constellr unterzeichnet Verträge zum Aufbau seiner HiVE-Konstellation

Mit der Europäischen Weltraumorganisation ESA und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt hatte constellr bereits Verträge unterzeichnet. Wie das Freiburger NewSpace-Startup nun mitteilt, wird auch die Zusammenarbeit mit den langjährigen Technologiepartnern OHB, NanoAvionics, Exolaunch und Fraunhofer forciert. Damit mache constellr einen weiteren Schritt in Richtung eines einsatzfähigen Systems zur Überwachung der Pflanzengesundheit.

“Mit der Unterzeichnung der Verträge treten wir nun in die Umsetzungsphase unserer ersten kommerziellen Mission ein und sind auf dem besten Weg, im Jahr 2024 die ersten beiden voll funktionsfähigen Satelliten unserer Konstellation in die Umlaufbahn zu bringen. Die vertrauensvolle und kooperative Beziehung zu unseren Partnern ist der Schlüssel zum Erfolg der Mission, und wir freuen uns auf eine kontinuierliche und fruchtbare Zusammenarbeit mit ihnen für die ersten beiden Modelle und die weiteren, die noch folgen werden”, sagt Riccardo Benvenuto, HiVE-Programmdirektor bei constellr.

Satelliten-Konstellation HiVE erkennt Gesundheitszustand von Pflanzen vom Orbit aus

Die HiVE-Konstellation (High-Resolution Vegetation) wurde entwickelt, um AgriTech-Unternehmen frühzeitig vor Pflanzenstress durch temperaturbedingte Evapotranspiration zu warnen. Die von HiVE abgeleiteten hochauflösenden Daten können zur Bestimmung des Wasserbedarfs und des allgemeinen Gesundheitszustands von Pflanzen verwendet werden. Ebenso, um Symptome von Trockenheit und Nährstoffmangel zu erkennen, bevor sie mit bloßem Auge sichtbar werden.

Weltweiter Wasserverbrauch von 4,37 Billiarden Litern jährlich

Eine wichtiger Parameter ist die Evapotranspiration, mit der in der Meteorologie die Summe aus Transpiration (Verdunstung von Wasser aus Flora und Fauna) und Evaporation (Verdunstung von Wasser auf unbewachsen bzw. freien Land- und Wasserflächen) bezeichnet wird. Der Evapotranspirationswert spielt in der Hydrologie sowie in der Landwirtschaft und im Gartenbau eine wichtige Rolle. Entscheidend ist er jedoch auch für die Berechnung des weltweiten Wasserbedarfs, der bisher deutlich unterschätzt wurde. Eine Studie aus dem Jahr 2015 (vgl. Science) kommt zu dem Schluss, dass jährlich 4.370 km³ verbraucht werden. Die Grenze zur nachhaltigen Nutzung liegt jedoch bei nur 4.000 km³. Und mit einem Anteil von 20 Prozent ist die Evapotranspiration durchaus relevant.

OHB-Nutzlasten für hochpräzise TIR-Überwachung

Die OHB System AG und constellr haben einen Vertrag über die Realisierung der ersten beiden Nutzlasten der Satelliten-Konstellation unterzeichnet. Diese bestehen aus einem multispektralen Bildgebungssystem im langwelligen Infrarot sowie einem multispektralen VNIR-Instrument. Letzteres arbeitet im sichtbaren und nahen Infrarotbereich (visible and near-infrared – VNIR) und ist vereinfacht gesagt eine Wärmebildkamera. Das Thermal-Infrarot-Instrument (TIR) wird die L-2-Landoberflächentemperatur (Land Surface Temperature – LST) mit einer Genauigkeit von 1/1,5K und einem Bodenabtastungsabstand von <30 m ermitteln. LST ist die mittlere Strahlungstemperatur aller Oberflächen im Sichtfeld eines Sensors und wird von der gemessenen Wärmestrahlung abgeleitet. Sie gehört zu den essentiellen Klimavariablen und wird als Indikator für das sich wandelnde Klima verwendet.

Die erhobenen Daten wird constellr Nutzenden über eine Cloud-basierte Plattform zur Verfügung stellen. Wie der Direktor für Erdbeobachtung bei OHB, Stefan Föckersperger, mitteilt, reicht die Partnerschaft zwischen constellr und OHB weit zurück. Insofern sei es erfreulich, die Expertise in der Entwicklung technologisch anspruchsvoller Instrumente für die Erdbeobachtung einbringen zu können.

Plattformen von Kongsberg NanoAvionics

Bereits von Anfang an arbeitet constellr mit NanoAvionics zusammen. Zum Portfolio des litauischen Unternehmen gehören Satellitenbusse, Nutzlastintegration, Startbereitstellung und Missionsbetrieb. Der 2014 gegründete Kleinsatelliten-Hersteller wird zwei seiner Mikrosatellitenbusse MP42 liefern. Wie Marius Bierdel, CTO von constellr betont, setzt man vor allem auf das Fachwissen von NanoAvionics. Sie seien in der Lage, die Hochleistungsanforderungen der Konstellation zu erfüllen. Denn sie stellen nicht nur eine hohe Agilität und Stabilität bereit, sondern auch den notwendigen Energiebedarf. Dieser ist erforderlich, um qualitativ hochwertige Infrarotbilder zu liefern. Denn – so Bierdel – nur so ist es möglich, den Wasserbedarf in der Landwirtschaft präzise zu messen.

Die eingesetzte Satellitenplattform basiert dabei auf dem Mikrosatellitenbus MP42. Dessen Leistung ist für Fernerkundungsmissionen, Kommunikation mit hohem Datendurchsatz, hohe Agilität und hohe Lagestabilität optimiert. Dass sie zuverlässig funktionieren, haben sie bereits in mehreren Missionen bewiesen. Einige davon zielen auch explizit auf den Klimawandel ab, wie Vytenis J. Buzas, Mitbegründer und CEO von Kongsberg NanoAvionics, erklärt: “constellr ist das dritte private Unternehmen, das unsere Satellitenbusse einsetzt, um den Auswirkungen des Klimawandels entgegenzuwirken.”

Deployment und Launch Mission Management von Exolaunch

Mit Exolaunch hat constellr eine Vereinbarung über mehrere Starts geschlossen. Der für 2024 geplante Start der In-Orbit-Demonstration wird aller Wahrscheinlichkeit nach auf einer Falcon 9 von SpaceX stattfinden. Ziel des HiVE-Satelliten ist ein sonnensynchroner Orbit in 500 km Höhe. Freigesetzt wird er dann mit dem Satelliten-Separation-System Carbonix von Exolaunch.

Zudem übernimmt Exolaunch die Überwachung des gesamten Startmanagements, einschließlich der Integrations-, Start- und frühen Orbitphase. Connor Pollock, Missionsleiter bei Exolaunch: “Wir fühlen uns geehrt, von constellr einen Startvertrag erhalten zu haben und einem führenden Unternehmen in einem Bereich zu helfen, der für die Landwirtschaft und die Gesellschaft des 21. Jahrhunderts so wichtig ist wie die globale Überwachung der Landoberflächentemperatur.”

Datenverarbeitung vom Fraunhofer Ernst-Mach-Institut

Der zentrale Bestandteil der Nutzlast stammt vom Fraunhofer Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut EMI. “Das Gehirn”, wie constellr es selbst bezeichnet, ist eine Instrumentensteuerungs- und Datenverarbeitungseinheit (DPU). Eine vollständig redundante Einheit wird an Bord der ersten beiden Flugmodelle ins All fliegen. Bereits im Februar 2022 startete der Vorläufer von HiVE zur Internationalen Raumstation ISS. Rund acht Wochen später zeigte sich, dass die Langwellen-Infrarotkamera LisR (Longwave Infrared Sensing DemonstratoR) zuverlässig arbeitet und hochauflösende Bilder aus dem Orbit sendet.

Die DPU des Fraunhofer EMI ist für den Einsatz in größeren Nano- und Mikrosatelliten konzipiert und wurde speziell für Bild- und Videoanwendungen in allen Spektralkanälen entwickelt. Das Besondere dabei: Sie basiert auf einem aus Standard-Produkten bestehenden, heterogenen Multiprozessor System-on-a-Chip (MPSoC). Der Einsatz sogenannter commercial off-the-shelf oder auch components-off-the-shelf (COTS) Produkte begründet sich sowohl in Kostengründen als auch hinsichtlich des Entwicklungsaufwandes. Nichtsdestotrotz ist die DPU in der Lage, Daten an Bord zu verarbeiten. So erfolgen zum Beispiel Bildkorrektur, Datenkompression und Verschlüsselung bereits im Orbit.

Clemens Horch, Leiter der Gruppe Eingebettete Systeme am Fraunhofer EMI, ist davon überzeugt, dass eine leistungsstarke On-Board-Datenverarbeitung eine der Säulen für innovative Erdbeobachtungsmissionen ist. Da die DPU vollständig rekonfigurierbar sei, ermögliche sie die für die HiVE-Mission erforderliche hohe operative Flexibilität. “Wir danken constellr für das anhaltende Vertrauen in Fraunhofer-Technologie und freuen uns auf eine erfolgreiche Mission.”