Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat eine strategische Initiative gestartet, die darauf abzielt, die Zukunft der Weltraum-Datenverarbeitung neu zu definieren. Sie steht vor der Herausforderung, die riesigen Datenmengen zu verarbeiten, die von Erdbeobachtungssatelliten erzeugt werden. Bestehende Computerarchitekturen haben zunehmend Schwierigkeiten, mit dem exponentiellen Wachstum an Informationen Schritt zu halten, was deren Analyse und Anwendung verlangsamt. Um diese Einschränkungen zu überwinden und die Erdbeobachtung in konkrete Maßnahmen umzusetzen, sucht die ESA nach revolutionären Missionskonzepten, die auf disruptiven Computerparadigmen basieren. Diese Suche nach Innovationen umfasst auch die Entwicklung fortschrittlicher Sensortechnologien, die Satelliten in der Erdumlaufbahn völlig neue Fähigkeiten verleihen oder die Leistung bestehender Missionen erheblich verbessern könnten.

Dieses ehrgeizige Unterfangen steht im Einklang mit den langfristigen strategischen Dokumenten der Agentur, Technology Vision 2040 und Strategy 2040, die den Grundstein für die Entwicklung von Technologien und Missionen legen, die auf schnelle und wirksame Reaktionen auf den Klimawandel, Naturkatastrophen und den Druck auf natürliche Ressourcen abzielen. Erdbeobachtungssatelliten (EO) spielen eine entscheidende Rolle bei der Erreichung dieser Ziele, indem sie wichtige Daten zum Verständnis der komplexen Prozesse auf unserem Planeten liefern. Ihre Effizienz ist jedoch derzeit durch die Verarbeitungsgeschwindigkeit, den Energieverbrauch und den Grad der Autonomie begrenzt.

Der Anbruch einer neuen Ära in der Weltraum-Datenverarbeitung

Künstliche Intelligenz (KI) und neue Computerparadigmen wie Quanten-, photonisches und neuromorphes Computing bergen ein enormes Potenzial, um Weltraumanwendungen zu transformieren. Ihre Anwendung kann die Autonomie von Missionen drastisch erhöhen und Entscheidungen in Echtzeit ohne menschliches Eingreifen ermöglichen. Um die führende Position Europas im Bereich Nachhaltigkeit und Fernerkundung zu sichern, hat die ESA eine neue SysNova-Herausforderung mit dem Titel "Innovative Missionskonzepte, ermöglicht durch disruptive Computerparadigmen" ins Leben gerufen.

"Wir leben in einem außergewöhnlich spannenden historischen Moment, an der Schwelle zu einer neuen industriellen Revolution, in der künstliche Intelligenz in der Lage ist, komplexe Denkaufgaben zu lösen", betont Iga Szczesniak, Ingenieurin für Weltrauminnovationen und eine der Leiterinnen dieser Kampagne bei der ESA. "Der Start dieser Kampagne legt jetzt den Grundstein für die nächste Generation europäischer Weltraummissionen, damit diese autonomer agieren und entscheidende Daten mit weniger Abhängigkeit von menschlichem Eingreifen liefern können."

Aufbauend auf den Grundlagen früherer Erfolge

Dieser Aufruf ist kein Schritt ins Ungewisse, sondern stützt sich auf eine Reihe erfolgreicher vergangener und aktueller Initiativen innerhalb der ESA. Durch Missionen wie den bahnbrechenden Φ-sat (Phi-sat), den vielseitigen OPS-SAT und Initiativen wie 3CS (Cognitive Cloud Computing in Space) hat die Agentur bereits die Vorteile der direkten Integration von Intelligenz in den Orbit erforscht. Φ-sat-1, der 2020 gestartet wurde, war die erste europäische Mission, die erfolgreich die Anwendung künstlicher Intelligenz im Weltraum demonstrierte. Sein neuromorpher Prozessor ermöglichte das autonome Filtern und Verwerfen von wolkenbedeckten Bildern, wodurch die Menge an nutzlosen, zur Erde gesendeten Daten um fast 70 % reduziert wurde. Dies hat wertvolle Kommunikationsbandbreite freigesetzt und die Lieferung relevanter Daten an Wissenschaftler beschleunigt.

Andererseits ermöglichte OPS-SAT, bekannt als "fliegendes Softwarelabor", Experten, neue und fortschrittliche Software-Tools für das Missionsmanagement direkt im Weltraum zu testen, was normalerweise eine hochriskante Tätigkeit ist. Diese Plattform, ausgestattet mit einem deutlich leistungsfähigeren Prozessor als die meisten operativen Satelliten, wurde zu einem Schlüsselelement für die Validierung neuer Autonomiekonzepte. Parallel dazu haben disruptive Paradigmen wie Quanten- und neuromorphes Computing das Potenzial für eine effizientere Verarbeitung riesiger Datenmengen gezeigt. "Bisher haben jedoch nur wenige untersucht, wie diese Technologien ganze Missionen neu definieren könnten. Es ist Zeit, diesen nächsten Schritt zu tun", erklärt Gabriele Meoni, Innovationsbeauftragter bei der ESA und der zweite Leiter der Kampagne.

Dieser Aufruf zur Einreichung von Missionsvorschlägen zielt darauf ab, europäische Kapazitäten für Missionen der nächsten Generation aufzubauen, die komplexe Daten verarbeiten und mit größerer Autonomie, Effizienz und Intelligenz arbeiten können. Dies stärkt die Position Europas als weltweit führend in nachhaltiger Entwicklung und Fernerkundung und stellt sicher, dass die aus dem Weltraum eintreffenden Daten zeitnah verarbeitet und der wissenschaftlichen Gemeinschaft sowie Entscheidungsträgern zur Verfügung gestellt werden, einschließlich der Experten im Erdbeobachtungszentrum der ESA in der italienischen Stadt Frascati.

Die Suche nach disruptiven und visionären Ideen

Die ESA sucht aktiv nach Konzepten mit hohem Risiko, aber auch hohem potenziellen Gewinn, die auf Technologien basieren, deren Verfügbarkeit in den nächsten 10 bis 15 Jahren erwartet wird. "Unser Ziel ist es, innovative Systemstudien und Missionsarchitekturen zu fördern, die neue Anwendungen ermöglichen, Kompromisse im Missionsdesign verbessern oder bestehende Engpässe lösen. Wenn Sie disruptive Forschung an der Schnittstelle von Informatik und Weltraum betreiben, würden wir gerne Ihre Perspektive hören, wie man diese Felder im Kontext einer einzigen Mission besser verbinden kann", fügt Iga Szczesniak hinzu.

Der Aufruf erfolgt über die Plattform SysNova, den Mechanismus der ESA zur Technologiebewertung, der gemeinsame Studien zwischen Wissenschaft und Industrie fördert. "Wir wollen Ideen fördern, die transformative Vorteile für aktuelle Missionen bringen oder völlig neue Anwendungen in der Erdbeobachtung und darüber hinaus ermöglichen könnten, mit dem Ziel, diese Konzepte in den nächsten Jahren in Demonstrationen im Orbit umzusetzen", ergänzt Gabriele Meoni.

Der Hauptfokus der Herausforderung liegt auf der Erdbeobachtung, es werden jedoch auch Missionen berücksichtigt, die auf sichere Satellitenkommunikation, verbesserte Konnektivität und andere kritische Operationen abzielen. Die Herausforderung konzentriert sich ausschließlich auf Anwendungen im "Upstream"-Segment, d. h. auf der Plattform- oder Nutzlast-Ebene des Raumfahrzeugs selbst. Ideen für Anwendungen auf der Ebene des Bodensegments können nur dann berücksichtigt werden, wenn sie nachweislich und signifikant das gesamte Missionskonzept verbessern.

Wie man teilnimmt und was die Gewinner erwarten können

Teams können ihre Missionsvorschläge über die Open Space Innovation Platform (OSIP) bis zum 14. September 2025 einreichen. Interessierte finden alle Details, Prozesse und Teilnahmebedingungen auf der offiziellen Website der ESA.

Nach Ablauf der Einreichungsfrist werden bis zu fünf der besten Ideen ausgewählt. Jedes ausgewählte Team erhält ein Budget von 100.000 Euro, um eine sechsmonatige Detailstudie durchzuführen. Am Ende dieses Zeitraums wird die Siegerstudie mit einer einzigartigen Gelegenheit belohnt – einer Sitzung in der Concurrent Design Facility (CDF) der ESA. Dies ist ein fortschrittliches Zentrum im technologischen Herzen der ESA, dem ESTEC in den Niederlanden, wo multidisziplinäre Teams aus Ingenieuren und Wissenschaftlern gemeinsam an der schnellen Entwicklung und Bewertung zukünftiger Weltraummissionen arbeiten. Eine CDF-Sitzung zu erhalten, beschleunigt den Weg von einer konzeptionellen Idee zu einem ausgereiften und detaillierten Missionsplan erheblich und öffnet die Tür für die weitere Entwicklung und potenzielle Realisierung.

Quelle: Europäische Weltraumorganisation