Kommentar von Robbie Schingler, Planet Wie der New Space den Orbit zur Datenanalyse nutzt

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New-Space-Unternehmen bauen Raketen und Satelliten und sind damit längst echte Konkurrenz für staatliche Raumfahrtprogramme. Mit einer Hundertschaft an Satelliten fotografieren sie täglich die Erde und ermöglichen so völlig neue Einsichten in das Leben auf unserem Planeten.

Seitdem Menschen begonnen haben, sich den Weltraum zu erschließen, wurden Raumfahrt- und Satellitenprogramme von staatlichen Organisationen durchgeführt – doch das ändert sich gerade. In den vergangenen zehn Jahren hat eine Weltraum-Renaissance begonnen: Es gibt wieder vermehrt Aktivitäten im All, denn technologische Innovationen und schnelle Fortschritte treiben die Erforschung des Weltraums voran. Die dadurch gewonnenen Daten ermöglichen völlig neue Analysen. Dadurch wird „New Space“ zu einem Ideal, nach dem viele in der Raumfahrtindustrie streben.

Die Raumfahrtbranche hat in den letzten Jahren einen Wandel erlebt: Es sind viele neue Unternehmen entstanden, die Missionen im erdnahen Orbit durchführen und dadurch den Status quo der Raumfahrtindustrie in Frage stellen.

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Eines dieser New-Space-Unternehmen ist SpaceX. Die Ingenieur*innen um Gründer Elon Musk entwickelten zuerst eine kleine Trägerrakete – das Ziel des Unternehmens ist es, Menschen das Leben auf anderen Planeten zu ermöglichen. Mittlerweile ist SpaceX weltbekannt. Weil das Unternehmen auf die Wiederverwendbarkeit seiner Raketen setzt, sanken die Kosten für die Raumfahrt. Durch diese Innovationen ist die Branche nicht nur lebendiger, sondern auch sicherer geworden. SpaceX baute so die erste kommerzielle Rakete, die Ladungen von und zur Internationalen Raumstation (ISS) transportiert.

Drei NASA-Ingenieure starten ihr eigenes Satellitenprogramm

Von Trägerraketen dieser Art profitiert ein weiteres privates Raumfahrtunternehmen – Planet. Vor zehn Jahren habe ich Planet gemeinsam mit zwei Freunden gegründet – davor arbeiteten wir gemeinsam als Ingenieure bei der NASA. Unser Ziel ist es, Satellitenbilder und daraus abgeleitete Informationen zu nutzen, um das Leben hier auf der Erde zu verbessern. Unsere erste Mission war es eine Flotte von Klein-Satelliten in den Orbit zu schicken, die nicht nur täglich Aufnahmen der ganzen Erde machen, sondern diese dann auch gleichberechtigt zugängig machen würden. Wir wollten den Menschen die Möglichkeit bieten, die Veränderungen auf unserem Planeten zu sehen und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen.

In einer Garage in Kalifornien bauten wir den ersten Satelliten dieser Flotte und hofften, die staatlich dominierte Raumfahrtindustrie mit unseren massenweise herstellbaren und autonom betriebenen Satelliten verändern zu können. Die Informationen aus den Satellitenbildern sollten möglichst vielen Menschen zugänglich sein. Diese Mission haben wir erreicht. Inzwischen haben wir nicht nur unseren Sitz in San Francisco, sondern auch eine europäische Zentrale am Berliner Ku’damm. Von beiden Orten werden unsere Satelliten gemeinsam gesteuert.

Zehn Jahre nach der Gründung von Planet umkreisen nun mehr als 130 unserer Satelliten die Erde. Durch sie entstehen täglich Bilder der gesamten Landmasse der Erde. Unsere Vision ist Wirklichkeit geworden – nicht zuletzt, weil dafür gute Bedingungen herrschten. Den Orbit zu erreichen ist zehnmal günstiger als noch vor zehn Jahren. Im Vergleich zu 2010 ist die Herstellung von Satelliten sogar tausendmal günstiger geworden. Schließlich sind unsere Satelliten sehr leicht, sie wiegen nur ein Tausendstel eines Satelliten aus dem Jahr 2010.

Neuste Technologie in den kleinsten Satelliten

Frühere Satelliten waren so groß wie ein Reisebus und sehr teuer. Es dauerte Jahre sie zu testen und zu bauen. Aus diesem Grund verblieben sie oft so viele Jahre im Weltraum bis ihre Technologie veraltet war.

Nicht so bei Planet: Die kleinen Satelliten von Planet werden „Dove“ genannt und wiegen nur rund fünf Kilogramm. Mit ihren Maßen von 10 x 10 x 30 cm sind sie sehr klein. Sie werden als Schwärme in die Erdumlaufbahn geschickt. Auch der zweite Satellitentyp ist vergleichsweise klein. Die SkySat-Satelliten messen 60 x 60 x 95 cm und sind damit etwa so groß wie eine Waschmaschine. Durch die kompakten Größen der Satelliten ist die Herstellung deutlich günstiger. Die Geschäftsmodelle der „New Space Industrie“ erlauben es daher schnelle Iterationen vorzunehmen und fortlaufend die neuste Technologie in den Orbit zu bringen.

Einen positiven Einfluss auf diese Entwicklung hatten außerdem die Investitionen großer Technologieunternehmen in Cloud Computing, Computer Vision und Machine Learning. Moderne Raumfahrt-Unternehmen nutzen diese Open-Source-Technologie, um kosteneffizient neue Produkte zu entwickeln. Remote Sensing macht die Daten zugänglicher, da auch Personen, die keine absoluten Experten in diesem Fachgebiet sind, Informationen aus den Geodaten ziehen können.

Satellitenbilder aus dem Orbit direkt in die Cloud

Die zwei Satelliten-Typen ermöglichen es einerseits täglich vollständige Bilder der Landmasse der Erde und andererseits hochaufgelöste Bilder spezifischer Regionen aufzunehmen. Während die Dove-Satelliten in einem sonnensynchronen Orbit ohne Steuerung um die Erde kreisen, können die SkySat-Satelliten gezielt auf bestimmte Orte ausgerichtet werden, um ein höher aufgelöstes Bild aufzunehmen. Bei den Dove-Satelliten beträgt die Auflösung 3,7 Meter. Die SkySat-Satelliten sind jedoch viel genauer: Ein Pixel auf einem SkySat-Satellitenfoto entspricht nur 0,72 Meter auf der Erde.

Daten, die früher nur Regierungsbehörden zur Verfügung standen, können nun von der breiten Masse genutzt und analysiert werden. Verschiedene Branchen nutzen diese Satellitendaten bereits, denn dank Big Data aus dem Weltraum lassen sich nun unterschiedlichste Analysen durchführen.

Alle Satelliten-Bilder werden in einer Cloud gespeichert, sodass man jederzeit weltweit auf sie zugreifen kann. Im Unterschied zu staatlichen Satellitenprogrammen stellen wir unsere Daten schon nach 24 Stunden online – wir können die Erde damit nahezu in Echtzeit beobachten.

Die Datenanalyse erkennt automatisch Straßen, Schiffe und Waldschäden

Zur Auswertung der Satellitenaufnahmen kommen Machine-Learning und Computer-Vision zum Einsatz. Damit können auch Schiffe automatisch in Küstennähe erkannt werden. Das ist hilfreich, um zum Beispiel Fischerboote zu kontrollieren und illegale Fischerei aufzudecken. Die automatische Erkennung funktioniert ebenso bei Straßen. Mit diesen Informationen können etwa Forstbetriebe überprüfen, ob in ihrem Waldgebiet illegal Straßen gebaut werden. Das ist häufig ein Anzeichen dafür, dass dort großflächig Wald gerodet wird.

Der Wald wird jedoch nicht nur vom Menschen bedroht. 2018 gab es in der Tschechischen Republik eine Plage durch den Borkenkäfer. Die Käfer befallen geschädigte und trockene Bäume. Breiten sie sich stark aus, bedrohen sie ein gesamtes Waldgebiet. Dank der Satellitenaufnahmen im Nahinfrarotbereich konnte die tschechische Regierung erkennen, welche Bäume befallen waren, diese mit Pestiziden behandeln und so die Ausbreitung des Schädlings verhindern.

Die Satellitenbilder können außerdem Erkenntnisse zum Wachstum von Flüchtlingscamps, illegalem Goldabbau, oder den Auswirkungen von Naturkatastrophen sowie Erdbeben und Hurrikans liefern.

Big-Data-Analysen für ein nachhaltiges Zusammenleben

Daten dieser Art und Größe hat es bisher nicht gegeben. Planet sammelt täglich Bildmaterial von über 350 Millionen Quadratkilometern. Das sind über drei Millionen Bilder und 15 Terrabyte Daten, die täglich von unserem Satellitennetzwerk übermittelt werden. Neu ist auch, dass die Satellitenbilder nicht nur Regierungen zur Verfügung stehen, sondern auch Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Nichtregierungsorganisationen. Durch solch einen gleichberechtigten Zugang zu dieser riesigen Datenbank wird eine neue Ebene der Transparenz erreicht.

Nutzer*innen können auf verschiedene Satellitendaten zugreifen: Die Basemaps zeigen aktuelle Bilder der Erde. Dies sind bereits nachbearbeitete Bilder: Sie setzen sich aus sogenannten Mosaiken zusammen – hier werden jeweils die besten Pixel der aktuellen Aufnahmen ausgewählt und zu einem konsistenten und wissenschaftlich akkuraten Bild zusammengesetzt. So entstehen, abhängig vom Beobachtungszeitraum, häufig wolkenfreie Bilder. Die Basemaps eignen sich für quantitative Analysen zum Beispiel, um Agrarflächen zu kontrollieren oder die Auswirkungen von Überflutungen einzuschätzen.

Alle Satellitenbilder stehen als GeoTIFF-Dateien zur Verfügung und können daher in allen gängigen Geoinformationssystemen geöffnet werden. Über eine Programmierschnittstelle werden dann die analysierten Daten eingespeist. Das automatische Erfassen und Zählen von Gebäuden und Straßen nutzen Forscher*innen etwa, um das Wachstum von Siedlungen zu beobachten und daraus zum Beispiel Rückschlüsse auf Flüchtlingsströme zu ziehen. Da es jeden Monat eine neue Analyse des Gebietes gibt, können sie detailliert den zeitlichen Verlauf nachvollziehen und damit weitere Forschungen anstellen.

Die Auswertung dieser Satellitenaufnahmen wird immer relevanter: In einer globalisierten und vom Klimawandel betroffenen Welt gibt es unzählige Veränderungen: Ökosysteme wandeln sich, Städte wachsen und Wetterextreme nehmen zu. Damit die Weltgemeinschaft auch künftig nachhaltig zusammenleben kann, müssen Maßnahmen ergriffen werden, die dieses Zusammenleben ermöglichen. Satellitenaufnahmen und die Analyse der daraus gewonnen Daten können bedeutend zu diesem positiven Wandel beitragen.

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