VC MIPI im Weltall – Kameras für Satellitenbilder von der Erde
Vernetzte Nano-Satelliten zur Erdbeobachtung mit integrierten VC MIPI Kameras und Raspberry Pi
Die Herausforderung:
Extreme Umweltereignisse beobachten
Katastrophen wie Waldbrände, Überschwemmung, Stürme und Vulkanausbrüche bedrohen Mensch und Umwelt und verursachen erhebliche volkswirtschaftlichen Schäden. Allein die direkten Verluste von Fluggesellschaften durch den Ausbruch und die Aschewolke des Vulkans Eyjafjallajökull im Jahr 2010 werden auf mehr als 1,3 Milliarden Euro beziffert. Um rechtzeitig Vorsichtsmaßnahmen ergreifen zu können, muss die Ausbreitung dieser Ereignisse frühzeitig erkannt werden. Voraussetzung für solche Vorhersagen sind umfassende Daten und Echtzeitinformationen.
Die Lösung: Vernetzte Weltraumsatelliten zur Erdbeobachtung
Um künftig bessere Daten zu erheben, auf deren Basis Vorhersagen ermöglicht und damit Schäden abgewendet werden können, werden im Rahmen der Forschungsmissionen TIM (Telematics International Mission) und TOM (Telematics Earth Observation Mission) eine Reihe von Nano-Satelliten zur Erdbeobachtung entwickelt.
Zahlreiche internationale Partner beteiligen sich an den Forschungsmissionen, darunter auch das Zentrums für Telematik e.V., die Universität Würzburg und die Technische Universität München. Im Zusammenschluss entwickeln die nationalen Partner drei miteinander vernetzte Beobachtungssatelliten.
Formationsflüge ermöglichen 3D-Aufnahmen
Im Weltall nehmen die Satelliten eine Formation ein, mit der sie aus jeweils unterschiedlichem Winkel Daten derselben Orte, Objekte oder Wettererscheinungen erfassen. Die Einzelbilder der Satellitenformation werden in einen 3D-Datensatz umgewandelt. Das ermöglicht detaillierte Analysen und Vorhersagen.
Vermessungen
Topographische Eigenschaften, wie beispielsweise die Größe und Ausbreitung von Asche- und Rauchwolken, Feuern und Überschwemmungen können exakt bestimmt werden.
Modellierungen
Forschende sind durch virtuelle Modelle von Landschaften oder Umweltereignissen in der Lage, diese besser zu analysieren und daraus Vorhersagen abzuleiten.
Rekonstruktionen
Landschaftliche Veränderungen werden rekonstruierbar, was bei Prognosen oder der Wiederherstellung ursprünglicher Zustände unterstützt.
Zeitreihenanalyse
Die Ausbreitung und Entwicklung von Wetter- und Umweltereignissen kann im zeitlichen Verlauf analysiert werden.
Grundlage für weitere Missionen
Basierend auf den zur Erde übertragenen Daten der Geo-Satelliten werden umfassende Forschungen erfolgen, wie diese bestmöglich für Vorhersagen, für Frühwarnsysteme und zur Minderung der Auswirkungen von Asche- und Staubwolken sowie weiteren Ereignissen verwendet werden können. Auf dieser Grundlage wird das Zentrum für Telematik dann weitere Missionen zur Erdbeobachtung entwickeln und initiieren.
Vermessungen
Topographische Eigenschaften, wie beispielsweise die die Höhe von Gebirgszügen, die Tiefe von Tälern und andere landschaftliche Merkmale können exakt bestimmt werden.
Modellierungen
Forschende sind durch virtuelle Modelle von Landschaften oder Umweltereignissen in der Lage diese besser zu analysieren und besser zu verstehen.
Rekonstruktionen
Landschaftliche Veränderungen werden rekonstruierbar, was bei Prognosen oder der Widerherstellung ursprünglicher Zustände unterstützt.
Zeitreihenanalyse
Die Ausbreitung und Entwicklung von Wetter- und Umweltereignissen kann über einen Zeitraum hinweg bestimmt werden.
Raketenstart für 2024 geplant
Nach derzeitiger Planung werden die TIM / TOM Geo-Satelliten Mitte 2024 ins Weltall starten. Basierend auf ihren zur Erde übertragenen Daten werden dann umfassende Forschungen erfolgen, wie diese bestmöglichen Vorhersagen, für Frühwarnsysteme und zur Minderung der Auswirkungen durch Asche- und Staubwolken sowie weiteren Ereignissen verwendet werden können. Auf dieser Grundlage wird das Zentrum für Telematik dann weitere zur Erdbeobachtung entwickeln und initiieren.
Zuverlässige Bilderfassung mit weltraumtauglichen VC MIPI Kameras
Jeder der drei Satelliten ist mit zwei MIPI Kameramodulen von Vision Components ausgestattet. Die VC MIPI IMX250-C Kameramodule mit einer Auflösung von fünf Megapixel bieten ein optimales Verhältnis aus Detailgenauigkeit zur Erzeugung von 3D-Bildern in hoher Qualität und einem gleichzeitig großen Aufnahmebereich, um die Erdoberfläche optimal erfassen zu können. Entscheidendes Kriterium für die Auswahl der Vision Components Kameras war außerdem das ultrakompakte Design der Module zur Integration in die Satelliten.
Einfache Integration mit RPi-Boards
Zur Steuerung der Kameras und zum Speichern und Übertragen der Bilddaten an die Basisstation auf der Erde sind die VC MIPI Kameras an Raspberry Pi Prozessorboards angeschlossen. Die Embedded Systeme übernehmen außerdem Bildverarbeitungsalgorithmen, mit denen Merkmale aus den Daten extrahiert und an die weiteren Satelliten übertragen werden, zum Beispiel zur exakten Positionierung der Satelliten und Kameras und zu den erfassten Objekten und Erscheinungen.
VC MIPI – Kameras für die Raumfahrt
Grundvoraussetzungen für Weltallkameras sind Langlebigkeit und Zuverlässigkeit ohne Wartungsbedarf sowie eine hohe mechanische Belastbarkeit. Alle Komponenten sollten möglichst klein, leicht und energieeffizient sein, um die begrenzte Nutzlast der Raketen und Satelliten optimal zu nutzen. Sichere Datenübertragung ist ebenfalls essentiell. Die Kameras müssen widerstandsfähig gegen Strahlungen, wie Sonnenwinde, und extremen Temperaturen sein, um auch im Vakuum und ohne atmosphärischen Druck zu funktionieren.
VC MIPI® erfüllen diese entscheidenden Kriterien für den Einsatz im All:
Ultrakompaktes Design
Für die besonders platzsparende Integration der Kameras in die Satelliten hat Vision Components einen individuellen Konnektor entwickelt.
Robuste Bauweise
VC MIPI® erfüllen ohne Anpassungen die Anforderungen an Strahlungsfestigkeit und Robustheit für den Einsatz im Weltraum.
Made in Germany
VC MIPI® Kameras werden von Vision Components in Deutschland entwickelt und produziert. Aufwendige Serientests stellen Qualität und Zuverlässigkeit sicher.
ZfT – Zentrum für Telematik e.V.
Das Zentrum für Telematik e.V. informiert die Industrie hinsichtlich der Chancen beim Einsatz von Telematik-Techniken. Insbesondere bietet es der Industrie Unterstützung bei der Entwicklung von innovativen Produkten und Dienstleistungen an. Anwendungsschwerpunkte liegen in der Fernwartung und Fern-Inbetriebnahme von Industrieanlagen, bei der Sicherheitsüberwachung, Unterstützung von Hilfskräften in Gefahrensituationen, in der Telemedizin, der Fern-Ausbildung und der Verkehrssteuerung.
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