07.04.2022 / 14:57 // ConstellR

Im Februar 2022 brachte eine Antares 230+ von der Wallops Flight Facility (Virginia, USA) den Raumfrachter Cygnus zur Internationalen Raumstation ISS. An Bord war auch LisR – eine Infrarotkamera des Freiburger Unternehmens ConstellR. Nun erreichten die ersten Bilder die Erde.

Im März wurde LisR auf der Japanese Experimental Platform Exposed Facility (JEM-EF) der ISS installiert. Dort ist es auf die Erdoberfläche ausgerichtet, um Bilder im langwelligen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums über Landgebieten aufzunehmen. Zur Verarbeitung werden diese zur Erde zurück gesendet und anschließend an Pilotkunden aus den Bereichen der EO-Analytic (Earth-Observation, Erdbeobachtung), Agrarindustrie sowie Forschung gestreamt. Ziel ist es, ihre Verfahren mit zeitnahen thermischen Satellitenbildern verbessern zu können. Wie erste Auswertungen jetzt zeigen, sind die Bilder gut fokussiert und scharf. Damit eröffnet sich ein neuartiger Blick auf die Erde, anhand dessen Merkmale erkannt werden können, um die operative Landbewirtschaftung zu unterstützen.

Auf Grundlage der gewonnenen Daten sollen bereits in der Vegetationsperiode 2022 eine Reihe von Pilotversuchen stattfinden. Die überwachten Gebiete liegen zunächst in Nordamerika sowie in ganz Europa. So zeigt das erste von ConstellR veröffentlichte Bild die Datenlage in kalifornischen Sacramento am 22. März 2022. Im rechten Teil deutlich zu erkennen ist ein Temperaturabfall, der durch die starke Bewässerung eines Golfplatzes verursacht wird. Im linken Teil hingegen erkennen die Datenanalysten erhöhte Temperaturen in den Pflanzenspitzen, was sich als Frühwarnzeichen für Erntestress interpretieren lässt.

Analyse von Wärmedaten des Ortes Sacramento (Kalifornien, USA), aufgenommen am 22.03.2022 von LisR an Bord der ISS, bereitgestellt von ConstellR
© ConstellR

Wie Dr. Lina Hollender, Chief Commercial Officer bei ConstellR, betont, besteht bei Kunden ein dringender Bedarf an solchen Daten: „Seit der Markteinführung von LisR haben wir einen bedeutenden Marktaufschwung erlebt, da internationale Interessenten an uns herangetreten sind, um unsere Daten für eine Reihe von kommerziellen landwirtschaftlichen Anwendungen zu testen.“ Zwar handelt es sich bei der LisR-Mission von ConstellR in erster Linie um die Demonstration der zum Patent angemeldeten TIR-Überwachungstechnologie des Unternehmens. Doch bereits diese erste Nutzlast liefert hochauflösende Bilddatenströme in zwei thermischen Infrarotbändern. Ergänzt um weitere Erdbeobachtungsdaten lässt sich damit die Landoberflächentemperatur (LST) ableiten – eine wichtige Umweltvariable der Wasser-, Kohlenstoff- und Energiekreisläufe. Aus einer präzisen LST wiederum lassen sich übergeordnete Parameter zuverlässiger ableiten, als dies heute möglich ist.

künstlerische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Evaporation, Transpiration und Evapotranspiration
Evapotranspiration = Evaporation + Transpiration

Weltweit werden jährlich 4,37 Billiarden Liter Wasser verbraucht

Eine davon 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 (Local flow regulation and irrigation raise global human water consumption and footprint, Fernando Jaramillo, Georgia Destouni) kommt zu dem Schluss, dass jährlich 4.370 km3 (4.370.000.000.000.000 Liter) verbraucht werden, die Grenze zur nachhaltigen Nutzung jedoch bei nur 4.000 km3 liegt. Und mit einem Anteil von 20 Prozent ist die Evapotranspiration durchaus relevant.

ConstellR plant eigene Satellitenkonstellation mit LisR für noch mehr Daten

Trotz der bisher erfolgreichen Mission ist der Weg zu einer umfassenden Datenerhebung noch weit. Denn da LisR an Bord der ISS installiert ist, sind die Zeitfenster zur Beobachtung limitiert. Zwar umkreist die Raumstation die Erde alle 90 Minuten einmal, aufgrund ihres Orbits ändern sich die überflogenen Regionen jedoch stetig. Dadurch ist ein regelmäßiger Überflug über zu beobachtende Gebiete ausgeschlossen, der allerdings ist besonders relevant. Abhilfe schaffen soll eine eigene Satellitenkonstellation. Denn in einem sonnensynchronem Orbit überfliegen Satelliten einen bestimmten Punkt immer zur selben Ortszeit. So lassen sich vergleichbare Daten gewinnen, die für zuverlässige Prognosen elementar sind.

Der Aufbau einer eigenen Konstellation ist laut ConstellR für das Jahr 2023 geplant und soll schon 2024 abgeschlossen sein. Im Unterschied zum sich bereits im Orbit befindlichen Satellitenpaar Sentinel-3 (Sentinel-3A, Start im Jahr 2016 und Sentinel 3B, Start im Jahr 2018) der Europäischen Union, liefert LisR mit einer Auflösung von 80 m sehr viel detailreichere Bilder (vgl. Sentinel-3: 1.000 m).

Auch die NASA betreibt mit “Ecostress” ein eigenes Programm zur Erdbeobachtung, das die selben Ziele verfolgt. Dies liefert allerdings hauptsächlich Daten über die USA. Für Marius Bierdel, CTO von ConstellR, ist dies jedoch kein Grund, der das eigene System in Frage stellt. Im Gegenteil: “Wir sind begeistert von der Leistung der ‘First Light’-Bilder von LisR. Unser Ziel ist es, die gleiche radiometrische Genauigkeit wie das Ecostress-System der NASA zu erreichen: Wir evaluieren dies weiter und freuen uns darauf, auf dem 4S-Symposium in Portugal sowie auf dem Living Planet Symposium in Bonn im Mai detailliertere Merkmale der Daten zu präsentieren.”

Digitale Plattform für erschwinglichere Daten und weniger Hunger

In Kürze will ConstellR eigenen Angaben zufolge eine neue digitale Plattform einführen, mit der Kunden auf einen harmonisierten Strom thermischer Daten zugreifen können. Dafür wird eine Vielzahl von Daten unterschiedlicher Quellen gesammelt, darunter auch die von LisR. In der Folge soll das derzeitige Angebot an thermischen Infrarotdaten für kommerzielle Anwendungen erheblich erweitert werden. Angesichts des enormen Bedarfs an Wasser, der sich vor allen in Subsahara-Afrika laut FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations, Welternährungsorganisation) bis 2050 verdoppeln soll, ein zwingend notwendiges Angebot. Denn zuverlässige thermische Daten können dazu beitragen, Bewässerungspraktiken zu optimieren und letztlich Ernteerträge deutlich zu steigern.

Von entscheidender Bedeutung sind dafür erschwingliche Datensätze, zu denen auch ConstellR beitragen will. Damit leisten die Freiburger einen wichtigen Beitrag zum Erreichen eines der 2015 verabschiedeten Globalen Nachhaltigkeitsziele (Sustainable Development Goals, SDG) der Vereinten Nationen, dem SDG 2 “Zero Hunger”. Denn bereits bis 2025 werden Schätzung zufolge zwei Drittel der Weltbevölkerung mit Wasserknappheit konfrontiert sein. Und die Landwirtschaft ist für 70 % aller Süßwasserentnahmen verantwortlich.


via ConstellR, FAO

Written by (MWe)