Eine neue Initiative der Zusammenarbeit:

Figure 1:
Figure 1: Schematic diagram of the different domains of the Earth system

ADVANCING EARTH OBSERVATION SCIENCE (AEOS), UMWELT, KLIMAWANDEL UND SATELLITENSCHWÄRME

Die Komplexität des Umweltsystems der Erde erfordert ein koordiniertes Vorgehen verschiedener wissenschaftlicher Disziplinen. Basierend auf erfolgreichen Kooperationen in der Vergangenheit wurde die Initiative Advancing Earth Observation Science (AEOS) ins Leben gerufen, um die relevanten physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse durch die Bündelung der Expertise verschiedener Partner an der Universität Bremen und weltweit zu erfassen. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf Untersuchungen, um die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf das Erdsystem zu quantifizieren und von natürlichen Effekten zu trennen.

Figure 2:
Figure 2: Earth observation by present and future satellites

Das erste Forschungsziel von AEOS besteht darin, Erdbeobachtungsdaten von bestehenden und künftigen Satellitenmissionen zu nutzen, um genaue Erkenntnisse über Veränderungen z. B. der Schadstoffflüsse, der Ozeanzirkulation, der Eisausdehnung und -dicke zu gewinnen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden dann zur Prüfung und deutlichen Verbesserung von Erdsystemmodellen verwendet.

TDas zweite Forschungsziel von AEOS ist die Entwicklung der Technologie, die für den Einsatz von CubeSat-Schwärmen in der Erdbeobachtung erforderlich ist. Dazu sind Forschungen zu miniaturisierten Sensoren, weltraumtauglicher Elektronik und schwarmgestützten Messverfahren notwendig. CubeSats werden Daten mit deutlich höherer räumlicher Auflösung und zeitlicher Abtastung liefern, um lokale Umwelt- und Klimaveränderungen besser beurteilen zu können.

Ein drittes und langfristiges Ziel von AEOS ist es, eine Schwarmmission mit CubeSats zu entwickeln und zu fliegen, um ein Konzept für die künftige Erdbeobachtung zu demonstrieren.

Figure 3:
Figure 3: Phase A model of a 2U-CubeSat used for preliminary tests of basic system properties

Die AEOS-Kooperation wird vom Institut für Umweltphysik (IUP) der Universität Bremen geleitet, das über mehr als drei Jahrzehnte Erfahrung in der Entwicklung und Nutzung von Fernerkundungstechniken von Bodenstationen, Schiffen, Flugzeugen und Satellitenplattformen verfügt. Das IUP hat mit den vom IUP geleiteten Projekten GOME und SCIAMACHY Pionierarbeit bei der Fernerkundung der Zusammensetzung der Atmosphäre (z. B. Schadstoffe, Treibhausgase) geleistet. Die Daten dieser Missionen bildeten die wissenschaftliche Grundlage für die Entwicklung von Teilen des ESA/EU Copernicus-Programms, d.h. der Missionen Sentinel-4, -5P und -5.

Darüber hinaus verfügt das IUP über eine international anerkannte Expertise in der Ozeanographie, z.B. hinsichtlich des Energietransfers zwischen Ozeanen und Atmosphäre und der Untersuchung des Ursprungs und der Folgen der „arktischen Verstärkung“.

  • Das IUP und das Alfred-Wegener-Institut (AWI) verfügen über einzigartiges Fachwissen und eine langjährige Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Fernerkundung der Kryosphäre und der Polarregionen.
  • Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt - Institut für Physik der Atmosphäre (DLR-IPA) und das IUP bündeln ihre Erfahrungen in der Erdsystemmodellierung.
  • Die Expertise in der Glaziologie im globalen Maßstab wird vom Institut für Geographie bereitgestellt.
  • Das Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) an der Universität Bremen ist ein international anerkanntes Forschungszentrum. Die Forschung am ZARM reicht von grundlegenden Fragen der theoretischen und experimentellen Physik bis hin zur Entwicklung von Technologien für Weltraummissionen und Mikrogravitationsexperimente.
  • Das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme (DLR-ISS) und der Fachbereich Mathematik/Informatik erforschen neuartige Architekturen für die On-Board-Verarbeitung in miniaturisierten Satelliten und untersuchen den Einsatz von kommerzieller Standard-Hardware und fortschrittlicher Software für eine speichereffiziente Datenerfassung.
  • Das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz Bremen (DFKI Bremen) und der Fachbereich Mathematik/Informatik verfügen über eine international anerkannte Expertise im Design und Betrieb von autonomen Systemen und Elektronik für den Weltraum.
  • Das Institut für Telekommunikation und Hochfrequenztechnik (ITH) hat nachweislich Erfahrung in der Forschung zur Weiterentwicklung der Drahtlostechnologie. Das ITH hat Lösungen für Herausforderungen wie hohe Datenraten, massive Kommunikation und niedrige Latenzzeiten bei der Entwicklung von mobilen Kommunikationssystemen geliefert.
  • Das Institut für Elektrodynamik und Mikroelektronik (ITEM) verfügt über Fachwissen beim Entwurf von Systemen und Schaltungen für die Kommunikation und Signalverarbeitung.
  • Das Zentrum für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ZeTeM) an der Universität Bremen verfügt über exzellente Kenntnisse in den Bereichen Orbitoptimierung, autonomes Manövrieren und Missionssimulation und bringt mathematische Expertise in den Bereichen Retrieval-Theorie, Merkmalsdarstellung und maschinelles Lernen ein.
  • In der AEOS-Initiative wird die Expertise von ZARM, IUP und DLR-ISS bei der Entwicklung von Sensoren und dem Bau von Satelliten durch die lokalen Industriepartner OHB und ZARM Technik ergänzt. OHB ist weltweit führend bei der Entwicklung und dem Betrieb von Erdbeobachtungssatellitensystemen. Die AEOS-Expertise wird durch die Zusammenarbeit mit Partnern von der Universität Jena (Biosphäre und Big Data), der Universität Maryland (Biogeochemie), der Universität York (EO-Satelliten) und der Universität Southampton (multikriterielle Optimierung) erweitert.