Wissenschaftler der Innovationsförderung spricht: Wei Fengsi – Der Aufbau eines „Satellitengehirns“ könnte China in die Führung auf dem neuen Gebiet der intelligenten Raumfahrt bringen

Zusammenfassung der Kerninhalte

Der Akademiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Wei Fengsi, wies in einer Rede in Shenzhen darauf hin, dass die Raumfahrtbranche derzeit mit Herausforderungen wie einem drastischen Anstieg der Satellitenzahl und einer komplexen Raumumgebung konfrontiert ist. Das traditionelle Bodenkontrollmodell hat seine Grenzen erreicht. Er schlug eine Lösung unter dem Namen „Satelliten-Brain“ vor – indem man von der Logik des menschlichen Gehirns (Wahrnehmung – Kognition – Verhalten) lernen und Satelliten die Fähigkeit zur selbstständigen Entscheidungsfindung verleiht. Dies würde nicht nur die Schwächen in der Intelligenztechnologie der Raumfahrt beheben, sondern auch eine neue Industrie mit einem Marktvolumen von mehreren Milliarden schaffen. Wenn China zuerst vorgeht, könnte es ein neues Zeitalter der intelligenten Raumfahrt einleiten.

Die „sechs hohen“ Herausforderungen des großen Raumfahrtzeitalters: Zu viele Satelliten, zu komplexe Umgebung – das traditionelle Kontrollmodell reicht nicht aus

Die von Akademiker Wei Fengsi erwähnten „sechs hohen“ Herausforderungen sind im Alltagsgespräch die folgenden sechs schwierigen Probleme in der Raumfahrtbranche:

• Hohe Dynamik und Veränderlichkeit: Satelliten sowie die Raumumgebung (z. B. Sonnenstürme, Atmosphärendichte) verändern sich ständig.
• Schnelle Reaktionen: Bei plötzlichen Ereignissen (z. B. Risiko von Kollisionen zwischen Satelliten) muss sofort reagiert werden.
• Präzise Steuerung: Die Anpassung der Umlaufbahn und des Ausrichtungsverhaltens der Satelliten darf keinen Fehler aufweisen.
• Hohe Auflösung: Es ist notwendig, Satelliten, Raumtrümmer oder außergewöhnliche Situationen im Weltraum präzise zu erkennen.
• Weite Abdeckung: Satelliten müssen die Erde und sogar weiter entfernte Bereiche abdecken.
• Datengestützte Entscheidungen: Probleme müssen mithilfe von Daten und intelligenten Technologien gelöst werden.

Ein Beispiel: Der Absturz eines Starlink-Satelliten von SpaceX im Jahr 2022 aufgrund eines Sonnensturms war darauf zurückzuführen, dass der Satellit keine Fähigkeit zur selbstständigen Wahrnehmung und Anpassung hatte; bis die Bodenbefehle eintrafen, war es bereits zu spät. In Zukunft wird die Zahl der niedrigen Erdumlaufbahnsatelliten weltweit auf über 100.000 steigen. Wenn man weiterhin auf Bodenkontrolle angewiesen ist, wird dies unmöglich sein.

Warum Satelliten einen „Verstand“ benötigen? Das traditionelle Modell ist überfordert

Das traditionelle Raumfahrtkontrollsystem basiert darauf, dass das Bodenkontrollzentrum die Befehle gibt: Die Satelliten sammeln Daten und senden sie an die Erde; nach der Analyse werden weitere Befehle zurückgesendet. Doch mit zunehmender Anzahl von Satelliten wird die Raumumgebung immer enger, was zwei große Probleme mit sich bringt:

1. Langsame Reaktionen: Wenn ein Satellit plötzlich auf Widerstand der Atmosphäre stößt, kann es bereits zu spät sein, bis die Bodenbefehle eintreffen.

2. Hohe Kosten: Für die Überwachung sind viele Mitarbeiter und Geräte auf der Erde erforderlich; je mehr Satelliten es gibt, desto höher sind die Kosten.

Ein „Satelliten-Brain“ ist wie ein eigenständiges „kleines Gehirn“ für den Satellit – er benötigt keine Bodenbefehle und kann die Umgebung selbst wahrnehmen (z. B. Veränderungen der Atmosphärendichte), Situationen beurteilen (ob sie gefährlich sind) und entsprechende Maßnahmen ergreifen (Anpassung der Umlaufbahn oder des Ausrichtungsverhaltens). So wie man instinktiv die Hand zurückzieht, wenn sie etwas Heißes berührt, ohne es dem Gehirn mitteilen zu müssen, reagiert der Satelliten-Brain in Millisekunden und verbraucht dabei nur wenig Energie.

Die technische Ausrichtung des Satelliten-Brains: Nicht eine „Kopie der Boden-AI“, sondern Lernen vom menschlichen Gehirn

Die USA möchten große Modelle (wie ChatGPT) auf Satelliten übertragen, aber Akademiker Wei Fengsi ist der Ansicht, dass dies nicht funktioniert – im Weltraum sind Energie und Kühlungsmöglichkeiten begrenzt, und große Modelle verbrauchen zu viel Energie.

Unser Ansatz basiert auf dem Lernen vom menschlichen Gehirn: Anhand von natürlichen Ursache-Wirkungs-Beziehungen (z. B. erhöhte Atmosphärendichte führt zum Absturz des Satelliten) wird ein geschlossenes System aus Wahrnehmung, Kognition und Verhalten entwickelt. Unsere Forscherteam hat bereits den ersten der drei Schritte abgeschlossen: Die Bodenprototypen wurden erfolgreich getestet und können Datenverarbeitung sowie selbstständige Entscheidungen auf dem Satelliten durchführen. Der zweite Schritt besteht in der Durchführung von Experimenten auf dem Satelliten; geplant ist die Überprüfung wichtiger Technologien in niedrigen Breitengradregionen. Der dritte Schritt sieht die Anwendung im Raumfahrtstützpunkt oder an echten Satelliten vor, mit dem Ziel, ein marktfähiges Produkt zu entwickeln. Zudem unterstützt das Ministerium für Wissenschaft und Technologie diese Richtung – es handelt sich nicht um theoretische Überlegungen.

Das neue Industriemarktsegment mit einem Volumen von mehreren Milliarden: Wie groß ist der Markt für Satelliten-Brains?

Akademiker Wei Fengsi hat die möglichen Auswirkungen berechnet:

• Direkter Markt: Wenn China in Zukunft 30.000 niedrige Erdumlaufbahnsatelliten hat und 20 % davon mit einem Satelliten-Brain ausgestattet werden, ergibt sich ein Marktvolumen von mehreren Milliarden.
• Indirekter Markt: Zusätzlich zu Algorithmen-Diensten, Datenplattformen und Wartungsdiensten ist der Wert noch viel höher.
• Versteckter Wert: Eine Reduzierung der Satellitenabsturzrate um einige Prozentpunkte, weniger Kollisionen sowie eine Steigerung der Kommunikations- und Navigationseffizienz könnten zu erheblichen Einsparungen und zusätzlichen Gewinnen führen.

Noch wichtiger ist: Wenn es gelingt, eine digitale Raumfahrtplattform zu schaffen, die weltweit Satelliten unterstützt, könnte das Marktvolumen in der Größenordnung von mehreren Milliarden bis sogar Billionen liegen – ähnlich wie die heutigen Internetplattformen, die weltweit Nutzer bedienen.

Chinas Chance: Durch die frühe Etablierung kann China die Initiative in der intelligenten Raumfahrt übernehmen

Die Digitalisierung und Intelligenztechnologie in der Raumfahrt befinden sich noch in einer Anfangsphase; wer zuerst erfolgreich ist, gewinnt den Vorteil. Wenn China das System des „Satelliten-Brains“ erstellt, kann es unabhängig auf Probleme im Weltraum reagieren (z. B. Sonnenstürme, Kollisionen zwischen Satelliten) und nicht mehr auf die Technologie anderer angewiesen sein.

Zudem eignet sich die „Intelligenz des Gehirns“ besser für die Raumfahrt als herkömmliche AI: Herkömmliche AI benötigt große Datenmengen und viel Energie, um eine optimale Wahrscheinlichkeit zu erreichen (z. B. „99 % Kollisionssicherheit“); komplexe Systeme wie Satelliten hingegen erfordern eine „100 %ige Sicherheit“ (keine Absturzrisiken). Die Intelligenz des Gehirns bietet genau das – geringe Datenmengen, niedriger Energieverbrauch und hohe Zuverlässigkeit.

Dies ist somit eine großartige Gelegenheit für China, im Raumfahrtbereich einen „Überholvorsprung“ zu erzielen – ähnlich wie der Wandel von Funktionellen zu Smartphones vor einigen Jahren. Wer zuerst handelt, wird die Zukunft bestimmen.

Zusammenfassend ist der Satelliten-Brain nicht nur eine Lösung für Raumfahrtprobleme, sondern auch ein neues Industriemarktsegment, das die gesamte Wertschöpfungskette antreiben kann. China hat die Chance, in diesem Bereich weltweit führend zu werden und enorme wirtschaftliche Vorteile sowie technologische Vorzüge zu erlangen.