERC Synergy Grants gefördert zu werden. Mit dem Programm will der Europäische Forschungsrat herausragende Wissenschaftler über Fachgrenzen hinweg zu neuen Ideen ermutigen und bahnbrechende Grundlagenforschung ermöglichen.

Klaus Schilling wurde bereits 2012 mit einem ERC Advanced Grant in Höhe von 2,5 Millionen Euro für das Projekt „NetSat“ ausgezeichnet, um weltweit erstmalig die Kontrolltechniken für eine sich selbst organisierende, dreidimensionale Formation von Satelliten im Orbit zu demonstrieren.

Diese Fähigkeit wird von drei Kleinst-Satelliten im Projekt „TOM – Telematics Earth Observation Mission“ bereits für die Erdbeobachtung eingesetzt; gefördert wird das Projekt vom bayerischen Wirtschaftsministerium. Hinzu kommen neun weitere Kleinst-Satelliten, die im Rahmen der Regierungschefkonferenz der bayerischen Partnerregionen auf fünf Kontinenten zu TOM beigesteuert werden.

„Die hier erzielten Resultate fanden weltweites Interesse und führten zu zahlreichen Einladungen für Plenarvorträge bei den wichtigsten Satelliten-Konferenzen weltweit“, sagt Klaus Schilling. Zudem seien am Zentrum für Telematik weltweit einmalige Testeinrichtungen für Satelliten-Formationen installiert worden. Diese sollen nun auch im Projekt CloudCT eingesetzt werden.

Prof. Dr. Klaus Schilling, Vorstand des Zentrums für Telematik, T + 49 931 615 633 56, klaus.schilling@telematik-zentrum.de