#Chip Happens Podcast: Folge 1 | Unser Planet – Eigentlich nur einer von Milliarden

Situation:

Die Erde ist auf absehbare Zeit unser einzig bewohnbarer Lebensraum – erreichbare Alternativen gibt es nicht. Umso dringlicher ist es, sie zu schützen. Der Klimawandel ist eine der größten Bedrohungen für natürliche Systeme weltweit. Um ihn überhaupt verstehen und bekämpfen zu können, braucht es neue Technologien, die Veränderungen frühzeitig sichtbar machen. Satelliten können hier wichtige Beobachtungen liefern.

Problemstellung:

Der Klimawandel trifft unter anderem die Landwirtschaft (Wasser- und Pestizideinsatz), Wälder (Brandgefahr), Artenvielfalt und viele Aspekte mehr. Die flächendeckende Überwachung, nahezu in Echtzeit liefert vor allem die Beobachtung mit Satelliten.

Lösungsansatz:

Das zentrale Element von Satelliten sind ihre Sensoren. Für präzise Beobachtungen benötigen wir Sensoren, die immer höher auflösen, immer empfindlicher reagieren und in verschiedensten Frequenzbereichen arbeiten können. Insbesondere Multispektralanalysen bieten hierbei große Chancen.

Möglich wird das nur durch kontinuierliche Weiterentwicklungen in der Mikroelektronik. Sie übernimmt dabei bspw. die Verarbeitung, Filterung und Auswertung der empfangenen Signale und macht es erst möglich, Informationen daraus zu gewinnen. Sie steuert den Satelliten und die Sensoren, kalibriert sie und macht sie so überhaupt erst einsatzbereit.

Weiterer Forschungs-/Entwicklungsbedarf / Aktuelle Projekte:

Ein spannendes Projektbeispiel: auch das Artensterben in unterschiedlichen Ökosystemen wird auf diese Weise untersucht. So wird sich das Verhalten von Weißrücken-Geiern zu Nutze gemacht, indem Biologging-Daten, KI und Satelliteninformationen gezielt kombiniert werden, um Essverhalten zu überwachen und Tierkadaver zu lokalisieren: echte Mensch-Tier-Maschine-Interaktion.

Aber auch die immer effektivere Datenverarbeitung an Bord der Satelliten braucht stets kluge Weiterentwicklungen, bei der die Mikroelektronik mithilft. Nur genau die Daten, die wir wirklich brauchen, sollten bei uns auf der Erde ankommen, um unnötige Emissionen zu vermeiden. Hier hilft selbstverständlich ebenfalls die Mikroelektronik mit ihren Lösungen mit.

Situation:

Eine besondere Methode zur Erdbeobachtung setzt nicht auf visuelle Sensoren, sondern auf Messungen kleinster Bewegungen, die durch die Schwerkraft entstehen. Seit 2018 wird dafür die LISA-Technologie (Laser Interferometer Space Antenna) im Rahmen der Mission GRACE-Follow-On eingesetzt – dem Nachfolgeprojekt von GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment).

Problemstellung:

Die Veränderung von Wasser- und Eismassen auf der Erde beeinflusst die Schwerkraft – allerdings in winzigsten Größenordnungen. Um diese messbar zu machen, braucht es extreme Präzision. Visuelle Sensoren stoßen dabei an ihre Grenzen.

Lösungsansatz:

GRACE-Satelliten fliegen mit mehreren Hundert Kilometern Abstand zueinander im Orbit – gesteuert allein durch die Erdanziehung. Mithilfe der LISA-Technologie kann ihr Abstand auf  höchste Genauigkeit (ungefähr von einem Atom) bestimmt werden. Wenn Störeinflüsse herausgerechnet sind, lassen sich nun präzise Rückschlüsse auf Schwerkraftveränderungen ziehen, die etwa durch die Eisschmelze in Grönland und an den Polkappen geschieht und den Flug der Satelliten verändert. Diese Veränderungen werden nun zur Klima- und Erdbeobachtung genutzt.

Weiterer Forschungs-/Entwicklungsbedarf / Aktuelle Projekte:

Bevor die Sensoren ins All starten, werden sie intensiv geprüft – unter anderem durch stundenlanges Testen unter Belastung. Denn Raketenstarts bringen selbstverständlich höchste Belastungen mit sich. Die Anforderungen an Genauigkeit und Robustheit an die Hardware (sensible Elektroniken / Optiken) machen weitere technologische Entwicklungen, insbesondere im Bereich Mikroelektronik, notwendig.