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Synthetic Aperture Radar: Neuer Mikrochip macht Radarkameras winzig

Sollen Satelliten der Umwelt- oder Staugefahrüberwachung dienen, müssen sie meterlange und bis zu 200 Kilogramm schwere Radarkameras an Bord haben. Einem Forscherteam aus Singapur ist es nun gelungen, die Technik dank eines neuen Mikrochips rund hundert Mal kleiner zu machen. Mit einem Gewicht von weniger als 100 Gramm sind die neuen Kameras wesentlich leichter, verbrauchen weniger Energie und liefern auch noch eine höhere Bildauflösung. Damit sollen sie nicht nur Satelliten und Drohnen, sondern auch die Leistung selbstfahrender Autos verbessern.

Während herkömmliche Kameras bei nächtlichem oder wolkenbedingtem Lichtmangel nicht funktionieren, nutzen die als Synthetic Aperture Radar (SAR) bekannten Radarkameras für ihre Aufnahmen Mikrowellen des KU- oder X-Frequenzbands. Damit sind sie unter allen Wetterbedingungen einsetzbar und sehen aus einer Höhe von elf Kilometern sogar durch Wolken und Blattwerk hindurch. Informationen zur Warnung vor Umweltkatastrophen wie Waldbränden, Vulkanausbrüchen und Erdbeben lassen sich auf diese Weise ebenso sammeln, wie Daten über Verkehrsstaus. Die neue Chiptechnik macht nicht nur die Arbeit von Satelliten einfacher und günstiger, sondern bietet darüber hinaus viele weitere Einsatzmöglichkeiten.

Selbstfahrende Autos navigieren präziser

Kameras sollen in Drohnen den Verkehr überwachen

„Selbstfahrende Autos werden dadurch in der Lage sein, die Umgebung genauer zu scannen, um Zusammenstöße zu vermeiden und unter jeglichen Wetterbedingungen präziser zu navigieren als es die heutigen Laser- und optischen Techniken erlauben“, sagt Dr. Zheng Yuanjin, Assitenzprofessor im Fachbereich Elektrotechnik an der Technischen Universität Nanyang (NTU) in Singapur. Als Leiter eines fünfköpfigen Forscherteams arbeitete er am VIRTUS IC Design Centre of Excellence der NTU drei Jahre an der Entwicklung des neuen Chips. Dieser erlaubt den Bau von Kameras, die nur noch eine Größe von wenigen Zentimetern statt einem halben bis zwei Metern haben und eine doppelt so hohe Auflösung wie die alten Modelle bieten. Konnten jene nur Objekte ab einer Länge von einem Meter erfassen, erkennt die neue Konstruktion Gegenstände und Lebewesen bereits ab einer Länge von einem halben Meter.

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Mit einem Herstellungspreis ab 10.000 US-Dollar (circa 9.100 Euro) pro Stück sind die neuen SAR-Kameras zudem 20 Mal günstiger als die alten. Während letztere mitunter mehr als 1.000 Watt verbrauchen, kommen die neuen Modelle je nach Einsatzzweck mit 1 bis 200 Watt aus, was ungefähr dem Verbrauch eines energieeffizienten LED-Fernsehers entspricht. Das macht sie laut Dr. Zheng auch für die Verwendung in Verkehrsüberwachungs-Drohnen sowie für den Küstenschutz interessant. Allerdings wird es nochmals drei bis sechs Jahre dauern, bis sich der Chip für kommerzielle Zwecke einsetzen lässt. Momentan sucht die NTU nach Partnern, um die Technik zu lizensieren oder ein neues Unternehmen zu gründen.

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Kameraausrüstung für Mikrosatelliten

Viele internationale Firmen haben Interesse bekundet

Aufgrund des geringen Energiebedarfs sind die neuen Radarkameras auch besonders für die Raumfahrt geeignet. Denn immer häufiger werden dort Mikrosatelliten verwendet, die nur noch zwischen 100 und 200 Kilogramm wiegen und damit nicht nur leichter, sondern auch kleiner als die zuvor eingesetzten Modelle mit ihren 1.000 Kilogramm Gewicht sind. „Auf kleinen Satelliten ist der Platz für die Montage der Solarmodule sehr beschränkt, was wiederum die Energieausbeute reduziert. Aus diesem Grund können konventionelle SAR-Kameras mit ihrem hohen Stromverbrauch nicht verwendet werden“, erklärt Privatdozent Low Kay Soon, Leiter des Satelliten-Forschungszentrums der NTU.

Deshalb erforscht die NTU nun in einem gemeinsamen Projekt mit Europas größtem Satellitenhersteller Thales Alenia Space die Einsatzmöglichkeiten der neuen Technik in der Raumfahrt. Aber auch andere internationale Unternehmen wie Space X, der niederländische Halbleiterhersteller NXP und Panasonic haben bei der Vorstellung des Chips auf der International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) Interesse bekundet. Da auch die NTU mit X-SAT und VELOX-CI Mikrosatelliten vorgestellt hat, werden detailreichere Aufnahmen der Erdoberfläche nicht mehr lange auf sich warten lassen. Zumal Singapur 2,5 Millionen US-Dollar (circa 2,3 Millionen Euro) zur Entwicklung von Chips für den Weltraumeinsatz bereitgestellt hat und auch andere Länder wie die USA Fördermittel zuschießen.

Cover-Foto, Bild 1 & Bild 2: Nanyang Technological University
Gif: Giphy – David Peterson

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