FP7 PROJEKT IMPEX:

Europäisches Team entwickelt universelle "Sprache" für Weltraumforschung

Graz,
8. April 2015 � Einem Konsortium aus europäischen Wissenschaftlern ist
es gelungen, eine gemeinsame Informationsdrehscheibe zu entwickeln, um
Daten aus verschiedenen Weltraummissionen vergleichbar zu machen. Eine
Aufgabe, die bislang durch unterschiedliche Datenverarbeitungsstandards
einzelner Missionen erheblich erschwert wurde. So ist es nun möglich,
Messdaten mit Daten, die aus theoretischen Modellen gewonnen wurden, zu
vergleichen � unabhängig von den verwendeten Datenprotokollen. Das neu
entwickelte System mit dem Namen IMPEx (Integrated Medium for Planetary
Exploration) hilft Wissenschaftlern, komplexe Messdaten besser zu
verstehen, Lücken in den Messungen mit Simulationsdaten aufzufüllen und
Simulationen besser mit tatsächlichen Beobachtungen zu vergleichen.
Erste Anwendungen erlauben detaillierte Vergleiche von Daten der
Weltraummissionen Venus Express (ESA) und Messenger (NASA) mit bereits
existierenden Modellen. Auch für die berühmte Rosetta-Mission werden in
naher Zukunft Vergleiche zwischen Simulations- und Messdaten möglich
sein.

Weltraummissionen sind ein bisschen wie smart phones;
es existiert eine Vielzahl an Standards für die Datenverarbeitung.
Aufgrund der enormen Komplexität von Weltraummissionen kommen bei deren
Instrumenten und Geräten meist Einzelanfertigungen zum Einsatz. Auch die
Datenerfassung und Auswertung folgt in der Regel den proprietären
Standards der jeweiligen Mission. Der Nachteil: Austausch und Vergleich
von Messdaten zwischen verschiedenen Missionen und den meist von
Dritt-Instituten entwickelten theoretischen Modellen sind praktisch
unmöglich. Doch es gibt bereits eine Anzahl an Initiativen, die
versuchen, diese Diversität zu überbrücken, indem sie Standards für
bestimmte Bereiche der Physik definieren. Das EU-Konsortium IMPEx
leistet hier einen signifikanten Beitrag im Hinblick auf modellierte
Daten durch die Erweiterung des Datenmodells SPASE (Space Physics
Archive Search and Extract). Das Projektteam konnte durch die Einführung
des IMPEx-Portals, dem Benutzer-front-end des IMPEx-Protokolls, einen
gebündelten Zugang zu einer beeindruckenden Sammlung an Funktionalitäten
und Werkzeugen bereitstellen, um die Arbeit mit verschiedensten Mess-
und Modellierungsdaten aus dem Bereich der Plasmaphysik zu ermöglichen.

WERKZEUGKISTE FÜR WELTRAUMFORSCHER

Projekt-Koordinator
und Senior-Wissenschaftler Dr. Maxim Khodachenko vom Institut für
Weltraumforschung (IWF, Graz) der Österreichischen Akademie der
Wissenschaften kommentiert diesen Erfolg folgendermaßen: "Das
IMPEx-Portal bietet Werkzeuge für die Visualisierung und Analyse von
Datensätzen verschiedener Weltraummissionen. Zusätzlich sind mehrere
Simulations-Datenbanken in das System integriert." Und in der Tat, die
Möglichkeiten des IMPEx-Portals sind beeindruckend. So bietet es Zugriff
auf eine Vielzahl an Messdaten sowie Simulationsläufen des Magnetfeldes
und der Plasmaumgebung verschiedener Monde und Kometen des
Sonnensystems, die auch Ziele mehrerer vergangener, aktueller und
zukünftiger europäischer und internationaler Weltraummissionen waren und
sind. Internetdienste (engl. web services), die vom Modellierungssektor
von IMPEx unterstützt werden, erlauben die Reproduktion der
Magnetfelder sowie der Plasmaumgebungen verschiedener Planeten.
Jederzeit abrufbar und zum Teil sogar in Echtzeit.

Ausgangspunkt
für die Datenverarbeitung im IMPEx-Portal ist das Tool CDPP-AMDA
(Automated Multi-Dataset Analysis). AMDA ermöglicht eine effektive
Verarbeitung von Daten durch Zugriff auf einfach zu benutzende
Funktionen zur Datenauswertung. Die web-basierte Applikation ist auf die
Analyse und Visualisierung von Mess- und Simulationsdaten spezialisiert
� der Schwerpunkt liegt dabei auf Weltraumplasmaphysik. Ein weiteres
Werkzeug mit Zugriff auf IMPEx ist CDPP 3DView. Mit seinen umfangreichen
Funktionen im Bereich der 3D-Visualisierung erlaubt es die Darstellung
von Raumschiff-Trajektorien und Planetenbewegungen sowie die
wissenschaftliche Repräsentation von Mess- und Simulationsdaten.
Tatsächlich sind alle IMPEx-Datenbanken auch direkt in 3DView verfügbar,
wodurch eine interaktive Kombination aus Raumschiff-Orbits und
entsprechender Messungen vor Ort möglich wird.

VENUS & MERKUR

Unlängst
lieferte 3DView bereits beeindruckende Ergebnisse, als
Observationsdaten des Magnetfeldes, gemessen im Rahmen der Venus Express
Mission, mit einem speziellen Simulationsmodell für Magnetosphären
verglichen wurden. Und in der Tat zeigt dieser Vergleich die
weitreichenden Möglichkeiten des IMPEx-Protokolls auf. Der
Projekt-Partner FMI (Finnish Meteorological Institute) entwickelte eine
Datenbank für hybride Modelle, die Simulationen der Magnetfeldumgebung
der Venus erlaubt. Einige davon wurden mithilfe des IMPEx-Portals und
seiner Tools weiter verarbeitet. So wurde ein Simulationslauf entlang
der Trajektorie des Venus Express Orbiters interpoliert, um die
Messdaten mit der Modellierung zu vergleichen. Letztlich konnten beide
Datensätze � die Messungen und die Simulation � direkt am Orbit von
Venus Express visualisiert werden. Ein ähnlicher Vergleich wurde auch
mit von Messenger gemessenen Magnetfelddaten des Merkur durchgeführt.
Mithilfe von IMPEx web services wurde eine Simulation entlang der
Trajektorie des Orbiters interpoliert und in 3DView dargestellt.

Grafische Impressionen der Funktionalität und Visualisierungsvielfalt der IMPEx Umgebung finden sich unter:
http://tinyurl.com/impex-images

Vincent
Génot, hauptverantwortlicher Wissenschaftler des IMPEx-Projekts von
CNRS/IRAP dazu: "Die Möglichkeit, komplexe Simulationen mit Messungen
direkt vor Ort in einem einzigen Analysewerkzeug zu kombinieren, ist
eine der größten Errungenschaften von IMPEx. Bald wird das System auch
Vergleiche von Messdaten der bekannten Rosetta-Mission mit Simulationen
der Umgebung des Kometen erlauben. Das wird einen großen Beitrag dazu
leisten, die Bausteine des jungen Sonnensystems besser zu verstehen. Das
leistungsfähige IMPEx-System wird die Forschung auf dem Gebiet der
Plasma- und Magnetfeldumgebungen erleichtern und weiter verbreiten, und
zwar nicht nur von "Tschury", Venus und Merkur, sondern auch von
weiteren Objekten im Sonnensystem. Von Mars zum Beispiel, von Jupiter,
Saturn und schließlich auch der Erde selbst."

Das erfolgreiche
Konsortium, das neben dem IWF und FMI auch aus den französischen
Partnern CNRS/IRAP und CNRS/LATMOS sowie dem russischen Partner SINP-MSU
besteht, ruht sich indes aber keinesfalls auf den wissenschaftlichen
Lorbeeren aus, sondern schmiedet bereits Pläne, IMPEx in die Wolken zu
heben. Tarek Al-Ubaidi, Projektmanager und technischer Experte erklärt
dazu: "Wir würden die Idee von IMPEx sehr gerne durch cloud-Ressourcen
und big-data-Dienstleistungen weiterentwickeln bzw. komplettieren. Vor
allem die Durchführung von Modellrechnungen in der cloud wäre für die
wissenschaftliche Gemeinde von großem Vorteil. Wir würden das Konzept
gerne mit einer noch flexibleren Architektur, umfassendem Zugriff auf
Archive für Messdaten und ausgefeilten Technologien zur
Datenverarbeitung und Analyse kombinieren. Wir haben diesbezüglich
bereits mehrere Projektvorschläge unterbreitet und hoffen, dass wir die
Möglichkeit erhalten, diese umzusetzen � Daumen halten!"

Weitere Informationen finden Sie auf der IMPEx-Website: http://impex-fp7.oeaw.ac.at

The
FP7-Project IMPEx (Integrated Medium for Planetary Exploration) is
supported by the European Union Grant agreement number 262863.

IMPEx core team:
Maxim Khodachenko (Coordinator), IWF, Austria
Esa Kallio (Deputy Coordinator), FMI, Finland
Vincent Génot (Project Scientist), CNRS/IRAP, France
Igor Alexeev (Work Package Leader), SINP-MSU, Russia
Tarek Al-Ubaidi (Project Manager and IT Expert) , IWF, Austria
Michel Gangloff (Work Package Leader), CNRS/IRAP, France
Walter Schmidt (Work Package Leader), FMI, Finland
Ronan Modolo (Task Leader), CNRS/LATMOS, France
Manuel Scherf (Scientific user support and validation), IWF, Austria

Mix aus schneller und konventioneller Ladung schont die Batterie
Störungsfreies Laden ist eine wesentliche Voraussetzung für den wirtschaftlichen Einsatz von Elektrofahrzeugen. Mit knapp 120.000 gefahrenen Kilometern hat das Projekt RheinMobil nachgewiesen, dass für die Batterieleistung eine Kombination aus schnellem und herkömmlichem Laden ideal ist: Der gesteuerte Mix ermöglicht eine hohe Auslastung der Fahrzeuge und schont die Batterie. RheinMobil ist ein gemeinsames Projekt von Michelin, Siemens, dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), dem Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI sowie dem Mobilitätsdienstleister e-Motion Line (eML). Das Projekt ist Teil des „LivingLab BWe mobil“ und wird im Schaufenster Elektromobilität vom Bund gefördert.

Ziel von RheinMobil ist es, am Beispiel von Dienst- und Pendlerfahrten zwischen Karlsruhe und dem Elsass zu zeigen, dass bestimmte Einsatzprofile einen wirtschaftlichen Betrieb von Elektrofahrzeugen möglich machen. Dazu sind im Zuge der schrittweisen Einführung der Fahrzeuge derzeit täglich sechs siebensitzige Kleinbusse im Pendelverkehr bei Michelin sowie ein Fahrzeug der Kompaktklasse im Dienstwagenverkehr bei Siemens unterwegs. Die monatliche Fahrleistung pro Fahrzeug liegt durchschnittlich bei 3.000 Kilometern. „Seit dem Projektstart im vergangenen Frühjahr konnten wir nachweisen, dass sich konventionelle Fahrzeuge in beiden Einsatzprofilen im Alltag ersetzen lassen. Lokal haben wir so auch bereits acht Tonnen Kohlendioxid (CO2) eingespart“, sagt Dr. Olaf Wollersheim, einer der beiden RheinMobil-Projektleiter am KIT. „Außerdem haben wir in den Wintermonaten gesehen, dass Witterung und Temperaturschwankungen zwar für einen Anstieg des Energieverbrauchs sorgen, die Betriebsfähigkeit und Verfügbarkeit der Fahrzeuge aber nicht einschränken“, so Dr. Kevin Stella, der das Projekt zusammen mit Wollersheim koordiniert.

Nächster Schritt wird nun sein, die Fahrzeuge bei Michelin – an den Schichtplan angepasst – mit mehreren Pendlergruppen pro Fahrzeug noch stärker auszulasten, sodass die Fahrleistung auf mehrere hundert Kilometer pro Tag steigt. Voraussetzung dafür ist die Schnellladung, die derzeit rund 30 Minuten dauert. Für konventionelles Laden sind aktuell Stillstandzeiten von neun Stunden erforderlich. Das RheinMobil-Team will zeigen, dass E-Fahrzeuge auch bei häufiger Schnellladung technisch zuverlässig und auf Dauer wirtschaftlicher als vergleichbare Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor sind. Bislang gab es zum Einfluss der Schnellladetechnologie auf die Batterieleistung kaum Erfahrungen oder wissenschaftliche Erkenntnisse aus dem realen Betrieb. „Die ersten 100.000 Kilometer haben uns nun ein wesentliches Ergebnis geliefert: Zwar ist die Schnellladung Voraussetzung für die hohe Auslastung, wir können aber nicht ausschließlich auf diese Technologie setzen. Der richtige Ansatz ist der gesteuerte Mix aus schneller und konventioneller Ladung. So können wir hohe Fahrzeugverfügbarkeit mit einer nachhaltigen Nutzung der Technologie in Einklang bringen“, so Stella.

Der Einsatz im Pendelverkehr hatte gezeigt, dass bei ausschließlicher Schnellladung kein Spannungsausgleich zwischen den einzelnen Batteriezellen erfolgte (passives Balancing): Die Zellen der Batterie wurden unterschiedlich stark ge- und entladen, damit hätte sich die nutzbare Kapazität der Batterie langfristig verringert. Die Lösung: Bei längeren Stillstandzeiten des Fahrzeugs – etwa über Nacht – setzt RheinMobil nun auf konventionelles Laden. „Das eröffnet zudem die Möglichkeit, das Fahrzeug mit batteriebetriebener Klimaanlage im Sommer wie Winter vor Fahrtantritt auf die gewünschte Temperatur zu kühlen oder zu heizen. So lässt sich der Energieverbrauch während der Fahrt reduzieren, da die notwendige Energie nicht aus der Batterie entzogen wird“, sagt Kevin Stella. Dabei werde der auch der Fahrzeugbetrieb für die Nutzerinnen und Nutzer komfortabler.

Im Winter direkt nach der Fahrt laden – Tipps für Nutzer

Aus den wissenschaftlichen Untersuchungen und Erfahrungen der Forschungspartner KIT und ISI sowie dem Mobilitätsdienstleister eML lassen sich weitere konkrete Ratschläge für Fahrerinnen und Fahrerableiten. Unter anderem sollten Fahrzeuge im Winter direkt nach einer Fahrt geladen werden. „Denn ist die Batterietemperatur zu niedrig, reduziert sich die Ladeleistung, um die Batterie zu schonen. Damit würde das Laden deutlich länger dauern“, erläutert Stella. Die Wissenschaftler werten zudem den spezifischen Energieverbrauch pro Strecke ständig aus und leiten die Faktoren ab, die diesen beeinflussen. So können Sie den Nutzerinnen und Nutzern auch konkrete Tipps zum Fahrverhalten geben, mit denen der Energieverbrauch gesenkt werden konnte.

Das Projekt RheinMobil ist eines von rund 40 Projekten im Schaufenster Elektromobilität Baden-Württemberg „LivingLabBWe mobil“ und wird mit knapp einer Million Euro vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) im Rahmen der Schaufensterinitiative der Bundesregierung gefördert. Die Bundesregierung hat im April 2012 vier Regionen in Deutschland als „Schaufenster Elektromobilität“ ausgewählt und fördert hier auf Beschluss des Deutschen Bundestags die Forschung und Entwicklung von alternativen Antrieben. Insgesamt stellt der Bund für das Schaufensterprogramm Fördermittel in Höhe von 180 Millionen Euro bereit. In den groß angelegten regionalen Demonstrations- und Pilotvorhaben wird Elektromobilität an der Schnittstelle von Energiesystem, Fahrzeug und Verkehrssystem erprobt.

Weitere Informationen unter www.schaufenster-elektromobilitaet.org

Schaufenster Elektromobilität „LivingLabBWe mobil“

Im baden-württembergischen Schaufenster „LivingLabBWe mobil“ erforschen mehr als 100 Partner aus Wirtschaft, Wissenschaft und öffentlicher Hand Elektromobilität in der Praxis. Die Projekte konzentrieren sich mit ihren Aktivitäten auf die Region Stuttgart und die Stadt Karlsruhe und sorgen auch international für eine große Sichtbarkeit. Das „LivingLabBWe mobil“ steht für einen systemischen Ansatz mit ineinandergreifenden Projekten, die Elektromobilität vom E-Bike über den E-PKW bis hin zum elektrischen Transporter und Plug-in-Linienbussen für jedermann erfahrbar machen. Die Projekte adressieren Fragestellungen zu Intermodalität, Flotten und gewerblichen Verkehren, Infrastruktur und Energie, Stadt- und Verkehrsplanung, Fahrzeugtechnologie, Kommunikation und Partizipation sowie Ausbildung und Qualifizierung. Koordiniert wird das „LivingLabBWe mobil“ durch die Landesagentur für Elektromobilität und Brennstoffzellentechnologie e-mobil BW GmbH und die Wirtschaftsförderung Region Stuttgart GmbH (WRS).

Weitere Informationen unter www.livinglab-bwe.de