© ESA, S. Corvaja

Anders als die NASA ist die ESA dezentral organisiert, international und kommerziell orientiert. Obwohl sie auch deutlich weniger Top-Down aufgebaut ist, gibt es Fesseln, die Open Source nicht immer in dem Umfang erlauben, den die Agency als auch die Wissenschaftler wünschen. Doch das ändert sich gerade – ein wenig.

Treffen sich ein griechischer und ein deutscher Open-Source-Nerd auf dem Chaos Communication Congress: “Was machst Du so?”, fragt der eine. “Ich arbeite an einem Open-Source-Projekt, das mit Satelliten zu tun hat, die mit der Ariane 6 ins All geschossen werden”, antwortet der andere. “So ein Zufall, ich auch!”.

So oder so ähnlich spielte sich 2023 das erste Gespräch zwischen Manthos Papamatthaiou und Paul Koetter ab. Am Ende stellten die beiden Wissenschaftler fest, dass sich ihre wenige Hundert Gramm schweren Mini-Satelliten sogar nebeneinander in derselben Rakete wiederfinden. Selbstverständlich beschlossen die beiden zusammenzuarbeiten – über die Synergien und so manche Kuriositäten berichteten Papamatthaiou und Koetter auf dem 38C3 [1] im Dezember 2024. Ihr Vortrag “Ein Open-Source-Guide für die Galaxie – unsere Reise mit der Ariane *6” zählte in Hamburg zu den Kongress-Highlights und besaß durchaus Unterhaltungswert: “Hier seht ihr ein Foto, wie wir in Kourou einen 30-Tonnen-Kran benutzen, um einen 150-Gramm-Satelliten an seinen Platz zu hieven.”. Koetter gab einen 5-Minuten-Crash-Kurs zur Mechanik von Satellitenorbits, Papamatthaiou demonstrierte live das Deployment von Minisatelliten (Abbildung 1).

Abbildung 1: Open Source bei der ESA live auf der Bühne des 38C3: Manthos Papamatthaiou und Paul Koetter demonstrieren das orbitale Release eines auf Open Hardware basierenden Mini-Cube-Satelliten.

In der Geschichte der beiden Open-Source-Nerds spiegeln sich viele Aspekte wider, die die Natur der ESA ausmachen. Da steht die größte und stärkste Rakete der Welt, die 530 Tonnen schwere und 63 Meter hohe Ariane 6, und bringt am 9. Juli 2024 endlich die beiden im Open-Source-Verfahren entwickelten Satelliten SIDLOC [2] und Curium One [3] ins All [4].

In einem Detail des Launchvideos der Mission (ebenfalls im Vortrag) zeigt sich ein fundamentaler Unterschied in der Denkweise von ESA und NASA: Die NASA fährt Raketen umher, die ESA Häuser. Für die Saturn-Raketen der Apollo-Mission baute man in den USA das bis heute höchste einstöckige Gebäude der Welt und eine spezielle fahrbare Launchplattform, um die riesigen Raketen im Schneckentempo zur Rampe von Cape Canaveral zu kutschieren. Die ESA dagegen bewegt das Gebäude [5] außen herum und lässt die Ariane stehen.

Sidloc: Identifizieren Sie sich!

Zurück zu den Missionen: Klein, leicht, autonom, stromsparend, günstig – wer sich mit Bluetooth Beacons und Bluetooth Low Energy auseinandergesetzt hat, dem kommen die Anforderungen der Projekte bekannt vor. Aber anders als bei Bluetooth, Flugzeugen und Schiffen gibt es bei Raumfahrzeugen bisher kein einheitliches Standardprotokoll zur Identifizierung und präzisen Ortung. Sidloc will da Abhilfe schaffen und hat zusammen mit der ESA einen neuen, offenen Standard mit niedrigem Stromverbrauch getestet. Dafür nutzt man auch das Netzwerk des “Open Source global network of satellite ground-stations” (SatNOGS) [6], das zu einer unabhängigen Quelle von Bahnelementen und Raumfahrzeugidentifikationen beiträgt.

Curium One hingegen hat neben einer ganzen Reihe weiterer Experimente eine Open-Source-Grundlage für größere, würfelförmige Satelliten (CubeSat-Systeme) geschaffen. Open Hardware lautet dabei das Stichwort und gemeint sind 15 neu entworfene Open-Hardware-Platinen, Solargeneratoren, Bordcomputer, Hochfrequenz-Kommunikationsplatinen – alles wurde von der Community mithilfe von Planetary Transportation Systems entwickelt und getestet.

Ein wenig anders als die NASA

Wer sich die ESA und die NASA hinsichtlich Open Source und Open Science genauer ansieht, kommt schnell zu dem Schluss: Die eine Agentur (NASA) ist Top-Down organisiert, wie ein fossiler Konzern, setzt aber voll auf Open Source, während die andere dezentral, demokratisch, Bottom-Up aufgebaut ist und gerade deshalb häufig ein Problem mit Veröffentlichungen hat. Das verwirrt allerdings lediglich auf den ersten Blick, da es im Wesentlichen an der ursprünglichen Zielvorgabe und der damit einhergehenden Intention der Organisationen liegt. Während die NASA [7] im Kalten Krieg der Angst vor technischer Unterlegenheit entsprang, sind die Grundfesten der ESA klar in der Wirtschaftsförderung und der europäischen Zusammenarbeit zu suchen.

Die Europäische Raumfahrtagentur [8] erstreckt sich als internationale Organisation über 23 Länder, stolz nennt man auf der Webseite 230 000 Jobs und 79 Milliarden Euro Einnahmen – die ESA nimmt nach eigener Aussage etwa ein Drittel des globalen Weltraumkuchens ein. All das bezieht sich jedoch eher auf die Gesamtheit der mit der ESA verbundenen europäischen Raumfahrtindustrie. Die ESA selbst beschäftigt nur 2200 Mitarbeiter und verfügt über ein Budget von knapp 8 Milliarden Euro.

Von ELDO und ESRO zur ESA

Auch in Europa entstanden in Folge des Sputnik-Schocks diverse Vorläuferorganisationen, beispielsweise die ELDO und die ESRO Anfang der 1960er Jahre. Während die European Launcher Development Organisation Trägersysteme entwickeln und bauen sollte, hatte die Europäische Weltraumforschungsorganisation den Bau von wissenschaftlichen Satelliten zum Auftrag. Die Aufteilung funktionierte hinten und vorn nicht, sodass man 1975 ELDO und ESRO zur ESA zusammenführte.

Dass die Gründung der ESA in die Zeit nach dem Space Race fällt, trug viel zur Ausrichtung bei. Ihr Ziel besteht ausdrücklich darin, den Weltraum friedlich und wirtschaftlich fruchtbar zu nutzen. Richtig groß wurde die ESA aber erst in den letzten Jahrzehnten, mit Kooperationen und Eigenentwicklungen wie dem legendären Spacelab, der Ariane-Trägerrakete, der Internationalen Raumstation oder diversen Sonnen-, Planeten- und Kometenmissionen. Das Europäische Raumflugkontrollzentrum in Darmstadt koordiniert die zahlreichen Missionen. Übrigens: Der ganze Stack der Mission Control Software dort basiert auf Eclipse und ist Open Source.

25 Raumschiffe steuern mit OSS

Die wirtschaftliche Ausrichtung der ESA zeigt sich nicht allein in vielen Gründerzentren (Incubation Centres), sondern auch in der Art, wie die ESA mit OSS und Open Science umgeht. Das Linux-Magazin hat dazu mit Vertretern der ESA gesprochen, unter ihnen James Eggleston, Head of Ground Segment Architecture, Data & AI Section. Er sitzt zudem im Board der Eclipse Foundation und hilft in Darmstadt dabei “alle 25 Raumschiffe der ESA zu koordinieren.”

Open Source, so erklärt Eggleston, genieße bei der ESA einen hohen Stellenwert. Doch gerade weil die europäische Agentur eher von unten her organisiert sei, sei es oft schwerer, teils unmöglich, Open Source durchzusetzen – selbst wenn man das wolle. “Wenn einer unserer Mitwirkenden das will, werden wir alle Hebel in Bewegung setzen, weil auch wir das gut finden und die ESA Open Source Best Practices verbreiten will. Aber wir können niemand dazu zwingen.”

Open Source, aber in Wellen

Open Source erreicht und erreichte die ESA stets in Wellenform, was erneut der dezentralen Natur mit vielen Mitgliedsstaaten und demokratisch gewählten Regierungen geschuldet ist. Die NASA muss da weniger (und nur nationale) politische Interessen in Einklang bringen und betont die Offenheit bereits in ihrer Gründungsurkunde. Die ESA dagegen entspricht keiner “Open-Source-Person an sich”, muss immer Rechenschaft ablegen können, warum etwas gerade sinnvoll ist und warum es mit freier Software umgesetzt wird. Die 23 Mitgliedsstaaten zahlen die ESA primär für die Wirtschaftsförderung und erwarten dementsprechend, dass Ergebnisse primär den Firmen im eigenen Wirtschaftsraum zugute kommen. Klar, die Wissenschaft steht generell hinter Open Science und Open Source, aber mit dem Slogan “for all mankind” der NASA kann das Modell nicht ganz mithalten.

Unter diesen Voraussetzungen gilt es bei der ESA, die verschiedenen Communities und Interessen zusammenzubringen. Obwohl das Gesamtkonstrukt wirtschaftlich ausgerichtet ist und für manche OSS-Evangelisten fast protektionistisch anmuten mag, spielt das Commitment für Open Source in den letzten Jahren eine zunehmend große Rolle. “In Europa beweisen viele Firmen Tag für Tag, dass es möglich ist, mit Open Source Geld zu verdienen”, das gehe nicht an der Raumfahrt vorbei. Überhaupt habe sich die Branche stets als Vorreiter bei freier Software ausgezeichnet, Open Data gibt es hier genauso lange wie bei der NASA.

Zum großen Teil ist das der starken Geospatial-Community zu verdanken, die seit Jahrzehnten freie Software und offene Daten promotet und über die das Linux-Magazin mit der Erdbeobachterin Stefanie Lumnitz gesprochen hat (Kasten “Open Source Geospatial”). Beide, Lumnitz und Eggleston, freuen sich übrigens sehr darüber, wie in den letzten Jahren das “Verständnis für OSS gewachsen” ist und die Vorteile des Modells großflächig durchsickern.

Open Source Geospatial

Raumfahrt und Fernerkundung sind seit jeher eng miteinander verwoben, und weil die Geographen traditionell gern freie Software machen – GRASS GIS [9] gilt als eines der ältesten OSS-Projekte überhaupt – schlägt sich das auch bei der ESA nieder. Wir haben dazu mit Stefanie Lumnitz aus dem Climate Action, Sustainability and Science Department der ESA gesprochen. Lumnitz hat auf der EURO FOSS4G, der Konferenz des Europäischen Ablegers der Open Source Geospatial Foundation OSGeo, eine Keynote zum Thema “Leading with Open Source” [10] gehalten.

In der Open-Source-Welt ist sie keine Unbekannte: Lumnitz leitet die Konferenz Big Data from Space [11], ist Mitglied der Python Software Foundation sowie der Open Source Geospatial Foundation und war Kernentwicklerin und Mitglied des Lenkungsausschusses der Python Spatial Analysis Library (PySAL). In ihrer Keynote erklärt sie: “Das ausgereifte Open-Source-Ökosystem, das seit langem als Katalysator für Innovation und Zusammenarbeit gilt, unterstützt nachhaltige Initiativen, die über die Programmierung hinausgehen und auch die Verwaltung und das Engagement der Gemeinschaft umfassen. Praktiken wie transparente Zusammenarbeit, gemeinschaftsgetriebene Entwicklung und iterative Innovation beschleunigen die Entwicklung und fördern ein nachhaltiges, integratives Modell für die globale Zusammenarbeit.”

Es seien gerade die von Open-Source-Projekten genutzten Rahmenbedingungen, die wichtige Erkenntnisse für die Bewältigung komplexer globaler Herausforderungen wie des Klimawandels liefern. Umso wichtiger sei es, dass Open-Source-Führungskräfte dazu beitragen, diese Praktiken in den Mainstream wissenschaftlicher, politischer und industrieller Innovation zu übernehmen und zu erhalten. “Diese Führungsrolle ist der Schlüssel, um bedeutende Veränderungen an der Basis zu initiieren, die es Gemeinschaften und Einzelpersonen ermöglichen, sich sinnvoll an breit angelegten Strategien zu beteiligen”, so Lumnitz.

Interessierten legt Lumnitz zwei Beispielprojekte ans Herz: Zum einen das kürzlich umbenannte “Open Source for geospatial software observatory” [12], “mit dem wir begonnen haben, ESA- und Community-relevante OS-Projekte zu kartieren, zu planen, die besten Praktiken der Community zu identifizieren und zu pflegen (…) Eine Art Open Source für die Erde” (Abbildung 2).

Abbildung 2: Im Geospatial Software Observatory finden Interessierte einen grafischen Zugang zu allen Details diverser ESA-Missionen, vor allem zu deren Software und Quelltexten.

Zum anderen existiert mit BioPAL [13] “ein weiteres Projekt […], ein Biomasse Produkt Algorithmus Laboratorium, bei dem es sich um einen ersten Versuch handelte, einen zentralen wissenschaftlichen Algorithmus als Open Source zu veröffentlichen.” Das Projekt führte zu einem Umdenken innerhalb der ESA, und immer mehr wissenschaftliche Missionen (Abbildung 3) übernehmen dessen Ansatz, so viele Algorithmen für Missionen wie möglich zu Open Source zu machen und dabei den bewährten Verfahren der Gemeinschaft zu folgen.

Abbildung 3: Nicht nur die Bilder der Mission Space Oribter üben unwiderstehliche Faszination aus. Quelle: ESA-CNES-Arianespache-ArianeGroup / Optique vidéo du CSG-S. Martin

Nichtsdestotrotz fällt es ohne Leadership mindestens schwer, die Vorteile von OSS abzuschöpfen. “Auch wenn wir uns das wünschen, muss das von den Leuten kommen, die das so implementieren wollen. Da gibt es viele Enthusiasten und die Erfolgreichen unter ihnen haben viel Bottom-up-Durchhaltevermögen”, berichtet Egglestone. Insgesamt wirkt er zuversichtlich: Die ESA bewege sich langsam aber sicher weg von kommerziell-proprietären Produkten, wie das Beispiel des Space Operations Centers zeige. Dort seien schon alle Systeme OSS-basiert, was “eine strategische Entscheidung weg von Vendor-Lockins” war. Die hängt außerdem mit der Finanzierung zusammen: In der ESA fließt das Geld von den Mitgliedsstaaten zur Industrie. Geld in die USA zu überweisen für Lizenzen stößt kaum auf Begeisterung. “Wir brauchen ungefähr 10 Prozent der Gelder, der Rest geht zurück in die europäischen Unternehmen.”

Vor etwa acht Jahren stellte man innerhalb der ESA eine gewisse Unzufriedenheit fest, was die Nutzung und Teilhabe an Open Source angeht. Da sei man der Konkurrenz tatsächlich hinterher. Allerdings ist Open Source schlicht nicht immer möglich, die GPL verhindere beispielsweise, dass eine Firma aus einem ESA-Mitgliedsstaat aus einer ESA-Entwicklung ein Produkt macht und dieses kommerziell lizenziert. Die Ansichten klingen pragmatisch: “Wir wollen, dass Firmen unsere Sachen benutzen und verkaufen können. Dafür müssen sie uns nur nach einer Lizenz fragen, das reicht.” Im Prinzip ist, was die ESA macht, eine Art “Closed Group Open Source”, ähnlich der Inner-Source-Methodik [14].

OSS genießt Vorrang

Im Jahr 2012 hat sich die ESA eine eigene Open-Source-Policy [15] gegeben. Mit der will man Engagement und Investitionen in Open-Source-Projekte ermöglichen und regeln. Ihre wichtigsten Punkte sehen vor, Open-Source-Lösungen zu übernehmen, wann immer das möglich ist – bei Ausschreibungen soll OSS erste Wahl sein, sowohl für Infrastruktursoftware, Betriebssysteme, Entwicklungswerkzeuge als auch bei Anwendungen.

Darüber hinaus will man sämtliche ESA-Software frei zur Verfügung stellen. “Die ESA wird sich bemühen, jede intern entwickelte Software als Open Source zu veröffentlichen”, weil so mehr Menschen vom ESA-Code profitieren und helfen können, ihn zu verbessern. Schließlich möchten man ebenfalls aktiv an externen Projekten mitwirken und dort die ESA-Interessen vertreten – offensichtlich so, wie Red Hat das erfolgreich vormacht. Selbstverständlich braucht es dafür Aus- und Weiterbildung der eigenen Mitarbeiter, die man ermutigen möchte, sich an Open-Source-Projekten zu beteiligen. Dafür stellt die ESA sogar Schulungsmaterial bereit.

Damit all das klappt, hat die ESA das ESA Open Source Software Repository (ESSR) [16] und das Earth Observation Open Science Portal (EOOSP) [17] geschaffen: Das Online-Repository beherbergt verschiedene bei der ESA gestartete OSS-Projekte, von Datenanalyse-Tools bis zur Flugdynamik. Auf der EOOSP-Webplattform dagegen erhalten Interessierte freien Zugang zu Software, Anleitungen und Referenzdaten für die Erdbeobachtungsforschung. Zu den wichtigsten gemeinsamen Projekten gehören snap, Sentinel Application Platform und ESA WorldCover.

Ganz so viel wie erhofft ist da allerdings noch nicht geschehen – Eggleston würde gern deutlich mehr machen. “Manchmal ist es ein Kampf”, erzählt er, “wir müssen erklären, überzeugen und unterschiedlichste Kulturen zusammenbringen”. Hoffnung gibt ihm die Beobachtung, dass OSS häufig über die stets steigenden Anforderungen an IT-Sicherheit Einzug hält: “Das ist ein Segen für OSS.” Immerhin läuft es bei den Daten bereits wunschgemäß: Wie bei der NASA sind diese komplett frei verfügbar, Dienstleister wie die GAF [18], auf deren Firmengelände die Empfangsantennen der ESA-Satelliten (Abbildung 4) stehen, verdienen gutes Geld mit der Aufbereitung und Auswertung. Für Open Data dient das Portal Open Access at ESA [19] als guter Ausgangspunkt.

Abbildung 4: Ohne OSS hätte der Satellit Sentinel niemals Aufnahmen der Erde gemacht. Quelle: contains modified Copernicus Sentinel data (2024), processed by ESA

Innerhalb der ESA gibt es besondere Teams, die für Open Source streiten. Das Advanced Concepts Team (ACT) ist eines davon. Es hat die Forschung über fortschrittliche Konzepte zur Aufgabe. Was erst einmal vage klingt, ist klar definiert: Man will die ESA durch Forschung und Monitoring auf disruptive Veränderungen in der Raumfahrttechnologie vorbereiten. Da wundert es dann nicht mehr, dass das ACT ein Treiber hinter vielen OSS-Initiativen der ESA ist, eine lange Liste an freien Softwareprojekten führt [20] und eine klare Mission nennt: “Die Entwicklung von Open-Source-Software ist dabei ein wichtiger Bestandteil. Zusammen mit der Einführung der github- und gitlab-Kanäle für die Europäische Weltraumorganisation und spezifischen Programmen wie SOCIS (ESA Summer of Code in Space) hat die ACT im Laufe der Jahre eine Reihe von Open-Source-Projekten entwickelt, die einer breiteren Gemeinschaft zur Verfügung gestellt werden, und pflegt diese nun.”

Libre Space Foundation

Wie die NASA ist auch die ESA an der Libre Space Foundation (LSF) [21] beteiligt, die auf dem Wiener Open Source Summit 2024 unter anderem das Space Grade Linux ELISA [22] vorgestellt hat. Die Libre Space Foundation will Open-Source-Weltraumtechnologien fördern helfen und sicherstellen, dass der Weltraum im Libre-(Open-Source)-Stil in Beschlag genommen wird. Das Motto lautet: “Claim Space the Libre Way” – für einen offenen und zugänglichen Weltraum für alle. Das klingt beinahe nach Star Trek.

Mit der LSF sind wir übrigens wieder in Griechenland gelandet, wo dieser Artikel begann: Die Libre Space Foundation ist eine gemeinnützige Stiftung und seit dem Jahr 2015 in Griechenland von den Machern des SatNOGS-Projekts registriert.

Fazit

Die Herausforderungen der ESA sind breit gefächert: Mittlerweile ist auch sie zu einer betagten Agency gealtert, Devops und andere, “moderne” Technologien sind nicht wirklich verbreitet, vieles ist “alte Hightech”. Wer 25 Raumschiffe fliegen muss, tut sich eben schwer mit Veränderung. Auch deshalb verliefen zahlreiche Projekte, die man mit viel Energie, Schwung und Glauben angegangen hatte, schon im Sande. “Veränderungen an Prozessen sind nicht immer einfach, sie stellen Risiken dar und sind schwer umzusetzen. Jedes Upgrade ist ein Risiko für das Projekt, daher stellen sich oft Mentalitäten ein wie ‘never change a running system’ oder ‘works on my system'”, erklärt Eggleston.

Dem entgegen wirkt jedoch das starke Bedürfnis, immer schon die nächste Mission im Blick zu haben, bei der alles noch viel besser, größer und effizienter wird – “eine konstante Evolution”, schwärmt der Eclipse-Direktor. Und wer mag, kann eigene Ideen auf Plattformen wie der Open Space Innovation Platform (OSIP) einbringen [23]. (csi)