Hochpräzise Messungen aus dem All

Prof. Markus Rothacher gibt im Interview Einblick in die neuesten Weltraummissionen seines Teams.

Warum ist eine millimetergenaue Vermessung der Erde notwendig?
Ein hochpr?zises globales Referenzsystem ist zentral f¨¹r viele Fragestellungen. Nur mit einem millimetergenauen Ursprung des Koordinatensystems kann man bestimmen, wie sich Massen verlagern. Wo steigt der Meeresspiegel? Wo versinken Landmassen? Heutzutage gibt es noch grosse Ungenauigkeiten bei solchen Aussagen.

Welchen neuen Ansatz verfolgen Sie an Ihrem Institut f¨¹r Geod?sie und Photogrammetrie?
Dank der Fortschritte in der Miniaturisierung k?nnen wir heute kleine preisg¨¹nstige Satelliten bauen. Diese sogenannten Nanosatelliten sind im Gegensatz zu herk?mmlichen Satelliten erschwinglich und k?nnen im Schwarm eingesetzt werden. Dadurch kann die Erde l¨¹ckenloser beobachtet werden. Das funktioniert aber nur, wenn die Nanosatelliten immer genau wissen, wo sie sich befinden.

Die Position von Satelliten zu bestimmen war bisher ein teures Unterfangen, oder?
Ein weltraumtauglicher Empf?nger f¨¹r die Positionierung hat vor 10 Jahren noch eine halbe Million Dollar gekostet. Wir haben nun eine L?sung f¨¹r unter 100 CHF entwickelt. Wir verwenden Low-Cost-GNSS-Empf?nger des ETH Spin-offs u-blox. Unser Team hat diesen Empf?nger fit f¨¹r den Weltraum gemacht und ein Hochleistungs-Positionierungsmodul daraus gebaut. Mit nur 100 Gramm Gewicht und 100 Milliwatt Stromverbrauch k?nnen wir die Satelliten-Flugbahn auf 3-5 Meter genau in Echtzeit bestimmen.

Haben die Module die erste Feuertaufe im Weltall ¨¹berstanden?
Die ersten zwei Demonstrationsmodule wurden im Dezember 2018 und April 2019 ins All geschossen, jeweils weitere f¨¹nf folgten im Januar 2021 und jetzt Ende Juni mit SpaceX, dem Raumfahrtunternehmen von Elon Musk. Die Module funktionieren sehr gut und wir haben bereits eine Menge von Daten ausgewertet. Wir bauen jetzt an der n?chsten Generation der Positionierungsmodule, die dann n?chstes Jahr ins All fliegen werden.

Worin wird sich die n?chste Generation der Positionierungsmodule unterscheiden?
Die neuen Module werden nicht nur eine, sondern zwei Frequenzen empfangen k?nnen, womit sich die Genauigkeit noch deutlich erh?hen wird. Wir k?nnen aus der Verz?gerung der GNSS-Signale in der Atmosph?re wichtige Informationen gewinnen. Dadurch sind neue Anwendungen m?glich, wie etwa die Erfassung der Wasserdampfverteilung oder die Beobachtung der Sonnenaktivit?t und des Weltraumwetters.

F¨¹r welche industriellen Anwendungen ist diese Technologie interessant?
Die Kommunikation zwischen vernetzten Dingen ist in vielen Bereichen von grosser Bedeutung, zum Beispiel bei Schiffsflotten oder in der Landwirtschaft. F¨¹r solche IoT-Anwendungen sind die Nanosatelliten ideal, denn sie k?nnen kleine Datenmengen von jedem Ort auf der Welt ¨¹bertragen. Wir arbeiten mit der Firma Astrocast zusammen, die ein satellitengest¨¹tztes IoT-System entwickelt. In den n?chsten 3 Jahren wird eine Konstellation von circa 80 Satelliten im All aufgebaut werden. Das ist einmalig und wird nicht nur industrielle Anwendungen erm?glichen, sondern unserem Team an der ETH auch wissenschaftliche Erkenntnisse zur Beobachtung des Systems Erde bringen.