Chinas erster quantitativer hyperspektraler intelligenter Computersatellit ist erfolgreich in die Umlaufbahn eingetreten. Die CAS Xi'an Optics & Technology Co., Ltd. präsentiert dabei ihre Hardware- und Softwarelösungen im Wettlauf um die „Weltraumrechenleistung“.

Durch die Nutzung der Vorteile eines neuartigen interferometrischen Bildgebungssystems hat dieser Satellit die höchste derzeit in China verfügbare räumliche Auflösung und größte Streifenbreite im sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich erreicht. Mit einer räumlichen Auflösung von 10 m und einer spektralen Auflösung von 7 nm – den höchsten kommerziellen Leistungsindikatoren für Hyperspektraldaten – wurden die Möglichkeiten Chinas zur Erfassung hyperspektraler Daten aus dem Weltraum deutlich erweitert. Dank einer Streifenbreite von 14 km verfügt er zudem über die Fähigkeit zur kontinuierlichen Pushbroom-Bildgebung mit langen Streifen, was die Effizienz der Datenerfassung erheblich steigert und die tägliche Aufnahme von bis zu 1 Million km² hyperspektraler Fernerkundungsbildern mit einer Auflösung von 10 m ermöglicht. Die neue interferometrische Spektralbildgebungstechnologie erlaubt die freie Wahl der Mittenwellenlänge und bietet somit eine solide Datengrundlage für quantitative und präzise Fernerkundungsanwendungen.

Als erster Hyperspektralsatellit im chinesischen kommerziellen Raumfahrtsektor mit interferometrischem Spektralbildgebungssystem durchbricht dieser Satellit das traditionelle Datenverarbeitungsmodell der Himmels- und Bodenmessung und führt die Erfassung, Verarbeitung und Entscheidungsfindung von Fernerkundungsdaten direkt im Orbit durch. Er markiert einen historischen Durchbruch in der hyperspektralen Fernerkundung und verfügt erstmals in China über die doppelte Fähigkeit zur quantitativen Fernerkundung und Echtzeitreaktion.

Zukünftig wird der Satellit vorrangig der Rohstoffexploration in Yunnan und weltweit, der ökologischen Überwachung von Bergbaugebieten und dem gesamten Lebenszyklusmanagement von Mineralien dienen und so die grüne Transformation und digitale Steuerung der Bergbauindustrie durch Weltraumtechnologie vorantreiben. Der erfolgreiche Start des Hyperspektralsatelliten Caiyun 01 markiert einen entscheidenden Schritt hin zu einem vollständig unabhängigen und steuerbaren quantitativen hyperspektralen intelligenten Rechensystem in meinem Land und stellt einen bedeutenden Meilenstein dar.Kommerzielle RaumfahrtEin neuer Maßstab auf dem Gebiet der Fernerkundung mit höheren technischen Kennzahlen, repräsentativeren Anwendungen und intelligenterer Datenverarbeitung.

Abbildung 1.Der Satellit Xiguang-2 01 (Caiyun Hyperspectral 01 satellite) wurde an Bord der Trägerrakete Gravity-1 Y4 ins All befördert.

Mit dem erfolgreichen Start und Eintritt des Satelliten Caiyun Hyperspectral 01 in die Umlaufbahn hat die Gesamtzahl der Satelliten von CAS Xiguang Aerospace 12 überschritten. 

Laut Hu Xin, dem technischen Leiter des Caiyun Hyperspectral 01-Satelliten,Der Satellit trägt eine hyperspektrale optische Nutzlast, eine panchromatische optische Nutzlast und eine intelligente Nutzlast zur Datenverarbeitung im Orbit. Dadurch werden die Schwachstellen der traditionellen Fernerkundung – „Himmelserkundung, bodengestützte Datenverarbeitung“ – wie Zeitverzögerung und unzureichende Erkennungsgenauigkeit überwunden und drei technologische Durchbrüche auf Hardwareebene erzielt.Dies legte den Grundstein für die quantitative Hyperspektralbildgebung der „Xiguang-Serie“.Intelligente AstrologieEigenständige allgemeine technische Normen.

Abbildung 2.Forscher beheben Fehler am Satelliten Xiguang-2 01 (Caiyun Hyperspectral 01).

Dieser Satellit nutzt ein interferometrisches Spektralbildgebungssystem und trägt eine neuartige statische interferometrische Spektralnutzlast. Dadurch entfallen die beweglichen Teile herkömmlicher Spektrometer, was die Stabilität und Zuverlässigkeit im Orbit deutlich verbessert. Basierend auf fortschrittlicher Technologie…Fourier-TransformationsinterferometrieDie Technologie des Satelliten ermöglicht die kontinuierliche Erfassung von Mehrbandinformationen in einem einzigen Betriebsvorgang und erzielt so eine hochpräzise und effiziente hyperspektrale Datenerfassung. Seine spektrale Leistung bleibt langfristig stabil, sodass keine häufige Kalibrierung im Orbit erforderlich ist. Der Satellit liefert kontinuierlich hochwertige räumliche und spektrale Daten. Dank dieses neuartigen Systems erreicht er eine hyperspektrale räumliche Auflösung von 10 m im sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich. Dies stellt einen bedeutenden Durchbruch für die kommerzielle hyperspektrale Fernerkundung in der chinesischen Raumfahrt dar und liefert eine beispiellose Datengenauigkeit für quantitative Fernerkundungsanwendungen.

Der Satellit ist mit der gemeinsam mit dem Zhijiang-Labor entwickelten intelligenten Bordrechnereinheit Zhijia NX4 ausgestattet, die über eine Rechenleistung von 248 TOPS verfügt. Dank einer ultraschnellen Datenschnittstelle kann er die Vorverarbeitung von Fernerkundungsdaten, die Zielidentifizierung und die Informationsgewinnung in Echtzeit im Orbit durchführen und so Datenerfassung, -verarbeitung und Entscheidungsfindung im Weltraum realisieren. Dies hebt die Fernerkundungsüberwachung von der passiven Auswertung nach Ereignissen auf eine neue Stufe der proaktiven Frühwarnung in Echtzeit. Dadurch werden die Reaktionszeiten im Notfall deutlich verkürzt und der Aufwand für die Datenübertragung zwischen Satellit und Bodenstation erheblich reduziert.

Der Satellit operiert in einer sonnensynchronen Umlaufbahn in 535 km Höhe und kann wichtige Gebiete regelmäßig und häufig überwachen. Er ist nicht länger auf Anwendungen in einzelnen Bereichen beschränkt, sondern kann selbstständig routinemäßige Beobachtungen in verschiedenen Feldern durchführen, darunter die ökologische Überwachung von Bergbaugebieten, der Naturschutz, die Stadtverwaltung sowie die Land- und Forstwirtschaft.

Wenn die „intelligente Computerkonstellation“ die harte Grundlage für die effiziente Datenerfassung bildet, dann ist das selbstentwickelte „KI-Modell für hyperspektrale Fernerkundung“ der weiche Motor, der den Wert der Daten aktiviert und die Probleme der geringen Auslastung massiver hyperspektraler Daten in der Industrie, der Abhängigkeit von menschlicher Erfahrung bei der Interpretation und der Schwierigkeit der großflächigen Implementierung löst.

Die Chinesische Akademie der Wissenschaften (CAS) Xi'an Optics & Aerospace hat in Zusammenarbeit mit dem Zhejiang Laboratory ein KI-Modell für hyperspektrale Fernerkundung entwickelt. Basierend auf eigenen, hochwertigen und umfangreichen hyperspektralen Daten integriert das Modell Spektroskopie, künstliche Intelligenz und Branchenkenntnisse, um ein spezialisiertes hyperspektrales KI-Modell zu trainieren. In Bereichen wie Präzisionslandwirtschaft und Umweltschutz ermöglicht dieses Modell einen Quantensprung: von der Wachstumsbeobachtung zur Nährstoffanalyse, von der Schadstofferkennung zur Schadstoffartenbestimmung und von der großflächigen Suche zur gezielten Positionierung. Dadurch werden spektrale „Fingerabdrücke“ präziser, umfassender und benutzerfreundlicher. Zudem wird eine Schnittstelle zwischen Datenerfassung an Bord und Dateninterpretation im Orbit geschaffen, sodass Satelliten autonom standardisierte Analyseergebnisse liefern können.

Abbildung 3. CAS Xiguang Aerospace und seine Kunden posieren für ein Gruppenfoto am Startplatz, um den erfolgreichen Start des Satelliten Xiguang-2 01 (Caiyun Hyperspectral 01 satellite) zu feiern.

Die Überwachung von Gewässern ist ein typisches Anwendungsgebiet. Berichten zufolge trägt der Satellit Caiyun Hyperspectral 01 ein von beiden Partnern gemeinsam entwickeltes hyperspektrales Modell zur Klassifizierung von Wasser und Sedimenten. Mithilfe eines ressourcenschonenden Verfahrens zur Auswertung im Orbit kann er die Wassertrübung direkt bestimmen und potenziell verschmutzte Gebiete aus dem Weltraum markieren. Dabei werden lediglich die Klassifizierungsergebnisse und Spektraldaten für die relevanten Gebiete übertragen. Bodenstationen führen anschließend eine detailliertere Analyse durch. Diese Kombination aus Vorverarbeitung im Orbit und Feinverarbeitung am Boden eignet sich für Anwendungsbereiche wie Flussmanagement, Hochwasserschutzplanung und den Schutz von Wassereinzugsgebieten. Das gesamte Modell unterstützt iterative Aktualisierungen im Orbit, um die Erkennungsgenauigkeit kontinuierlich zu optimieren.

Vor dem Hintergrund der Betonung des Wertes von Daten während des 15. Fünfjahresplans wird die Nutzung massiver, hochpräziser Spektraldaten zum Trainieren großer Industriemodelle und zum Erreichen des Sprungs vom „Sehen“ zum „Verstehen“ zu einem zentralen Verstärker für Luft- und Raumfahrtdaten, um diese von „Ressourcen“ zu „Vermögenswerten“ zu transformieren.

Während die kommerzielle Fernerkundung weltweit immer verbreiteter wird, leiden traditionelle hyperspektrale Satelliten im Allgemeinen unter Nachteilen wie begrenztem Bordspeicher, hohen Übertragungskosten zwischen Satellit und Bodenstation und langen Datenverarbeitungszyklen, was es schwierig macht, den Anforderungen an eine schnelle Reaktion in Szenarien wie Notfallüberwachung, Präzisionslandwirtschaft und ökologischem Umweltschutz gerecht zu werden.

Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics CAS Aerospace Science and Technology Group Co.,LTD hat mit einem zweigleisigen Ansatz aus Hardware und Software den Engpass der Branche erfolgreich überwunden: Intelligente Computerkonstellationen dienen als Hardware-Unterstützung, hyperspektrale KI-Modelle als Software-Engines. So entsteht eine Synergie, die die gesamte Datenkette der Luft- und Raumfahrt von der Erfassung bis zur Anwendung verbindet. Dieser Ansatz entspricht nicht nur den Entwicklungsanforderungen neuer Produktivitätsmodelle, sondern löst auch den zentralen Widerspruch der Branche: „Massen an Daten, wenige Anwendungen“.

Abbildung 4. Der Satellit Xiguang-2 01 (Caiyun Hyperspectral 01 satellite) wurde an Bord der Trägerrakete Gravity-1 Y4 ins All befördert.

Qin Jing, Vorsitzender von CAS Xiguang Aerospace, erklärte, dass CAS Xiguang Aerospace im Hinblick auf den 15. Fünfjahresplan zwei Hauptentwicklungslinien identifiziert hat: Die „Hardware-Linie“ umfasst die kontinuierliche Weiterentwicklung intelligenter Bordhardware zur Stärkung der weltraumgestützten Echtzeit-Rechenkapazitäten; die „Software-Linie“ beinhaltet die Weiterentwicklung branchenspezifischer hyperspektraler Großmodelle zur Vertiefung der Anwendung von Fernerkundungsdaten in der Industrie. CAS Xiguang Aerospace wird mit Industriepartnern zusammenarbeiten, um die Wertschöpfungskette „Kommunikation, Fernerkundung und Datenverarbeitung“ kontinuierlich zu integrieren und ein vollständig unabhängiges weltraumgestütztes intelligentes Rechensystem aufzubauen, das „Weltraumsensorik, Datenerfassung, -verarbeitung und -anwendung“ integriert und so die digitale Überwachung und optimierte Steuerung verschiedener Branchen durch im Inland entwickelte quantitative hyperspektrale intelligente Rechenkapazitäten ermöglicht.