Raumfahrt

Zwei Milliarden Sterne und ein Superrechner

Stephan Finsterbusch

Die Europäische Weltraumagentur ESA hat in der Nähe von Rom einen Hochleistungscomputer in Betrieb genommen. Er soll aus riesigen Datenmengen neue Erkenntnisse über Milchstraße und Erde gewinnen.

Mit dem Ende der einen Mission begann eine neue. Als die Ingenieure im Darmstädter Kontrollzentrum der Europäischen Weltraumorganisation im März vergangenen Jahres das Gaia-Weltraumteleskop zur Vermessung der Milchstraße nach einer zehn Jahre währenden Arbeit in den Ruhestand versetzten, fuhren die ESA-Kollegen in Frascati bei Rom gerade ein neues Projekt hoch. Tage zuvor hatten sie einen neuen Hochleistungsrechner (HPC) in Betrieb genommen – eine Maschine der Extraklasse.

Der Space-HPC genannte Computer steht zwischen Pinien und einer großen Parabolantenne. Er ist von einem Zaun umgeben, ruht auf einem Fundament von 1000 Tonnen Stahlbeton und wurde in die Rechenschränke eines halben Dutzends Großcontainer gepackt. Jeder einzelne der Schränke wiegt mit zwei Tonnen so viel wie ein ausgewachsenes Nilpferd; in jedem der Schränke rechnen Tag und Nacht mehrere Millionen Chips und Prozessoren.

Dafür hat das künstliche Superhirn zwei separate Datennetze und eine armdicke Starkstromleitung durch die Ewige Stadt und quer über den Tiber bis zum nächsten Kraftwerk gelegt bekommen. Der Rechner hat sein eigenes Transformatorenhäuschen und eine mit viel Wasser betriebene Kühlanlage. Er ist für die ESA der erste eigene Computer seiner Art, das Projekt entsprang einer Zusammenarbeit mit dem US-Computerhersteller HPE – amerikanische Rechentechnik für europäische Daten aus dem All.

„Gut, dass wir den Computer haben“, sagt ESA-Ingenieur Jose Luis Hernandez Munoz. Gaia hatte über Jahre zwei Milliarden Sterne vermessen und Daten im täglichen Umfang sämtlicher Bücher der Deutschen Nationalbibliothek zu seinen Bodenstationen gesendet. Als Softwarespezialist hat Munoz mit Kollegen verschiedene Softwareprogramme entwickelt, die aus den Daten Karten machen. Die ersten Kataloge liegen vor, es sind die bislang besten ihrer Art. 2030 will die ESA den kompletten Atlas der Milchstraße vorliegen haben.

Nicht nur das lässt den Supercomputer in Rom auf Hochtouren laufen. Eineinhalb Jahre in Betrieb, und Space-HPC ist nach den Worten von Simonetta Cheli das Zentrum für Hochleistungsrechnen der ESA. Cheli ist die Direktorin des Erdbeobachtungsprogramms und Chefin von ESRIN, dem Institut für Weltraumforschung der Europäischen Weltraumagentur. Es koordiniert Projekte wie das Vega-Programm, entwickelt, baut und wartet Informationssysteme der ESA, vor allem aber archiviert es die Ergebnisse aller vergangener Missionen.

Der riesige Datenschatz ist ohne moderne Computertechnik nicht zu heben, sagt Cheli. Hatte die ESA bislang auf externe Rechenkapazitäten von Partnern in Dresden, Barcelona oder auch Paris gesetzt, kann sie nun auch auf ihren eigenen Superrechnern rechnen. Das mache vieles einfacher, sagt Cheli. Im Rahmen verschiedener Partnerschaften stehen die Kapazitäten von Space HPC auch der externen Nutzung offen. „Wir haben bislang 300 Nutzer“, sagt sie im Gespräch.

Diese kommen den Angaben zufolge aus fast allen Abteilungen der ESA sowie aus verschiedenen Industrien und der schnell wachsenden Szene der Space-Start-ups. Das sind junge Firmen, die an und mit neuer Raumfahrttechnik arbeiten. Die Datenplattform Dealroom zählt derzeit 1400 solcher Unternehmungen in der Welt, 200 davon in Europa. Die wenigsten von ihnen können sich einen eigenen Superrechner leisten. Viele kaufen für ihre Projekte die nötige Rechenzeit von Großanbietern wie der ESA ein.

Einer der Nutzer ist das angloamerikanische Start-up Trillium Technologies. Das Unternehmen ist zehn Jahre alt, es testet Satelliten und Bordsysteme, entwickelt Modelle zur Überwachung von Weltraummüll und bietet KI-basierte Methoden zur Auswertung von Klimadaten an. Solche Arbeiten seien wichtig etwa für Versicherungen zur Schadensprävention und Risikoeinschätzung, sagt Gründer und Unternehmenschef James Parr in einer Videokonferenz. Ohne Computertechnik wie die des Space-HPC sei das gar nicht möglich.

So konnte Trillium eigene KI-Grundlagenmodelle zur Planeten- und Erderforschung entwickeln. Die Modelle arbeiten mit Daten, die von Satelliten kommen. Sie analysieren, modellieren und simulieren. Flood Brain etwa, ein auf KI-Sprachmodell-Technik basiertes Werkzeug zum Erstellen von Katastrophenreports. Oder Shrug-FM, ein System zur Evaluierung der Ergebnisse der eigenen KI-Modelle. Oder Geo-Star, ein agentenbasiertes KI-System zur Knüpfung wissenschaftlich solider Datenketten der Erdbeobachtung.

Spezielle Arbeiten benötigten oft spezielle Einstellungen an den Computern, sagt Utz-Uwe Haus, Europachef der HPE Research Labs. Die Simulation des Starts einer Rakete brauche oft eine etwas andere Konfiguration von Software und Computern als die Analyse des Wetters auf der Erde oder eines Sturms auf der Sonne. Aus diesen speziellen Einstellungen ließen sich Schlüsse für die Computertechnik der kommenden fünf bis zehn Jahren ziehen. Daher ist HPE hier neben den herkömmlichen Services auch mit einer ganz eigenen Abteilung am Ball.

So ist Haus mit den HPE Research Labs an einer der derzeit größten europäischen Weltraummissionen beteiligt: dem Destination Earth Project. Eine Simulation, die den Klimawandel erfassen soll. Forscher erstellen aus Milliarden Daten digitale Zwillinge, also Abbilder realer Zustände und Prozesse. Dafür müssen sie Informationen erzeugen, sie gewichten und in Einklang miteinander bringen. Es geht nicht um harmonische Klänge, sondern um die Stimmigkeit eines komplexen Systems. Haus spricht von Orchestrierung.

So würden die Forscher durch den Computer lernen und der Computer durch die Forscher, sagt ESRIN-Chefin Cheli. Mit Space-HPC habe die ESA einen Schritt nach vorne gemacht. Jeder der Nutzer und alle Beteiligten hätten zwar ihre eigene Agenda mit einer eigenen Roadmap und eigenen Zielen sowie Meilensteinen. Doch Wissenschaft sei immer auch eine Art von Mannschaftssport. Ein Spiel ohne Ende. Denn der Abschluss der einen Mission sei oft der Startpunkt einer neuen.