Erdbeobachtung neu gedacht: Fortschrittliche Bildgebung aus dem All mit Fraunhofer IPMS
Anwendungen für den Bereich Space


Erdbeobachtungstechnologien sind entscheidend für das Verständnis von Umweltveränderungen, die Förderung einer nachhaltigen Entwicklung und die Bewältigung sozio-ökologischer Herausforderungen. Heutige Satellitenbildgebungssysteme stoßen jedoch durch geringe räumliche Auflösung (ca. 1 km), lange Aufnahmezeiten (mehrere Tage) und eine begrenzte spektrale Abdeckung (hauptsächlich sichtbares Licht) an ihre Grenzen.
Das EU-geförderte Projekt SURPRISE begegnete diesen Herausforderungen mit neuartigen, weltraumbasierten Kamerasystemen auf Basis von Flächenlichtmodulatoren (Spatial Light Modulators, SLMs) - einem Gebiet, auf dem das Fraunhofer IPMS über umfassende Expertise verfügt.
Neuartige Bildgebung für den Weltraum: VIS–NIR–MIR-Spektralbereich & Echtzeitdaten
Ziel des Projekts war die Entwicklung eines raumfahrttauglichen Demonstrators, der folgende Kernfunktionen vereint:
- Breitbandige spektrale Abdeckung: Sichtbares Licht (VIS), nahes (NIR) und mittleres Infrarot (MIR)
- Höhere Bodenauflösung für präzisere Umweltdaten
- Integrierte Datenverarbeitung und Echtzeitverschlüsselung an Bord
- Compressive Sensing (CS) zur Reduktion des Datenvolumens und zur Steigerung der Sicherheit
Die Compressive-Sensing-Technologie ermöglicht hochauflösende Bildgebung mit nur einem Einzelpixel-Detektor. Das ist besonders im MIR-Spektralbereich von Bedeutung, wo es derzeit keine geeigneten 2D-Detektoren gibt. Dies führt zu kompakten, energieeffizienten Systemen mit nativer Datenverschlüsselung direkt bei der Aufnahme, was ein entscheidender Vorteil für sichere Erdbeobachtungsanwendungen ist.
Fraunhofer IPMS: Optoelektronische Komponenten für den Weltraumeinsatz
Das Fraunhofer IPMS hat seine langjährige Erfahrung im Bereich der Flächenlichtmodulatoren eingebracht, um einen SLM zu entwickeln, der speziell für die rauen Bedingungen des Weltraums optimiert ist. Dazu gehören:
- Strahlungsresistentes MEMS-Design
- Zuverlässiger Betrieb unter extremen Temperaturschwankungen
- Kompatibilität mit Satellitensystemen und Datenverarbeitungseinheiten
Im Rahmen des dreieinhalbjährigen Projekts, das im Juni 2023 erfolgreich abgeschlossen wurde, wurde ein SLM der aktuellen IPMS-Generation erfolgreich unter Weltraumbedingungen getestet. Das 256 × 256 Pixel große Array bestand Prüfungen bei Temperaturen von –40 °C bis +80 °C, Vakuumbedingungen (< 10⁻⁵ mbar) sowie Vibrationstests entlang der X-, Y- und Z-Achse ohne den Ausfall eines einzigen Pixels. Diese experimentellen Ergebnisse und begleitende Simulationen belegen die Robustheit der IPMS-Technologie und bestärken weitere Entwicklungen für den Einsatz von SLMs in der Raumfahrt.