MASSATS - Modelling and Assessment of Space Surveillance And Tracking Systems

Dienste benötigen Infrastruktur-Elemente

Greifen Sie gelegentlich auf die Wettervorhersage zurück, um zu erfahren, wie das Wetter die nächsten Tage aussehen wird? Nutzen Sie das Internet und freuen sich darüber, schnell auch mal einen Blick in weit entfernte Länder werfen zu können? Empfangen Sie hin und wieder Pakete und verwenden die Tracking-Dienste der Logistikunternehmen, um abschätzen zu können, wann Sie das Paket den Zielort erreicht? Vermutlich werden Sie viele dieser Fragen mit „Ja“ beantworten. Aber ist Ihnen bewusst, dass für alle der oben genannten Dienste eine Infrastruktur benötigen wird, die zumindest teilweise im Weltraum lokalisiert ist?

Kritische Infrastruktur muss geschützt werden

In der Tat sind zur Wetter- und Erdbeobachtung, (Internet-)Kommunikation und Navigation sowie für viele weitere Dienste Satelliten erforderlich, die sich zumeist im erdnahen Weltraum befinden. Einige der satellitengestützten Dienste bewahren uns sogar vor Katastrophen, so z.B. die zur Früherkennung von Erdbeben, Tsunamis und Waldbränden. Aber auch andere sind in unserer hochtechnisierten Welt nicht mehr wegzudenken, wie z.B. Dienste, über die Ströme internationaler Finanzdaten fließen. Nicht nur seitens der Betreiber eines Satelliten besteht ganz offensichtlich ein Interesse daran, dass die Satelliten unversehrt ihrer jeweiligen Aufgabe nachkommen können.

Schutz bedingt kontinuierliche Beobachtung

Würde sich ein Satellit an einer festen Position auf der Erde befinden, so lässt er sich ggf. durch einen gesondert abgesicherten Bereich vor schädlichen Einflüssen von außen schützen. Befände er sich aber als Verkehrsteilnehmer auf einer Straße, so wäre es schon schwieriger, diese Aufgabe zu bewältigen, da nicht sichergestellt werden kann, dass sich alle anderen Verkehrsteilnehmer an die landestypischen Regeln halten. Glücklicherweise werden die Regeln von den meisten befolgt. Und sollte sich einmal jemand nicht an die Regeln halten und z.B. auf der falschen Spur fahren, so gelingt es dem Führenden eines Fahrzeugs zumeist durch ein Ausweichmanöver einen Zusammenstoß zu vermeiden. Hierzu ist aber eine vorherige kontinuierliche Beobachtung der Verkehrssituation zwingend erforderlich.

Der Weltraum, ein nicht hoheitlicher und nur partiell beobachtbarer Raum

Nun befindet sich ein Satellit aber in dem nicht hoheitlichen und nur partiell beobachtbarem Weltraum. Dort trifft er auf eine Vielzahl menschengemachter Objekte, von denen die wenigsten funktionsfähige Satelliten sind. Vielmehr besteht der größte Anteil aller Objekte im erdnahen Weltraum schlicht aus Schrottteilen, entstanden aus aufgegebenen Satelliten, ausgedienten Raketenstufen und Bruchstücken davon. Alle zusammen stellen ein großes Problem für funktionierende Satelliten dar. Denn sie können mit diesen kollidieren, sie dabei nachhaltig beschädigen und auch weitere Schrottteile erzeugen.
Zur Kollisionsvermeidung können manövrierfähige Satelliten ggf. ein Ausweichmanöver vollziehen. Das ist aber nur möglich, wenn ihnen bzw. dem Satelliten-Operator frühzeitig eine drohende Kollision bekannt ist. Selber erfassen können Satelliten ihre Situation typischerweise nicht, da sich die Objekte im Weltraum mit sehr hohen Geschwindigkeiten bewegen und aus nahezu beliebigen Richtungen annähern können. Selbst dann, wenn man die eigene Lage erfassen könnte, wäre ein Manöver trägheitsbedingt nicht zeitnah abzuwickeln.

Situation im Weltraum muss global erfasst werden

Die Bildung eines Bewusstseins um die Situation im Weltraum – Space Situational Awareness (SSA) – ist unabdingbare Voraussetzung, um wichtige Dienste und damit verbundene Infrastruktur-Elemente unserer modernen Gesellschaft geeignet schützen zu können. Hierzu wird ein Verbund von Space Surveillance & Tracking (SST) Sensoren sowie assoziierter Systeme benötigt. Dieser System-Verbund kann in weiten Teilen bereits vor seiner technischen Entwicklung hinsichtlich seiner späteren Eignung und Resilienz untersucht werden.

Das Forschungsprojekt MASSATS (Modelling & Assessment of Space Surveillance And Tracking Systems) verfolgt das Ziel, die hierfür erforderlichen Instrumente zur Verfügung zu stellen.

TRACE — Tracking Realtime Activities using cloud-based evaluation and verification

Verfolgung von Echtzeit-Aktivitäten mit cloudbasierter Auswertung und Überprüfung

Die zunehmende Komplexität eingebetteter Systeme erschwert die Produktentwicklung für viele Hersteller. Das führt zu unzureichenden Prüfungen auf Funktionalität und Fehlerfreiheit, wodurch Fehler erst beim Kunden auftreten.

Kooperationspartner

Finanzierung

KIhUG — KI-gestützte hochautomatisierte Unkrautbekämpfung im Grünland

Vor allem durch den immer stärker werdenden Klimawandel vermehren sich invasive Pflanzenarten zunehmend. In der konventionellen Landwirtschaft werden dadurch große Mengen an Herbiziden eingesetzt. Diese bergen jedoch versteckte Gefahren für die Umwelt (z.B. Grundwasser), die Fauna und auch Menschen, wenn sie damit in Berührung kommen.

Als Gegenentwurf steht hier die ökologische Landwirtschaft, bei der gänzlich auf den Einsatz von Herbiziden und Pestiziden verzichtet wird. Eine manuelle Bekämpfung der Vielzahl an Unkräutern ist sehr zeitintensiv bis unmöglich.

Aus den genannten Gründen soll eine technische Lösung entwickelt werden. Dabei sollen die Pflanzen automatisiert erkannt und anschließend umweltverträglich bekämpft werden. Die Aufgaben gliedern sich in die KI-basierte Erkennung der Pflanzen, die Erzeugung von Daten zum Training der Erkennungsnetze sowie die Ansteuerung einer Kinematik zur Bekämpfung der Unkräuter.

Weitere Informationen finden Sie unter folgendem Link:
go.thm.de/kihug

MICRO: The Remote Microprocessor Lab

Time Period: 2022 - now

"The last few years have shown that there is a need to rethink certain educational concepts and prepare teaching for the future with the help of digitization. Education in the field of embedded systems is always bound to hardware components and thus to access to specific laboratories. With the help of remote laboratories, an addition to conventional laboratories can be created. Through this, students can access specific experimental setups at any time and have hardware-based sample solutions for software development on hand. MICRO offers a solution approach to create individual remote labs at universities to teach students in the field of embedded systems. The system can be set up, maintained, and expanded locally by lab engineers and teachers. Experimental setups can be easily added or removed to suit the individual needs in current teaching."

Would you like to find out more? Have a look here: https://doi.org/10.33968/2023.36

• Jakob Czekansky, M.Sc.

• Leon Andre Kraft
• Justin Sauer
• Antonia Strack
• Hamed Yakubi
• David Lotz
• Jurij Schum
• Clemens Haefke
• Vivien Reuter

Das Projekt cITIcar - Autonomes Fahren als begleitende Lehr- und Lernplattform

Zeitraum: 2018 - heute

„Jede dritte Fahrt erfolgt im Jahr 2035 mit einem autonomen Flottenfahrzeug“ – so prognostiziert zumindest das Wirschaftsunternehmen Deloitte die nahe Zukunft des autonomen Fahrens. Auch an dem weltweit starken Zuwachs an Patenten mit Bezug zum autonomen Fahren und dem global
wachsenden Bestand an Elektrofahrzeugen lässt sich dieser Trend erkennen. Um die Studierendender Technischen Hochschule Mittelhessen (THM) auf dieses weitreichende Themengebiet der mobilen Robotik vorzubereiten, wurde das studienbegleitende Projekt cITIcar (Abbildung 1) ins Leben gerufen. Dabei handelt es sich um ein autonom fahrendes Modellfahrzeug im Maßstab 1:10, welches in regelmäßigen Abständen an verschiedenen internen und externen Wettbewerben im Bereich des autonomen Fahrens teilnimmt. 2020 konnte das cITIcar das erste Mal am Carolo-Cup der Technischen Universität Braunschweig teilnehmen und belegte dort den sechsten von vierzehn Plätzen im Basic Cup. Bei dem Projekt cITIcar handelt es sich um ein rein studentisches Lehr- und Lernprojekt, an dem die Studierenden verschiedener Studiengänge der THM teilhaben können. Da das Projekt an der THM am Fachbereich für Mathematik, Naturwissenschaften und Informatik (MNI) angesiedelt ist, liegt der Fokus bei der Entwicklung besonders auf der Hardware- und Softwareentwicklung. Neben freiwilligen Arbeiten der Studierendenschaft am cITIcar wird die Weiterentwicklung des Fahrzeugs durch verschiedene Wahlpflichtmodule und das Angebot von Abschlussarbeiten im Kontext des Modellfahrzeugs gefördert. Während der Pandemie sollte das Projekt möglichst effizient weiterlaufen, weshalb die Onlinelehre im Kontext des cITIcars so konzipiert wurde, dass die Studierenden von Zuhause aus das autonome Fahrzeug weiterentwickeln können.

Interesse geweckt? Informieren Sie sich gerne hier über den aktuellen Verlauf des Projekts: https://citicar.thm.de/

Weitere spannende Informationen zu unserem Lehrkonzept finden Sie hier: https://doi.org/10.33968/2022.34

• Jakob Czekansky, M.Sc.

• Leon Andre Kraft
• Clemens Haefke
• Sebastian Reuter
• Geronimo Nassois
• Vivien Reuter

• Merlin David Mengel
• Jaromir Nischik
• Benjamin May
• Pau Romero Dietz
• Johannes-Albin Käuffer
• Sven Martin
• Martin Hofmann
• Lukas Ritter
• Benedict Schneider
• Sara-Selina Kunz
• Johannes Greising
• Joel Zelenak

Entwicklung einer Messmethodik zur Ermöglichung einer schnellen Bestimmung von Holzart und -herkunft anhand von Jahrring- und Farbanalyse; Entwicklung der Messwerterfassung und -auswertung der neuen Messmethodik

Zeitraum: 2020 - 2023

Im Rahmen des Förderprojektes soll eine Messmethodik entwickelt werden, die eine schnelle Bestimmung von Holzart und -herkunft anhand von Jahrring-, Struktur- und Farbanalysen an Holzoberflächen ermöglicht. Hierzu sollen Mikroskopaufnahmen von Holzproben in digitale Daten (und quasi charakteristische „Fingerabdrücke") umgewandelt werden, anhand derer ein Vergleich mit Referenzdaten für Holzarten in bestimmten Regionen erfolgen kann. Für die Erfassung der relevanten Daten einer Holzoberfläche soll ein Roboterarm mit mehreren speziellen Beleuchtungs- und Kamerasystemen ausgestattet werden. Mittels einer ersten Kamera soll eine Gesamtübersicht des zu untersuchenden Holz-Objektes erstellt und eine charakteristische Bahn zur mikroskopischen Detailerfassung der Holzoberfläche definiert werden. Die auf dieser Bahn durch den Roboterarm getätigt en mikroskopischen Aufnahmen unter definierten Beobachtungswinkeln sollen automatisiert ausgewertet werden, um hieraus Aussagen über Zuwachsstrukturen und Jahrringbreiten und im Abgleich mit Referenzdaten Rückschluss auf Holzarten und Herkunftsregionen zu erhalten.

Sie wollen etwas zu unseren Forschungsergebnissen erfahren?
Schauen Sie gerne hier rein: https://ieeexplore.ieee.org/document/9861819

• Prof. Dr.-Ing. Diethelm Bienhaus

• Moritz Schauer, M.Sc.
• Jakob Czekansky, M.Sc.