Mikrosatelliten sind kleiner als ein Koffer und schweben 500 km über der Erde. Damit eröffnen sie eine effiziente neue Möglichkeit, die Erde zu beobachten. Diese „kleinen Entdecker“ sind beweglicher als ihre Pendants im fernen Weltraum und befinden sich deutlich näher an der Erde. Mit den aktuellen Fortschritten bei der Miniaturisierung sind sie trotzdem genauso modern.
Obwohl sie wesentlich neuer als traditionelle Satelliten sind, kristallisiert sich bereits heraus, dass sie den Investitions- und Forschungsaufwand lohnen. Dabei sind sie deutlich erschwinglicher.
Forschung, Entwicklung und Einsatz von Satelliten waren über Jahrzehnte Regierungsbehörden und stark spezialisierten Unternehmen vorbehalten. Das hat sich in den letzten Jahren grundlegend geändert, seit Marken wie Canon und eine Reihe von Universitäten weltweit ein wachsendes Interesse an der „Schrumpfung“ der klassischen Satelliten zeigen und die Technik in kleinen, leichten Konstruktionen unterbringen, die sich kosteneffizient in den Weltraum bringen lassen. Welche Vorteile bieten diese Mikrosatelliten neben den verringerten Kosten noch, und welche Aufgabe übernimmt Canon bei der Realisierung?
Katastrophenschutz
Die Natur ist unberechenbar, und Naturkatastrophen können verheerende Folgen für die betroffenen Gebiete nach sich ziehen. Manche Länder haben bei Katastrophenereignissen große Erfolge mit der Bereitstellung von „Konstellationen“ kleiner Satelliten erzielt, die die Lage schnell im Moment des Geschehens erfassen.
So können Einsatzteams an den richtigen Orten passend zugeschnittene Hilfsprogramme starten und andere Gegenden evakuieren. Ausgehend von den Daten, die bei jedem Ereignis erfasst werden, ist es außerdem möglich, sich ein Bild zu Analysezwecken zu machen, das bei zukünftigen Ereignissen Prognose und Reaktion erleichtert.
Klimabeobachtung
Werden Satelliten in erdnaher Umlaufbahn mit Sensoren am Boden vernetzt, können sie eine entscheidende Funktion für die Kontrolle von Klimaschwankungen übernehmen.
Sie decken zwar nur einen bestimmten Bereich ab, können aber Informationen von den Sensoren mit Bildern ihrer Bordkamera kombinieren. So wird ein vollständiger Datensatz verfügbar, mit dem sich die Folgen des Klimawandels im Zeitverlauf analysieren lassen.
Es befinden sich bereits komplexere Satelliten in der Entwicklung, die sogar Daten zu CO2-Emissionen sammeln können.
Detaillierte Karten
Mit hochauflösenden handelsüblichen Erdaufnahmen in Kombination mit Mikrosatelliten wird es bald nicht mehr möglich sein, sich zu verlaufen.
Kleine Satelliten werden für die Wirtschaft immer erschwinglicher und liefern bereits genaue Online-Karten, die sich durchblättern, vergrößern und verkleinern lassen. Dafür wird nur eine Internetverbindung benötigt.
Kleine Satelliten, große Herausforderungen
Wir sind seit mehr als sechs Jahren an der Entwicklung von Mikrosatelliten für unterschiedlichste Ziele und Einsatzgebiete beteiligt. Dieser Weg war nicht immer einfach. Einen Mikrosatelliten in die erdnahe Umlaufbahn zu bringen, ist keine leichte Aufgabe – die meisten Satelliten werden mit einer Rakete ins All geschossen.
Canon Electronics Inc. hat seinen CE-SAT-I (Canon Electronics Satellite 1) 2017 von einem Weltraumzentrum in Südindien ins All gebracht. Seitdem sendet dieser winzige Satellit (mit einer Größe von nur 500 mm x 500 mm x 850 mm) aus seiner Umlaufbahn in 500 km Höhe Aufnahmen von der Erde zurück.
In dem kleinen Gehäuse ist eine DSLR-Kamera mit einem optischen Spiegellinsensystem untergebracht. Diese kompakte Kamera eignet sich für Weitwinkelaufnahmen und weitere Aufgaben. Sie ist trotz des kleinen Gehäuses so leistungsfähig, dass sie einzelne Fahrzeuge auf einer Straße erkennen und Weitwinkelaufnahmen von 740 km x 560 km großen Abschnitten erstellen kann.
Keine Grenze nach oben
Wie Nobutada Sako, Gruppenleiter im Satellitensystemlabor von Canon Electronics Inc berichtet, war es allerdings alles andere als einfach, den CE-SAT-I zu bauen.
„Wir mussten drei echte technische Schwierigkeiten lösen“, erzählt er. „Erstens die Schwerelosigkeit, zweitens das Vakuum und drittens die starke Strahlung im Weltall.“
Das Vakuum und die Strahlung waren besonders komplexe Herausforderungen. Da ein Vakuum luftleer ist, erzeugt auch ein sich drehendes Gebläse keinen Luftstrom. Damit kann Wärme, die von einer CPU oder einem anderen Gerät erzeugt wird, nicht abgeleitet werden, sodass die Einheit bei Überhitzung abschaltet. Das Team löste dieses Problem mit einem ausgeklügelten Strahlungskühlungsverfahren, bei dem die Wärme mithilfe über Metall abgeleitet wird.
Bei der Strahlung wusste das Team sehr genau, dass sie das System anhalten oder stören kann. Die Strahlung kann insbesondere bei der CPU die gespeicherten Daten verändern und so zu Fehlern führen. Um dieses Risiko auszuschließen, testete das Entwicklungsteam eine große Anzahl an Halbleiterchips. Schließlich war einer darunter, der der Strahlung standgehalten hat.
Heute erleichtern uns die Erfahrungen aus der Konstruktion und Entwicklung der ersten Mikrosatelliten den Bau der noch kleineren nächsten Generation. Im Labor von Canon Electronics in Japan arbeiten wir an leistungsfähigeren verkleinerten Satelliten.
Der CE-SAT-III beispielsweise ist so klein, dass er in eine Hand passt. Er ist mit der modernsten verfügbaren Bildgebungstechnologie ausgestattet und lässt sich damit in den genannten Bereichen künftig bei äußerst hoher Genauigkeit ultraeffizient einsetzen.
Und das ist nur der Anfang: Für potenzielle neue Märkte wie Landwirtschaft und Handelsschifffahrt eröffnen sich viele weitere Einsatzmöglichkeiten.
Mehr Informationen über CE-SAT-I finden Sie auf der globalen Canon Website.