Internet der Tiere nimmt Betrieb auf

Satellitentechnik im Dienst der Biologie

Der Ankerpunkt des ICARUS-Systems ist die Internationale Raumstation ISS. Auf ihrer spiralförmigen Umlaufbahn überfliegt sie täglich mehr als 90 Prozent der Erdoberfläche und ist wegen ihrer niedrigen Flughöhe von rund 400 km noch gut für Funksender geringer Sendeleistung erreichbar. Das brachte die ICARUS-Partner auf die Idee, sie als Gegenstelle für die zu überwachenden Tiere einzusetzen.

Geeignete Funktechnik war allerdings nicht von der Stange zu haben. Die kleine, auf Satellitenfunk spezialisierte Firma INRADIOS – inzwischen eine Rohde & Schwarz-Tochter – bot sich als Problemlöser an. Zusammen mit der Max-Planck-Ausgründung I-GOS, der Firma SpaceTech und der DLR entwickelte sie das Funkverfahren, die Tiersender, das Signalverarbeitungsmodul für die ISS und die bodengebundenen Empfänger, die die Signale anstelle der ISS entgegennehmen können.

Storch an ISS: bitte kommen!

Die ISS arbeitet wie ein Datenstaubsauger, der die Daten der mit einem Tag ausgerüsteten Tiere unter ihr im Überflug entgegennimmt. Das Zeitfenster dafür ist denkbar kurz: Nur für 15 Sekunden am Tag ist ein Tier in Funkreichweite. Diese Zeit muss genau abgepasst werden. Der Tag berechnet sie auf Basis der ISS-Bahndaten, die ihm regelmäßig übermittelt werden, und macht sich zu gegebener Zeit sende- und empfangsbereit. Die meiste Zeit verbringt er im stromsparenden Ruhemodus und wird vom Timer nur aufgeweckt, wenn programmgemäß Daten oder Funkkontakt aufzunehmen sind.

Wie oft Daten erhoben und gesendet werden sollen und welche, lässt sich für jeden Tag individuell festlegen. Denn wie jedes Ding im kommenden Internet der Dinge ist mit ICARUS auch jedes Tier im Internet der Tiere direkt adressierbar. Zur Vereinfachung und weil in der Regel größere Tiergemeinschaften ausgerüstet werden, lassen sich Tags auch zu Gruppen zusammenfassen und gemeinsam ansprechen.

Der ISS-Bordrechner akkumuliert die empfangenen Daten und sendet sie gebündelt an die von Roskosmos betriebene ICARUS-Bodenstation. Die leitet sie an die Operationszentrale in Deutschland weiter, wo man sie in die Datenbank movebank.org einspeist, die weltweit übers Internet erreichbar ist.

Forschungsbetrieb hat begonnen

Da die ISS als Gegenstelle zunächst nicht zur Verfügung stand, wurden die Tags zusammen mit ebenfalls von Rohde & Schwarz hergestellten Bodenfunkgeräten getestet. Diese Betriebsart ist ohnehin alternativ vorgesehen. Sie hat den Vorteil, dass sich deutlich höhere Datenraten darüber erzielen lassen und Datenübertragungen auch viel öfter erfolgen können als zu den ISS-Überflugzeiten. Wissenschaftler können so auch bequem kleinräumige Beobachtungen durchführen, etwa im Brutbereich einer Vogelkolonie.

Ein geplanter erster Systemtest mit der ISS im Juli 2019 scheiterte wegen Kühlproblemen am Bordcomputer. Die notwendige Ersatzteilbeschaffung warf das Projekt um einige Monate zurück. Die dann einsetzende Corona-Pandemie brachte weitere Verzögerungen mit sich. Das Jahr 2020 konnte jedoch für ausgiebige Tests genutzt werden, die das System souverän bestanden hat. Die Leistungserwartungen an die Funktechnik wurden sogar deutlich übertroffen. Seit September 2020 läuft nun das erste crosskontinentale Projekt zur Beobachtung des Wanderverhaltens von Amseln und Drosseln. Während das System also Fahrt aufnimmt, entwickelt INRADIOS die Funk-Tags zusammen mit dem MPIAB kontinuierlich weiter. Ziel ist eine noch stärkere Miniaturisierung bei gleichzeitiger Steigerung der Akkulaufzeit. Eines Tages sollen die Tags so klein sein, dass man sogar Insekten damit ausrüsten kann.