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4K Videos aus dem All, aufgenommen von der α7S II 

Vom japanische Experimentmodul „KIBO“ in der Internationalen Raumstation 

Die α7S II lieferte als erste kommerzielle Kamera 4K Aufnahmen aus dem Weltraum.

Das neue Kamerasystem einschließlich einer α7S II wurde in der Exposed Facility (EF) des japanischen Experimentmoduls KIBO der Internationalen Raumstation installiert. 

Das H-II Transfer Vehicle KOUNOTORI, ein japanisches Versorgungsraumschiff für die Internationale Raumstation, startete am 9. Dezember 2016 an Japans größtem Weltraumbahnhof Tanegashima Space Center. An Bord befand sich eine der revolutionären α7S II Kameras von Sony. Dadurch haben wir am Boden die Möglichkeit, im Weltraum aufgenommene Bilder in 4K oder Full HD-Videoauflösung sowie 12-Megapixel-Fotoauflösung zu sehen.
Die Internationale Raumstation kreist in etwa 400 Kilometern (249 Meilen) Entfernung mit einer Geschwindigkeit von 8 km/Sek. (5 Meilen/Sek.) um die Erde, und umrundet die Erde in etwa 90 Minuten (16 Umkreisungen/Tag) - schneller als ein Projektil.
Warum wurde die α7S II als Kamera für den Einsatz im Weltraum ausgewählt, und welche Art von Motiven hofft man, mit der α7S II aufnehmen zu können? Wir haben mit Toshitami Ikeda gesprochen. Er ist der leitende Projektingenieur bei der JAXA und für das Außenbord-Kamerasystem zuständig.

(Interview vom 13.12.2016)

Bilder, die nur vom All zu sehen sind

Ungewöhnliche Naturphänomene und das sich wandelnde Erscheinungsbild der Erde.

- Könnten Sie uns zunächst etwas über Mission, Rolle und Zweck dieser Außenbordkamera erzählen?

Die Mission der Außenbordkamera ist die Aufnahme klarer Bilder der Erde von der Internationalen Raumstation. Durch die Aufnahme außergewöhnlicher, beeindruckender Bilder aus dem All von Dingen wie einer großen Naturkatastrophe am Boden können Sie Aspekte der Situation erfassen, die vom Boden aus nicht zu sehen sind, wie der Umfang der Schäden und Auswirkungen. Wir können auch Umweltveränderungen erkunden, indem wir kontinuierlich Aufnahmen von einem bestimmten Ort wie einem Beobachtungspunkt machen. Das könnte die Beobachtung von Farbveränderungen im Meer anhand von Aufnahmen eines Unterwasservulkans sein oder die Beobachtung der Bewegung von Treibeis. Indem wir diese Art von Veränderungen der Erde erkennen, können wir zu einem Verständnis globaler Umweltprobleme beitragen, und wir glauben auch, dass die Übertragung von Bildern aus dem All, die vom Boden aus nicht sichtbar sind, ein stärkeres Interesse an der Erschließung des Weltraums bewirken kann. 

- Die α7S II kann sowohl Videos als auch Fotos aufnehmen. Wie werden Sie diese Anwendungen aufteilen?

Ich denke dynamische Szenen von Versorgungsraumschiffen wie KOUNOTORI, die sich der Internationalen Raumstation nähern, oder von der japanischen Inselgruppe aus Sicht der Internationalen Raumstation beim Überflug von Süden nach Norden kann mit bewegten Bildern sehr realistisch vermittelt werden. Andererseits geben Fotos Farbtöne besser wieder, und das kann bei der Analyse von subtileren Veränderungen wie bei der Farbe von Ozeanen und Wäldern genutzt werden.

Erwartungen an die hohe Empfindlichkeit der α7S II und das erste 4K Video, das außerhalb der Internationalen Raumstation aufgenommen wurde

Klare, helle Aufnahmen von der Erde bei Nacht und vom All

- Bitte sagen Sie uns, warum die α7S II als Außenbordkamera ausgewählt wurde.

Das Kamerasystem im Außenbereich der Raumstation wird von der Erde aus ferngesteuert und überträgt Bilddaten. Die α7S II, die bereits über eine integrierte USB-Schnittstelle verfügte und Steuerbefehle ausführen konnte, war also eine hervorragende Wahl sowohl als Außenboardkamera als auch im Hinblick auf eine einfache technische Bedienung. Außerdem sehen Phänomene wie Polarlichter oder Meteore oder auch die Erde bei Nacht aus dem All etwas anders aus als vom Boden aus betrachtet. Die hohe Lichtempfindlichkeit, mit der die α7S II aufzeichnet, erweist sich daher als perfekt für Nachtaufnahmen. Die Internationale Raumstation umrundet die Erde im 90-Minuten-Rhythmus. Mit unserem vorherigen System war es uns nicht möglich, Material in der Nacht aufzuzeichnen, die alle 45 Minuten stattfindet. Ich freue mich auf diese neue Leistung und die Möglichkeit, selbst nachts, bei schwachem Licht, Aufnahmen erstellen zu können.

- Ich denke, die Erwartungen an im Weltraum aufgenommene 4K Videos sind auch hoch.

Ursprünglich wollten wir die α7S zu diesem Zweck einsetzen. Im Jahr 2016 entschied man aber, dieses Modell durch ein verbessertes Folgemodell, die α7S II, zu ersetzen, das bereits mit einer internen 4K Videoaufnahmefunktion ausgestattet war. Es stand nur sehr wenig Zeit für den Einbau zur Verfügung und wiederholte Tests erwiesen sich als schwierig. Gut war, dass die Steuerbefehle für die α7S und die α7S II kompatibel sind und sie die gleichen Sensoren verwenden, wodurch wir einiges übertragen konnten. Nichtsdestotrotz gab es bei einigen Bauteilen und in der Software einige kleine Unterschiede. So weicht beispielsweise die Anschaltsequenz des neueren Modells leicht von der ursprünglichen ab, sodass diesbezüglich einige Nachjustierungen nötig waren.
Nachdem uns die Ingenieure von Sony aber über die teilweisen Veränderungen der Firmware und die baulichen Unterschiede zwischen der α7S und der α7S II informiert hatten, waren wir in der Lage, die notwendigen Einschätzungen und Anpassungen vorzunehmen und die Kamera am KIBO zu installieren.
Wir sind gespannt auf die Aufnahmemöglichkeiten, die sich uns mithilfe der Außenboardkamera in 4K ergeben.

- Gibt es außer der 4K Videofunktion noch weitere Unterschiede zur vorherigen Außenbordkamera?

Zuvor war die Außenbordkamera so an der EP (Exposed Facility) von KIBO angebracht, dass sie immer auf die Erde gerichtet war. Jetzt haben wir eine Halterung, die um zwei Achsen bewegt werden kann. Das heißt, wir können die Kamera trotz Ausrichtung auf die Erde auch drehen und Aufnahmen vom All machen. Da wir die die Erde und das All aus verschiedenen Blickwinkeln aufnehmen können, sind jetzt Aufnahmen möglich, die bisher undenkbar waren.

α7S II und Objektiv [FE PZ 28-135 mm F4 G OSS] übernommen als ISS-Außenbordkamera 

[Außenansicht des KIBO Japanese Experiment Module und der Befestigungsposition der Kamera]

Die Kamerahalterung ist an der Spitze des KIBO Japanese Experiment Module angebracht. Von hier aus kann sowohl die Erde als auch das All aufgenommen werden. Das KIBO-Modul verfügt über eine Luftschleuse und einen Roboterarm, wodurch Experimente durchgeführt oder Beobachtungsapparaturen nach Bedarf angebracht oder ausgetauscht werden können, ohne dass Astronauten Außenbordarbeiten durchführen müssen.

Quelle: JAXA

Quelle: JAXA

Japanese Experiment Module (JEM)

Japanese Experiment Module (JEM)

1. Pressurized Module 2. Experiment Logistics Module-Pressurized Section 3. JEM-Luftschleuse 4. JEM Remote Manipulator System 5. Außenlager 6. α7S II Befestigungsposition

IVA-replaceable Small Exposed Experiment Platform (i-SEEP) und Kameraeinheit


IVA-replaceable Small Exposed Experiment Platform (i-SEEP) und Kameraeinheit 

Unzählige Tests, um einen sicheren und stabilen Betrieb im Weltraum zu gewährleisten

- Wie kam die α7S II eigentlich in die Internationale Raumstation?

Da der Weltraum ein Vakuum ist, wird Wärme nicht durch Luftaustausch abgeführt. Um dem standzuhalten, befindet sich die Kamera mit dem Objektiv in einem Aluminiumgehäuse, der Kameraeinheit, und die Gewährleistung eines möglichst großen Kontakts mit diesem Aluminiumgehäuse hilft, Wärme abzuführen. Die Kameraeinheit war durch polsternde Materialien geschützt und wurde als Teil der unter Druck stehenden Fracht von Japans KOUNOTORI transportiert.

- Welche Tests waren erforderlich, um die Kamera in der Internationalen Raumstation einsetzen zu können?

Wir begannen zunächst mit Tests, die sicherstellen sollten, dass die Kamera aufgrund kosmischer Strahlung nicht ausfiel oder zerbrach. Und wir testeten auch, ob sie im Vakuum und der extremen thermischen Umgebung des Weltraums funktionieren konnte. Wir mussten sicherstellen, dass sie den Vibrationen beim Start standhalten würde und bei Betrieb keine elektromagnetischen Störungen verursachte.
Außerdem testeten wir noch, ob die Kamera selbst die elektrischen oder elektromagnetischen Störungen tolerieren konnte, die von den anderen Geräten der ISS ausgingen, und wir mussten auch sicherstellen, dass sie vom Boden aus problemlos gesteuert werden konnte und wir die Bilder extrahieren konnten. Bevor die Kamera in die Exposed Facility installiert wurde, wurde sie in das Experimentmodul mitgenommen, in dem die Astronauten in normaler Kleidung leben und arbeiten, daher mussten alle erforderlichen Tests durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass sie keine Beeinträchtigungen erfuhren, wie zum Beispiel durch die Abgabe schädlicher Gase.

Die Außenbord-Kameraeinheit. Der untere runde Teil ist das Objektiv. Durch die runde Öffnung kann die Kamera die Umgebung aufnehmen.

Die Hardware ist im Wesentlichen unverändert

Zuverlässige Technologie, die eine erstklassige Widerstandsfähigkeit bietet  

- Gibt es spezielle Apparateanordnungen, die den Betrieb der Kamera unter den einzigartigen Bedingungen im Weltraum erleichtern? 

Wenn Sie die Kamera in dieser Umgebung auf die Sonne richten, werden aufgrund der Sonneneinstrahlung mit der Zeit sehr hohe Temperaturen erreicht. Umgekehrt fallen die Temperaturen, wenn man sie von der Sonne weg ausrichtet, auf extrem tiefe Werte. Der Temperaturunterschied kann bis zu 200 Grad Celsius betragen, daher verwenden wir ein Kühlelement gegen die Hitze und ein Heizelement gegen die Kälte, um in einem funktionsbereiten Bereich zu bleiben.
Die Hardware der Kamera selbst ist nahezu unverändert. Wir haben viele Tests durchgeführt, aber kaum Probleme festgestellt. Dass wir die Kamera unverändert in dieser Umgebung einsetzen konnten, ist ein Beweis für die Widerstandsfähigkeit und Belastbarkeit der α7S II.

- Bitte erzählen Sie uns, wie die α7S II für die Nutzung im Weltraum angepasst wurde.

Da sie vom Boden aus ferngesteuert wird, haben wie einen Teil der Firmware geändert, damit wir Aufnahmeeinstellungen über Steuerbefehle ändern können. Fast alle Anpassungen der Belichtung und anderer Einstellungen können ferngesteuert werden. Wir verwenden jetzt das leistungsstarke SELP28135G Zoomobjektiv, und der Zoom kann vom Boden aus gesteuert werden. Außerdem haben wir die 4K Videofunktion, können also als Zusatzfunktion des ganzen Systems eine Videodatei aufnehmen und an die Erde übertragen. Darüber hinaus haben wir eine externe Stromversorgung, da es aufgrund der Position des Systems schwierig wäre, den Akku zu laden, und der Strom kann vom Boden aus ein- und ausgeschaltet werden.

Sogar mit dem leistungsstarken Zoomobjektiv (FE PZ 28-135 mm F4 G OSS) passt die α7S II ohne Modifikationen in die Box.

Mit Bildern aus dem All die Vorstellungskraft erweitern und Träume wachsen lassen

- Wer hat Interesse an den Bildern, die Sie aufnehmen?

Eigentlich alle möglichen Leute. Viele der Probleme unseres Planeten fallen im Alltag gar nicht so auf, aber wenn man sie vom All aus betrachtet, sind sie nicht zu übersehen. Ich wünsche mir, dass die Bilder die Vorstellungskraft erweitern und die Neugier wecken. Ich wäre auch hocherfreut, wenn Kinder da draußen die Bilder sehen und mehr von ihnen im Raumfahrtbereich arbeiten möchten – und vielleicht eine Kamera für den Einsatz im All bauen. Es wäre sehr befriedigend zu wissen, dass wir die Zukunft einiger Menschen positiv beeinflusst haben.

Die Stromversorgungsmethode wurde geändert, der Akku durch eine externe Stromquelle ersetzt

Toshitami Ikeda

Toshitami Ikeda

Associate Senior Engineer
Mission Operations and Integration Center,
Human Spaceflight Technology Directorate
Japan Aerospace Exploration Agency

Hochschulabschluss, Eintritt in die NASDA (National Space Development Agency of Japan, aktuell: JAXA). Beteiligt an der Entwicklung und Förderung des JEM (Japanese Experiment Module, heute: KIBO). Hat seine gegenwärtige Funktion seit 2015 inne.

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