Destination Earth, kurz DestinE, ist eine Leitinitiative der Europäischen Kommission innerhalb des EU-Programms „Digitales Europa“ mit dem Ziel ein hochpräzises digitales Modell des Erdsystems als digitaler Zwilling bis 2030 zu entwickeln. Innerhalb der Bundesregierung ist das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) federführend für diese Leitinitiative und wird dabei durch die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR unterstützt. Das BMDV arbeitet dabei eng mit anderen Ressorts und Behörden zusammen und unterstützt den Aufbau einer nationalen Nutzungsgemeinschaft für dieses neuartige Informationssystem.

Die Erde als digitaler Zwilling

Ein digitaler Zwilling ist ein Konzept aus den Ingenieurwissenschaften. Es kombiniert Echtzeitdaten und Prozessmodelle, um eine digitale Kopie eines realen Systems, wie z.B. einer Fabrik, zu erstellen. Diese digitale Kopie kann verwendet werden, um Abläufe des realen Systems zu analysieren, die Auswirkungen von Änderungen zu testen, Vorhersagen über zukünftiges Verhalten zu machen und das reale System basierend auf der digitalen Kopie zu steuern.

Digitale Zwillinge eignen sich besonders dazu, Wechselwirkungen in komplexen Systemen zu untersuchen und abzubilden. Bei Destination Earth wird dieses Konzept auf das Erdsystem und seine Komponenten angewendet. Der digitale Zwilling der Erde soll umfangreiche Daten der Erdbeobachtung und der Sozialökonomie verbinden, um entscheidungsrelevante Informationen für Politik und Gesellschaft zu generieren.

Wissenschaftliche Expertise

Innerhalb der Europäischen Kommission ist die Generaldirektion „Kommunikationsnetze, Inhalte und Technologien“ (DG CNECT) verantwortlich. Für die Umsetzung von Destination Earth hat die Europäische Kommission drei weltweit auf dem Gebiet der Erdbeobachtung und Modellierung führende Organisationen beauftragt:

• die Europäische Weltraumorganisation (ESA),
• das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (EZMW) und
• die Europäische Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten (EUMETSAT)

Jede dieser drei Organisationen entwickelt eine wesentliche Technologiekomponente des Gesamtsystems und ist für seinen Betrieb verantwortlich:

ESA: DestinE Kerndiensteplattform (DestinE Core Service Plattform, DESP)

Sie ist der zentrale Einstiegspunkt für Nutzende und wird Zugang zu Daten, Workflowgestaltungen, diversen Analysediensten, Darstellungsanwendungen bieten sowie der Möglichkeit eigene Daten und Anwendungen einzubinden.

EUMETSAT: DestinE Datenraum (DestinE Data Lake, DEDL)

Der Datenraum vereint bereits vorhandene europäische Datenbestände von Copernicus, ESA, EUMETSAT und EZMW, mit neuen Daten aus den digitalen Zwillingen und anderen Quellen wie sozioökonomische Daten.

EZMW: Steuerungssoftware (Digital Twin Engine, DTE) und die ersten beiden digitalen Zwillinge zu Wetterextremen und Klimawandel (Weather-Induced Extremes Digital Twin, Climate Change Adaptation Digital Twin)

Die Fähigkeiten eines digitalen Zwillings resultieren aus einer komplexen Softwarelösung, der Digital Twin Engine, die u.a. das Assimilieren von Beobachtungsdaten, das Ausführen von numerischen Modellen auf verschiedenen Großrechnerinfrastrukturen und die Ausgaben der Ergebnisse in für Folgeanwendungen brauchbare Formaten steuert. Neben der Entwicklung dieser Software realisiert das EZMW zusammen mit weiteren Partnern auch die Entwicklung und den Betrieb der ersten beiden thematischen digitalen Zwillinge zu Wetterextremen und zum Klimawandeln. Der digitale Zwilling der Erde wird sich aus weiteren solcher thematischen digitalen Zwillinge zusammensetzen.

Umsetzung und Ressourcen

Destination Earth wird im aktuellen mehrjährigen Finanzrahmen (MFR 2021 – 2027) in drei Phasen umgesetzt. In der ersten Programmphase (Dezember 2021 bis Juni 2024) wurde die wesentliche Systemarchitektur entwickelt und aufgebaut. Anwendungsfälle zeigen prototypische Einsatzmöglichen auf und stellen einen Kontakt in die jeweiligen Nutzerkreise her. In der zweiten Programmphase (Juni 2024 – Juni 2026) soll das System schrittweise für die Nutzung freigeschaltet und die Systemkomponenten entsprechend der Bedarfe weiterentwickelt werden. Hierbei sollen insbesondere die Verfahren der künstlichen Intelligenz verwendet werden, die aktuell zu neuen Durchbrüchen bei der Wettervorhersage führen. Die für den digitalen Zwilling erforderlichen Hochleistungsrechnerressourcen werden aktuell durch das gemeinsame Unternehmen für europäisches Hochleistungsrechnen (EuroHPC JU) an den Standorten Kajaani – Finnland (LUMI), Bologna – Italien (Leonardo), Barcelona – Spanien (MareNostrum 5), Luxemburg (MeluXina) und Jülich – Deutschland (JUPITER) bereitgestellt.

Mit Destination Earth lassen sich Fragestellungen für verschiedene Sektoren digital erproben.