Edge-Cloud im Weltraum
Wir schicken Satelliten, Raumstationen und Astronauten ins Weltall, um zu forschen und Informationen zu erhalten, die für das Leben auf der Erde heute oder in Zukunft von großer Bedeutung sein können. In diesem Artikel erfahren Sie, welchen Herausforderungen sich Forscher beim Datenaustausch im Weltraum, aber auch mit Bodenstationen stellen müssen. Das Edge-Computing wird schon heute eingesetzt, um die Kommunikation im All zu beschleunigen.
Die im Weltraum erhobenen Daten haben schon jetzt großen Einfluss auf das Leben auf der Erde. So ist es schon heute essentiell, Wetterdaten gebündelt an Raum- oder Bodenstation zu senden, um z.B. für anbahnende Unwetter oder sonstige Naturkatastrophen schnell entsprechende Prognosen aufstellen zu können. Hier zählt nicht nur jede Minute, sondern erfordert einen Datenaustausch in Echtzeit. Dass der Transfer und die Verarbeitung von Daten aus dem All gerne mal Minuten bis Stunden dauern kann, ist noch immer die Realität. Die hochauflösenden Datenquellen, die gewonnen werden, erzeugen große Mengen an Daten, die transferiert und verarbeitet werden müssen. Die Farbbilder im Videomodus haben häufig eine Auflösung von 25 bis 130 Megapixel. Allein ein einziges Bild kann 75 MB an Daten erzeugen.
Die lange Übertragungszeit vom Weltraum zur Erde liegt nicht direkt an der Menge der Daten oder der großen Distanz, die überwunden werden muss, sondern vielmehr an der Verbindung zu den Bodenstationen. Die Umlaufbahn der Satelliten beträgt gute 90 Minuten und ist, Stand heute, nicht mit ausreichend Bodenstationen abgedeckt. Da kann es vorkommen, dass in bestimmten Zeiträumen keine Station im Kontaktfeld liegt. Die ISS setzt aus diesem Grund sogenannte Relay-Satelliten ein, die es möglich machen, fast immer mit einer Latenz von ungefähr 0,5s online zu bleiben. Das macht den Datentransfer allerdings auch sehr teuer, besonders wenn es sich um ein großes Datenaufkommen handelt.
Der Einsatz von Technologien wie Edge Computing kann Daten selektieren, Kosten reduzieren und für das Datenmanagement auf der Erde wie auch im Weltraum neue Wege und Möglichkeiten aufzeigen.
Verarbeitung von Big Data im Weltraum.
Mithilfe einer Edge-Lösung vor Ort, z.B. direkt am Satelliten, können die erhobenen Rohdaten analysiert und verarbeitet werden. Das System kann Entscheidungen in kürzester Zeit treffen und die Konfiguration spezifischer Aktionen übernehmen. Durch den Einsatz künstlicher Intelligenz können irrelevante Daten direkt am Ort der Entstehung isoliert werden. Mit dieser Methode werden Datenmengen verkleinert, Latenzzeiten auf ein Minimum reduziert und wichtige Daten, welche mithilfe der Edge Technologie erkannt werden können, priorisiert heruntergeladen. Edge Computing macht es möglich, die wichtigen Informationen schneller an die Bodenstation zu übertragen. Weniger wichtige Daten werden dann beim nächsten Kontakt mit einer Erdstation übertragen.
Die Kommunikation zwischen den Satelliten, aber auch zwischen Raumstationen kann optimiert werden, da ausschließlich vorselektierte und komprimierte Daten ausgetauscht werden – besonders wichtig im Rahmen einer Weltraummission.
Das Edge-Computing hat das Potenzial, die Ergebnisse von Experimenten, Studien oder anderen Datenerhebungen auf Raumstationen oder Satelliten zu beschleunigen und Entscheidungen schneller zu treffen. Die Forschung geht damit einen entscheidenden Schritt in Richtung Zukunft und kann langfristig schneller und flexibler auf Veränderungen reagieren. Diese Technologie wird auch zukünftig einen wichtigen Faktor für Missionen im Weltraum spielen.
Edge ist die Zukunft
Die Technologien, die heute im Weltraum eingesetzt werden, sind beeindruckend und vielfältig. Das Space-Unternehmen Vyoma setzt weltraumgeschützte Teleskope ein, um den Weltraummüll und Satelliten zu beobachten. Mithilfe der von den Teleskopen aufgenommenen Bildern von Sternen, sowie auch Objekten in der Umlaufbahn können rechtzeitig Entscheidungen getroffen werden, um Kollisionen der Satelliten mit anderen orbitalen Objekten zu vermeiden.
Edge Computing bietet die Möglichkeit, die Bildsegmentation und Bestimmung der Bildkoordination von Sternen und Objekten on-the-edge umzusetzen. Alle für das Vorhaben irrelevanten Daten werden von der Technologie erkannt und aussortiert. Mit den Bildkoordinaten von mehreren Observierungen kann ein Katalog von Objekten in der Erdumlaufbahn erstellt werden. Die erhobene Daten helfen Satellitenoperatoren, eine Kollision zu vermeiden und können den Kurs der Satelliten entsprechend anpassen.
In der Zukunft wird die Edge in Echtzeit optimale Ausweichmanöver ausrechnen und vorschlagen. Die Reaktionsgeschwindigkeit kann so auf ein Minimum reduziert werden. Denn eine Sache ist sicher: Satelliten sowie der sich in der Umlaufbahn befindende Weltraummüll wird in Zukunft sicher nicht weniger.
Zur Rolle des Edge Computing in der Weltraumforschung haben wir Stefan Frey, Co-Founder des Weltraumunternehmens Vyoma GmbH, befragt:
Welche Rolle wird deiner Meinung nach das Edge Computing in Zukunft in der Weltraum Forschung einnehmen?
Die Sensoren, die heute zum Einsatz kommen werden immer leistungsfähiger. Dies generiert immer mehr Daten. Laser-Kommunikation, die sehr große Datenübertragungsmengen zulässt, wird auf absehbare Zeit teuer bleiben. Bleibt also das Edge Computing, d.h. das Vorselektieren der wesentlichen Informationen. Wir glauben, dass neuere Satelliten – wie die Vyoma Satelliten – alle mit verschiedenen Graden von Edge Computing ausgestattet sein müssen, um in einem kompetitiven Umfeld zu bestehen
Welches Potential bringt der Einsatz von Edge Computing im konkreten Anwendungsbeispiel des Space-Unternehmens Vyoma?
Bei Vyoma richten wir unsere weltraumgestützten Teleskope gegen den Sternenhimmel, damit wir alle angeleuchteten Objekte in der Erdumlaufbahn, die unser Sichtfeld passieren, erfassen können. Ein großer Teil des Bildes wird aus dem Sternenhintergrund bestehen. Schön anzuschauen, aber nicht relevant für uns. Stattdessen prozessieren wir die Bilder on-the-edge, um nur die Bildkoordinaten der vorbeifliegenden Objekte, sowie von ein paar hellen Sternen zur Orientierung, runterladen zu können.
Würdest du folgender Aussage zustimmen oder hast du eine ganz andere Meinung dazu? Vielleicht möchtest du folgende Aussage auch in deinen eigenen Worten zusammenfassen.
„Das Edge-Computing hat das Potenzial, die Ergebnisse von Experimenten, Studien oder anderen Datenerhebungen auf Raumstationen oder Satelliten zu beschleunigen und Entscheidungen schneller zu treffen. Die Forschung geht damit einen entscheidenden Schritt in Richtung Zukunft und kann langfristig schneller und flexibler auf Veränderungen reagieren. Diese Technologie wird auch zukünftig einen wichtigen Faktor für Missionen im Weltraum spielen.“
Ich denke die Geschwindigkeit, in der Daten verarbeitet werden können, ist je nach Anwendungsfall sehr wichtig. Die Beschleunigung kommt meiner Meinung nach aber nicht direkt vom Edge-Computing selber, sondern daher, dass eine Priorisierung der Daten vorgenommen werden kann, die dann auch entsprechend schnell übertragen werden kann. Zusätzlich bietet das Edge Computing auch eine erhöhte Resilienz. Zum Beispiel, wenn sich der Satellit selbst genügt, auch wenn mal die Kommunikation für ein paar Stunden oder Tage ausfällt. Daraufhin wollen wir als Vyoma arbeiten: selbständige Satelliten.
