Nachdem der Miniatursatellit Φsat-2 seine neunmonatige Inbetriebnahmephase erfolgreich abgeschlossen hat, hat er mit der Lieferung wissenschaftlicher Daten begonnen und damit offiziell seine operative Mission gestartet. Dieses technologische Juwel, das im August 2024 gestartet wurde, stellt einen Meilenstein in der Art und Weise dar, wie wir unseren Planeten beobachten und analysieren. In einer Umlaufbahn in 510 Kilometern Höhe platziert, nutzt Φsat-2 fortschrittliche Algorithmen der künstlichen Intelligenz direkt im Weltraum, um die Erfassung und Verarbeitung von Erdbildern zu optimieren und die Tür zu einer neuen Ära der intelligenten und effizienten Satellitenüberwachung zu öffnen. Seine Fähigkeit, selbstständig zu entscheiden, welche Daten zur Erde gesendet werden sollen, beschleunigt die Verfügbarkeit von Schlüsselinformationen für Wissenschaftler, Krisenmanagement-Agenturen und zahlreiche andere Nutzer dramatisch.

Der Übergang von der Testphase in die wissenschaftliche Phase, der im zweiten Quartal 2025 abgeschlossen wurde, markiert den Beginn der regelmäßigen Lieferung von Daten, die das Potenzial haben, zahlreiche Industrien und wissenschaftliche Disziplinen zu transformieren. Das erste Bild wurde nur vier Tage nach dem Start geliefert, was von der außergewöhnlichen Effizienz und Zuverlässigkeit des Systems zeugt. Jetzt, mit vollständig kalibrierten Instrumenten, ist der Satellit bereit, seine primäre Rolle zu erfüllen – detaillierte Einblicke in den Zustand der Umwelt zu liefern, von der Überwachung des Gletscherschmelzens bis zur Identifizierung illegaler Aktivitäten auf See.

Revolution in der Erdbeobachtung: KI im Weltraum

Was Φsat-2 wirklich besonders macht, ist seine Fähigkeit, Daten direkt auf dem Satelliten zu verarbeiten, bekannt als "On-Board-Processing". Im Mittelpunkt dieser Innovation steht ein leistungsstarker KI-Prozessor, der Ubotica CogniSAT, der eine Reihe von spezialisierten Anwendungen ausführt. Eine der grundlegenden Aufgaben der künstlichen Intelligenz auf Φsat-2 ist die automatische Erkennung und Verwerfung von Bildern, die von Wolken bedeckt sind. Da Wolken oft große Teile der Erdoberfläche bedecken, reduziert diese Funktionalität die Menge an nutzlosen Daten, die andernfalls zur Erde gesendet würden, drastisch. Dadurch werden wertvolle Kommunikationsbandbreite und Ressourcen von Bodenstationen gespart und den Nutzern ausschließlich saubere und nutzbare Aufnahmen geliefert.

Doch seine Fähigkeiten gehen weit über die Wolkenfilterung hinaus. Die Algorithmen der künstlichen Intelligenz sind darauf trainiert, von Katastrophen betroffene Gebiete zu erkennen und zu analysieren. Beispielsweise kann die von Thales Alenia Space entwickelte Anwendung PhiFire AI Waldbrände in Echtzeit identifizieren. Das System erkennt nicht nur den Brandherd, sondern analysiert auch die Umgebung und klassifiziert sie in sichere Zonen, bereits verbrannte Gebiete und Wasserflächen, um den Einsatzkräften entscheidende Informationen für die Planung von Rettungs- und Löscheinsätzen zu liefern. In ähnlicher Weise kann der Satellit schnell die Folgen von Erdbeben oder Überschwemmungen analysieren und befahrbare Zugangswege für Rettungsteams identifizieren.

Die maritime Sicherheit ist ein weiteres zentrales Anwendungsgebiet. Die vom portugiesischen Zentrum CEiiA entwickelte Anwendung zur Schiffserkennung nutzt maschinelles Lernen zur Identifizierung und Klassifizierung von Schiffen auf multispektralen Aufnahmen. Diese Technologie ermöglicht die Überwachung des Schiffsverkehrs sowie den Kampf gegen illegale Aktivitäten wie illegale Fischerei oder Schmuggel. Der Satellit kann Schiffe auch dann erkennen, wenn sie ihre automatischen Identifikationssysteme (AIS) ausgeschaltet haben, und bietet den zuständigen Behörden so ein Werkzeug zur Überwachung entfernter und sensibler Meeresgebiete. Darüber hinaus können spezialisierte Algorithmen Meeresverschmutzungen wie Ölteppiche oder schädliche Algenblüten erkennen und eine schnelle Reaktion und Sanierung ermöglichen.

Das technische Herz der Mission Φsat-2

Der Satellit Φsat-2 gehört zur Klasse der sogenannten "CubeSat"-Satelliten. Dabei handelt es sich um ein standardisiertes Format von Miniatursatelliten, deren Basiseinheit ein Würfel mit den Abmessungen 10x10x10 Zentimeter ist. Φsat-2 ist ein "6U" CubeSat, was bedeutet, dass er aus sechs solcher Einheiten besteht, und seine Gesamtabmessungen betragen nur 22 x 10 x 33 cm bei einer Masse von 8,9 Kilogramm. Dieses modulare und kompakte Design ermöglicht eine erhebliche Reduzierung der Entwicklungs- und Startkosten im Vergleich zu traditionellen, großen Satelliten. CubeSats "tramp" oft als sekundäre Nutzlast auf Raketen, die größere Satelliten transportieren, ins All, was die Mission zusätzlich verbilligt. Er wurde mit einer Falcon-9-Rakete von SpaceX von der Vandenberg-Basis in Kalifornien gestartet.

Er umkreist die Erde in einer Höhe von 510 Kilometern in einer sonnensynchronen Umlaufbahn (SSO). Diese Art von Umlaufbahn ist fast polar und wird sorgfältig so berechnet, dass der Satellit zu jeder gegebenen Zeit an jedem Punkt der Erde zur gleichen lokalen Sonnenzeit vorbeifliegt. Dies gewährleistet nahezu identische Lichtverhältnisse bei jedem Überflug, was für den Vergleich von Aufnahmen aus verschiedenen Zeiträumen und für die Überwachung von Umweltveränderungen wie städtischer Ausbreitung, Abholzung oder Eisschmelze von entscheidender Bedeutung ist.

Das Hauptinstrument an Bord des Satelliten ist der Multispektral-Imager Simera Space MultiScape100, der Bilder mit sieben Spektralbändern erzeugt, vom sichtbaren bis zum nahen Infrarotbereich des Spektrums, sowie einem panchromatischen Band mit hoher Auflösung. Die verschiedenen Spektralbänder ermöglichen die Analyse unterschiedlicher Eigenschaften der aufgenommenen Oberfläche – zum Beispiel ist das nahe Infrarotband äußerst nützlich zur Beurteilung der Vegetationsgesundheit. Das panchromatische Band liefert scharfe, detaillierte Schwarz-Weiß-Bilder mit einer räumlichen Auflösung (GSD - Ground Sampling Distance) von etwa 5 Metern pro Pixel. Diese Kombination macht das Instrument äußerst vielseitig und für ein breites Anwendungsspektrum geeignet, einschließlich Umweltüberwachung, Landmanagement, Landwirtschaft und Kartographie.

Bilder, die alles verändern: Fünf Blicke auf unseren Planeten

Um den Beginn der wissenschaftlichen Phase der Mission zu markieren, wurden fünf repräsentative Bilder ausgewählt, die die breite Palette der Fähigkeiten des Satelliten in verschiedenen Anwendungen und über unterschiedliche Gelände demonstrieren. Alle Bilder werden in Echtfarben dargestellt, unter Verwendung der roten, grünen und blauen Spektralbänder, mit Ausnahme des Bildes des Ästuars Bahia Blanca, das in Falschfarben dargestellt wird, um spezifische Merkmale hervorzuheben.

• Clavering-Øer-Gletscher, Grönland: Diese Aufnahme zeigt die riesigen Eismassen an der Ostküste Grönlands. Die über den Polarregionen gesammelten Daten sind entscheidend für die Überwachung der Auswirkungen des Klimawandels, der Dynamik des Gletscherschmelzens und der Veränderungen der Eisdecke. Die kontinuierliche Überwachung dieser empfindlichen Ökosysteme hilft Wissenschaftlern, den Anstieg des Meeresspiegels besser zu verstehen und vorherzusagen.


• Ästuar Bahia Blanca, Argentinien: In Falschfarben unter Verwendung des nahen Infrarotbandes dargestellt, enthüllt dieses Bild ein komplexes Netzwerk von Wasserwegen und Feuchtgebieten. Das nahe Infrarotspektrum ist besonders empfindlich für Vegetation und Wassergehalt, daher ermöglicht diese Technik eine detaillierte Analyse der Vegetationsgesundheit, der Sedimentverteilung und der Wasserqualität im Ästuar, das ein wichtiger Lebensraum für viele Pflanzen- und Tierarten ist.


• Stadt Innsbruck, Österreich: Die Aufnahme der Alpenstadt Innsbruck zeigt den Nutzen des Satelliten für die Stadtplanung und -verwaltung. Detaillierte hochauflösende Bilder können zur Überwachung der Stadtausdehnung, zur Analyse von Grünflächen, zur Identifizierung städtischer „Wärmeinseln“ und zur Überwachung von Infrastrukturprojekten verwendet werden.


• Sediment im Golf von Tunis, Tunesien: Dieses Bild zeigt deutlich Sedimentfahnen, die vom Fluss Medjerda ins Mittelmeer fließen. Die Überwachung des Sedimenttransports ist wichtig für das Verständnis der Küstenerosion, der Meeresströmungen und der Auswirkungen von landwirtschaftlichen Aktivitäten und Abwässern auf das marine Ökosystem.


• Schiffe in Port Said, Ägypten: Diese Aufnahme eines der verkehrsreichsten Häfen der Welt am nördlichen Eingang des Suezkanals demonstriert perfekt die Fähigkeit der KI-Anwendung zur Schiffserkennung. Das System kann Schiffe automatisch identifizieren und zählen, ihre Bewegung und Verkehrsdichte verfolgen, was für das Hafenmanagement und die Gewährleistung der maritimen Sicherheit von entscheidender Bedeutung ist.
  
  Quelle: European Space Agency