MRSA, SARS, Vogelgrippe – die Liste der sich rasant verbreitenden Krankheiten ist lang. Auch Erdbeben und Fluten gefährden jedes Jahr Menschenleben. Um auf diese rechtzeitig reagieren zu können, beobachtet der Forschungsverbund „ICARUS“ um den renommierten Konstanzer Professor Martin Wikelski, Direktor des Max-Planck Institutes für Ornithologie in Radolfzell, das Wanderverhalten von kleinen Tieren wie Vögeln, Fledermäusen und Insekten nun aus dem Weltraum. Technische Unterstützung erhält die Gruppe durch Professor Andreas Knopp und seinem Team an der Universität der Bundeswehr München. Sie übernehmen einen entscheidenden Part in der Entwicklung der komplexen Sende- und Messtechnik für das Projekt.

Professor Knopp und die wissenschaftlichen Mitarbeiter Christian Hofmann und Robert Schwarz analysieren am Institut für Informationstechnik der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik die Ausbreitungsbedingungen für Signale, die vom Minisender auf dem Rücken der Tiere bis zur Internationalen Raumstation 400 km überbrücken müssen. Sie untersuchen dabei wie der – mit zwischen 1-5g an das leichte Körpergewicht angepasste – Sender mit möglichst wenig Energie auskommt und auch bei erschwerten Witterungsbedingungen eine geeignete Signalstärke und -qualität aufweist. Der Energieverbrauch ist der entscheidende Faktor für das Gewicht des späteren Senders und legt damit auch fest, welche Tiere beobachtet werden können.

Im Gegensatz zu der direkten Kommunikation einer Bodenstation mit der Internationalen Raumstation strahlt der Minisender aufgrund seiner kleinen Antenne sein Signal in verschiedene Richtungen aus. Dieses wird dann am Boden und an Objekten in der Umgebung reflektiert und überlagert sich am Empfänger zeitversetzt mit sich selbst. Dieser Effekt führt zu spezifischen, zeitabhängigen Dämpfungen des Signals, deren Ausmaß Prof. Knopp und sein Team durch Messungen bestimmen. Die Ergebnisse fließen in das Design des geplanten ICARUS-Systems ein, das 2016 auf dem russischen Modul der Internationalen Raumfahrtstation angebracht wird. Das Projekt wird vom Max-Planck-Institut für Ornithologie geleitet.

„Die Sendeleistung ist der kritische Punkt“, erklärt Professor Knopp. In einem komplexen Versuchsaufbau, der unter anderem eine mit Sende- und Messtechnik ausgestattete Drohne zur Simulation des Vogels und dazu ein Flugzeug als Simulator für den Überflug der ISS verwendet, versucht das Forscherteam die Ausbreitungsbedingungen für die Signale bestmöglich zu verstehen. Hierzu führten sie gemeinsam mit den Forschern von Max-Planck, die selbst das Flugzeug und mit Direktor Wikelski auch den Piloten beisteuerten und zudem Vorgaben zum typischen Verhalten der Vögel machten, Messungen an verschiedenen Orten rund um München durch – von kleineren bis mittelgroßen Ortschaften wie Bayrischzell und Neubiberg bis hin zu durch Wasser- und Gebirgslandschaften geprägten Regionen wie dem Ammer- und Schliersee. „Jede Umgebung hat sehr unterschiedliche Effekte auf das Signal. Aus den Messungen und Analysen entwickeln wir dann ein Modell, das später für die Optimierung des Übertragungssystems genutzt werden kann. Dies ist nötig, um so viel wie möglich aus der kleinen Batterie im Sender herauszuholen.“ ergänzt Christian Hofmann.

Im späteren System wird die ISS den Minisender nur kurz aus seinem Energiesparmodus aufwecken, wenn sie auf ihrem Flug Sichtverbindung zum Vogel hat. Innerhalb weniger Sekunden schickt der Sender auf dem Rücken des Tieres dann ein Signal an die Raumstation. Das Datenvolumen von wenigen 100 Bits würde nicht einmal reichen, um eine SMS zu verschicken. Die Signale enthalten wichtige Daten zu den Körperfunktionen des Tieres sowie zu seiner Position und seinem Bewegungsverhalten. Die Forscher von Max-Planck wollen so die Sinne der Tiere nutzen, indem sie sich bspw. wichtige Rückschlüsse auf nahende Naturkatastrophen erhoffen.

Simulation mit Bundeswehr-Satellit

Neben langjähriger Theorie- und Praxiserfahrung bereichert das Forscherteam das Projekt noch mit einer Besonderheit: „Wir waren in der Lage, auch Messungen direkt über die Kommunikationssatelliten der Bundeswehr durchzuführen und somit die ISS zu simulieren. Die Bundeswehr ist heute der einzige nationale Satellitenbetreiber in Deutschland und verfügt als eine von wenigen Nationen über Zugang zum benötigten Frequenzband.“ „Wir profitieren hier natürlich von der guten Zusammenarbeit mit anderen Bundeswehr-Dienststellen – diese unterstützen uns schnell und unkompliziert, sofern die militärische Hauptaufgabe dies zulässt. Die Bundeswehr verfügt über eine tolle technische Ausstattung, die anderen Forschungseinrichtungen fehlt. Gerade in diesem Projekt war das ein unschätzbarer Vorteil, sogar für eine sonst hervorragend ausgestattete Spitzenforschungseinrichtung wie Max-Planck“, unterstreicht Professor Knopp.

Quelle: Universität der Bundeswehr München