Solar Orbiter Teil 5: Ohne Software läuft gar nichts

24.04.2013 by

News aus dem Institut: In den letzten Jahren ist die Bedeutung von Software für Weltraumprojekte ständig gestiegen. László Etesi leitet das Softwareteam des Röntgenteleskops STIX, das 2020 an Bord von Solar Orbiter seinen Flug in den Weltraum antreten wird.

 

Simulation eines Sonnenausbruchs

Herr Etesi, ein Weltraumteleskop braucht Software für die Steuerung, Übermittlung, Aufbereitung, Verwaltung und Auswertung der Daten. Was ist die Aufgabe Ihres Teams?

László Etesi: Die Art und Weise wie STIX die Röntgenstrahlen der Sonne misst, unterscheidet sich stark von den bildgebenden Verfahren anderer Instrumente, die zum Beispiel ähnlich einer Fotokamera funktionieren. Aus diesem Grund ist es aufwändiger, aus den gemessenen Daten ein Bild zu rekonstruieren. Das Software Team, dem auch ich angehöre, ist für die Analyse-Software verantwortlich, welche von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern hier auf der Erde eingesetzt wird. Die sogenannte Flight-Software, also die Algorithmen, welche im Weltraum automatisch die Vorverarbeitung der Daten vornehmen, werden von einer anderen Gruppe entwickelt, der wir beratend beistehen.

 

Was muss die Software für STIX können?

L.E.: Auf lange Sicht wird unsere Software für die Datenaufbereitung und -auswertung durch Sonnenforscherinnen und -forscher eingesetzt. Das heisst, sie muss es erlauben die gemessenen Daten aufzubereiten, zu kalibrieren, und in Datenformate umzuwandeln, welche von den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für ihre Forschung verwendet werden können. All das muss so geschehen, dass die Anwenderin oder der Anwender möglichst gut geführt wird, möglichst wenig von der Datenaufbereitung mitkriegt und sich so voll und ganz auf die Auswertung konzentrieren kann.

Bis dahin hat die Software aber noch weitere Aufgaben zu übernehmen. Zum Beispiel wird sie bereits jetzt zur Simulation von Daten eingesetzt, damit Erfahrungen gesammelt werden können, die als Grundlage dienen um gewisse missionsrelevante Entscheidungen treffen zu können. Und sie dient als Plattform für die Prototypenentwicklung von Algorithmen, die dann auf dem Instrument, also on-board, arbeiten werden.

Simulation einer Sonneneruption

Simulation eines Sonnenausbruchs: Die farbigen Boxen stellen die 32 Detektoren von STIX dar. Die Farbe zeigt die Anzahl aufgetroffener Photonen. Die gleichmässige Farbverteilung im Grünbereich zeigt schön auf, dass es sich beim simulierten „Flare“ um eine Eruption mit grosser Ausdehnung handelt. In den darunterliegenden Zeitkurven werden die Daten visualisiert. Mit Hilfe von bildgebenden Algorithmen werden sie schliesslich in das in der unteren rechten Ecke gezeigte Bild konvertiert.

 

Können Sie nicht einfach eine bereits vorhandene Software für ähnliche Teleskope benutzen, z.B. diejenige des Röntgenteleskopes RHESSI, an der die FHNW ebenfalls beteiligt ist?

L.E.: Die bestehende RHESSI Software wird tatsächlich weiterverwendet. Da sich die Instrumente aber durchaus unterscheiden, wird für STIX die Software noch einmal frisch entworfen und entwickelt. Für gewisse Algorithmen wird auf die bestehende RHESSI Software zurückgegriffen.

 

Was ist die grösste Herausforderung der Software für STIX?

L.E.: Ich denke es gibt zwei grosse Herausforderung: Die eine ist das verteilte Entwickeln der STIX-Analyse-Software an sieben internationalen Institutionen. Dies erfordert einen beträchtlichen Koordinationsaufwand um sicherzustellen, dass alle beteiligten Entwicklerinnen und Entwickler wissen, was genau als nächstes für sie geplant ist und wie sie die entwickelte Teilsoftware wieder in das grosse Ganze integrieren können.

Die andere grosse Herausforderung ist der Wissenstransfer zwischen dem Entwicklerteam und den Hardware Ingenieuren und Wissenschaftlern. Obwohl die meisten im Software Team Physik studiert und grosse Erfahrungen in der Sonnenforschung mit RHESSI haben, gibt es dennoch viele STIX-Details, die neu und deshalb noch unbekannt sind. Zudem gibt es unter den RHESSI Veteranen viel implizites Knowhow, welches unbedingt zu dieser neuen Generation von Entwicklern fliessen muss.

 

Die ersten Daten werden in 2020 erwartet. Ist bis dann eine Software, die 2013 entwickelt wurde, noch aktuell?

L.E.: Grundsätzlich wird sich die Software bis 2020 laufend weiterentwickeln. Zum Beispiel wird es Anpassungen geben, wenn wir nach dem Start in 2017, ungefähr ein Jahr später beim sogenannten „First Light“ das erste Mal Daten erhalten. Die Erkenntnisse, die wir dort gewinnen, fliessen direkt wieder in die Software zurück. Zudem werden wir mehr und mehr Feedback von den Forscherinnen und Forschern erhalten, je mehr die Software verwendet wird. All dies wird uns helfen die Software aktuell zu halten.

 

Das STIX Software-Team, das Sie leiten, ist international. Aus welchen Ländern stammen Ihre Kolleginnen und Kollegen? Wie arbeiten Sie über die Grenzen hinweg zusammen?

L.E.: Im Moment sind wir sieben Institutionen mit jeweils zwei bis drei Entwicklern. Dabei sind Deutschland, Frankreich, Irland, Italien, Österreich, Polen und die Schweiz.

Die Koordination geschieht über regelmässige Emails, monatlichen Telekonferenzen, sowie halbjährlichen Treffen, bei denen alle für bis zu einer Woche am gleichen Ort zusammenkommen.

 

Was bedeutet diese Mission für Sie persönlich?

L.E.: Diese Mission ist für mich eine vielleicht einmalige Chance ein Weltraumteleskop von der Idee bis hin zur Realisierung und Aktivierung zu begleiten und dafür eine Software mit zu entwickeln, die über Jahre hinweg von einer grossen Gruppe von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aktiv verwendet wird.

 

Vielen Dank, Herr Etesi, für das Interview und die Simulationen!

Wenn Sie mehr darüber wissen wollen, wie man Software für Astronomie und Sonnenphysik entwickelt oder wie es ist, als Informatiker für Weltraummissionen zu arbeiten, sind Sie herzlich eingeladen, die Kommentarfunktion zu benutzen oder sich direkt an László Etesi zu wenden.

 

Weitere Artikel zu Solar Orbiter:
Solar Orbiter 1: Forschungsmission zur Sonne
Solar Orbiter 2: Big Science an der FHNW
Solar Orbiter 3: Bauen für den Weltraum
Solar Orbiter 4: Grosse Fragen der Sonnenphysik

Simulationen: László Etesi

Solar Orbiter Missions-Webseite
Röntgenteleskop STIX Webseite

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László István Etesi

László István Etesi ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für 4D-Techlologien. Er studierte Informatik an der FHNW und absolvierte anschliessend sein Masterstudium an der Catholic University of America in Washington DC, mit paralleler Projektmitarbeit am NASA Goddard Space Flight Center in Maryland. Ende 2010 kehrte er in die Schweiz zurück und arbeitet seither am Institut für 4D-Technologien, wo er für mehrere Projekte die technische Leitung hat.

http://www.fhnw.ch/personen/laszlo-etesi

 

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