Quelle: Airbus Defence and Space 24. Mai 2022.

Friedrichshafen, 24. Mai 2022 – Die Polar-Eis- und Schnee-Überwachungsmission CRISTAL (Copernicus Polar Ice and Snow Topography Altimetry) ist klar auf Kurs. Nach einem intensiven Prüfverfahren hat die Europäische Weltraumorganisation ESA bestätigt, dass der vorläufige Entwurf des Satelliten alle Systemanforderungen erfüllt.

CRISTAL wird ein fortschrittliches Multifrequenz-Höhenmessgerät tragen, das die Dicke des Meereises und die Höhe der Eisschilde messen wird – wichtige Indikatoren für den Klimawandel. Der CRISTAL-Höhenmesser wird zum ersten Mal die Schneebedeckung der Eisschilde messen, was die Datenqualität im Vergleich zu seinem Vorgänger CryoSat-2 erheblich verbessern wird. Diese Daten werden den maritimen Einsatz in den Polarmeeren unterstützen und zu einem besseren Verständnis der Klimaprozesse beitragen.

Das PDR (Preliminary Design Review) wurde in einem neuen, stärker auf Zusammenarbeit ausgerichteten Format organisiert. In einem ersten Schritt haben über 60 ESA-Ingenieure vier Wochen lang ein umfassendes Datenpaket geprüft, das von mehr als 100 Ingenieuren unter der Leitung von Airbus erstellt wurde. In einem zweiten Schritt wurden die wichtigsten Ergebnisse in interaktiver Weise zwischen hochrangigen Experten der ESA und der Industrie intensiv diskutiert, bis die Überprüfung erfolgreich abgeschlossen werden konnte.

CRISTAL wird auch Anwendungen im Zusammenhang mit Küsten- und Binnengewässern sowie die Beobachtung der Meerestopographie unterstützen. Die Mission wird die langfristige Fortsetzung der Radaraltimetrie zur Aufzeichnung von Eishöhen und topografischen Veränderungen sicherstellen und damit an frühere Missionen wie den Earth Explorer CryoSat der ESA anknüpfen, der ebenfalls von Airbus entwickelt wurde und 12 Jahre lang, also weit über seine geplante Lebensdauer hinaus, einwandfrei funktioniert hat. Die Überwachung der Kryosphäre ist für eine umfassende Bewertung, Vorhersage und Anpassung an Klimaschwankungen und -veränderungen unerlässlich.

Der 1,7 Tonnen schwere Satellit basiert auf einem bewährten, robusten Airbus-Satellitendesign, das auf dem Know-how von Sentinel-6 und CryoSat aufbaut. Sechs fest installierte und zwei ausfahrbare Solararrays – insgesamt 18,6 m² – sorgen dafür, dass CRISTAL auf seiner driftenden polaren Umlaufbahn in 699 km Höhe über der Erde genügend Energie erhält. Der Speicher an Bord kann bis zu 4 Terabit wissenschaftlicher Daten auf einmal speichern, so dass die Wissenschaftler während der 7,5-jährigen Lebensdauer des Satelliten eine Fülle von Informationen erhalten.

Der Standort von Airbus Defence and Space in Friedrichshafen (Deutschland) steht an der Spitze eines Industriekonsortiums, an dem Unternehmen aus 19 Ländern beteiligt sind, um das Projekt durchzuführen, darunter Thales Alenia Space, das den interferometrischen Radarhöhenmesser IRIS liefert. Nach dem erfolgreichen PDR ist das CRISTAL-Projekt nun auf dem Weg zur kritischen Entwurfsprüfung (Critical Design Review, CDR), die für Mai 2024 geplant ist. Die Satellitenplattform und das Instrument werden dann im neuen, hochdigitalisierten Integrationszentrum bei Airbus in Friedrichshafen montiert und getestet. Der Start von CRISTAL ist derzeit für das Jahr 2027 vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou geplant.

Über Copernicus
Die Copernicus Sentinels sind eine Flotte von Satelliten im Besitz der EU, die eine Fülle von Daten und Bildern liefern sollen, die für das Copernicus-Umweltprogramm der Europäischen Union von zentraler Bedeutung sind. Die Europäische Kommission leitet und koordiniert dieses Programm, um das Umweltmanagement zu verbessern und so jeden Tag Menschenleben zu schützen. Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) ist für die Weltraumkomponente zuständig und entwickelt im Auftrag der Europäischen Union die Familie der Copernicus- Sentinel-Satelliten und stellt den Datenfluss für die Copernicus-Dienste sicher, während der Betrieb der Copernicus- Sentinels der ESA und EUMETSAT, der Europäischen Organisation für die Nutzung von Wettersatelliten, übertragen wurde. Sechs neue Missionen wurden für 2020 ausgewählt, um die Flotte der Copernicus Sentinels zu ergänzen und die derzeitigen Fähigkeiten zu erweitern. Airbus leistet durch die Entwicklung und Herstellung von Satelliten, Instrumenten und Komponenten sowie die Erbringung damit verbundener Dienstleistungen einen wichtigen industriellen Beitrag.

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• Planet Erde

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Quelle: ESA.

Die Überwachung der Kryosphäre ist unerlässlich, um Klimavariabilität und -veränderungen vollständig zu bewerten, vorherzusagen und sich an sie anzupassen. Angesichts der Bedeutung dieses fragilen Umweltbestandteils unserer Erde, hat die ESA heute zusammen mit Airbus Defence and Space und Thales Alenia Space einen Vertrag zur Entwicklung der Copernicus-Mission CRISTAL unterzeichnet, was für Copernicus Polar Ice and Snow Topography Altimeter steht.

Die CRISTAL-Mission, deren Start für 2027 geplant ist, wird erstmals im Rahmen einer Polarmission einen Zweifrequenz-Radarhöhenmesser und ein Mikrowellen-Radiometer mitführen, mit denen sich die Meereisdicke, die darüber liegende Schneehöhe und die Höhe der Eisdecke messen und überwachen lassen können.

Diese Daten werden die maritimen Aktivitäten in den Polarmeerregionen maßgeblich unterstützen und zu einem besseren Verständnis der Klimaprozesse beitragen. CRISTAL wird zudem Anwendungen im Zusammenhang mit Küsten- und Binnengewässern bestärken und Beobachtungen der Ozeantopografie liefern.

Die Mission wird langfristig die Kontinuität der Aufzeichnungen über Eishöhen und die topografischen Veränderungen sicherstellen und damit an frühere ESA-Missionen wie zum Beispiel den Earth Explorer CryoSat anknüpfen.

Mit einem abgeschlossenen Vertrag im Wert von 300 Millionen Euro wurde Airbus Defence and Space für die Entwicklung und den Bau der neuen CRISTAL-Mission beauftragt, während Thales Alenia Space als Hauptauftragnehmer für die Entwicklung des interferometrischen Radarhöhenmessers für Eis und Schnee (IRIS) verantwortlich sein wird.

Der ESA-Direktor für Erdbeobachtungsprogramme, Josef Aschbacher, dazu: „Ich freue mich sehr über die Vertragsunterzeichnung, damit wir die Entwicklung dieser entscheidenden Mission fortsetzen können. Sie wird bei der Überwachung von Klimaindikatoren einschließlich der Veränderung des arktischen Meereises und des Abschmelzens von Eisschild und Eiskappe von entscheidender Bedeutung sein“.

Nach der Copernicus-Mission zur Überwachung des Kohlenstoffdioxidausstoßes (CO2M) Ende Juli ist dies der zweite Vertrag der sechs neuen hochprioritären Kandidaten-Missionen Europas, der unterzeichnet wird. CRISTAL ist Teil der geplanten Erweiterung des Copernicus-Weltraumprogramms der ESA in Partnerschaft mit der Europäischen Kommission.

Das europäische Flaggschiffprogramm Copernicus stellt Erdbeobachtungs- und In-situ-Daten sowie eine breite Palette von Diensten bereit – beispielsweise für die Beobachtung und den Schutz der Umwelt, für die Klimaüberwachung, aber auch für die Bewertung von Naturkatastrophen, um so insgesamt die Lebensqualität der europäischen Bürgerinnen und Bürger zu verbessern.

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• Copernicus (früher GMES)

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Quelle: DLR.

Sie sind das Herzstück von Copernicus, des größten europäischen Erdbeobachtungsprogramms: Die Sentinel-Satelliten liefern bereits heute zuverlässig und kontinuierlich riesige Datenmengen über den Zustand von Klima, Vegetation und Ozeanen. Nun kommen sechs weitere „Erdwächter“, die so genannten High-Priority Candidate Missions (HPCM), hinzu. „Auf der Ministerratskonferenz Space 19+ in Sevilla im November 2019 hat Deutschland die Weichen für ein starkes Engagement in der europäischen Raumfahrt gestellt“, erklärt Dr. Walther Pelzer, Vorstand für das Raumfahrtmanagement im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und zuständig für das deutsche ESA-Engagement. „Nun werden deutsche Raumfahrtakteure maßgeblich am Ausbau der weltweit leistungsstärksten Weltrauminfrastruktur zur Bereitstellung globaler Umweltinformationen beteiligt sein.“ Denn am 1. Juli 2020 hat die Europäische Weltraumorganisation ESA Entwicklungsaufträge über 2,5 Milliarden Euro für die Entwicklung und den Bau der HPCM-Satelliten vergeben, rund 800 Millionen Euro – das sind etwa 30 Prozent – gehen an Raumfahrtunternehmen in Deutschland.

Investitionen in die ESA-Programme stützen die nationale Raumfahrtbranche
Im Rahmen der ESA-Ministerratskonferenz im November 2019 hatte Deutschland rund 3,3 Milliarden Euro für zukünftige Raumfahrtprogramme gezeichnet und wurde mit fast 23 Prozent stärkster Beitragszahler der ESA. Allein die Investitionen im Bereich Erdbeobachtung waren auf 720 Millionen Euro erhöht worden. „Diese Investitionen fließen nun in Form von Aufträgen nach Deutschland zurück“, so DLR-Vorstand Walther Pelzer. „Besonders erfreulich ist dabei nicht nur die Stärkung der Raumfahrtindustrie insgesamt, sondern vor allem das mit rund 24 Prozent sehr hohe Auftragsvolumen für kleine und mittelständische Unternehmen (KMU), die das Rückgrat der Raumfahrtbranche in Deutschland bilden.“

Mehr als 1.000 High-Tech-Arbeitsplätze in der Hardware-Entwicklung werden durch den Ausbau von Copernicus für Jahre gesichert und die internationale Führungsrolle, die Deutschland in der Erdbeobachtung hat, sichergestellt. Im Rahmen von Copernicus werden zudem innovative Dienste und Technologien entwickelt, die neue Möglichkeiten für kommerzielle Anwendungen – etwa im Bereich „Big Data“ – liefern und somit vielfältige Chancen auch für Startup-Unternehmen aus der Raumfahrtbranche bieten.

Klima- und Umweltschutz als globale Herausforderung
„Bereits heute helfen uns die umfangreichen Copernicus-Daten dabei, Antworten auf die globalen Herausforderungen durch Klimawandel, Bevölkerungswachstum und Umweltprobleme zu finden“, erläutert Dr. Jörn Hoffmann, Programmleiter für Copernicus im DLR Raumfahrtmanagement in Bonn. „Die Informationen sind außerdem Grundlage für zahlreiche Dienste und Anwendungen in Bereichen wie Umweltschutz, Landwirtschaft, Verkehr und Katastrophenhilfe.“ Pro Tag stellt das Copernicus-System eine Datenmenge von rund 25 Terabyte zur Verfügung, was in etwa der Datenkapazität von 1.000 Blu-Ray-Discs entspricht. Würde man diese Discs aufeinanderstapeln, hätte man nach einem Jahr einen Turm dreimal so hoch wie der Kölner Dom. Die sechs neuen Copernicus-Missionen sollen das Erdbeobachtungssystem noch leistungsfähiger machen und seine Anwendungsmöglichkeiten erweitern.

Hier die neuen Missionen im Überblick:

• Die Mission CO2M soll mit Hilfe von Infrarot-Instrumenten die Konzentration von Kohlendioxid, Methan und Stickstoffdioxid in der Atmosphäre messen und dabei zwischen vom Menschen verursachten Treibhausgasen und natürlichen Quellen unterscheiden. Damit hilft CO2M, die Erreichung der Ziele des Pariser Klimaschutzabkommens zu überwachen. Hauptauftragnehmer ist die OHB SE mit Sitz in Bremen.
• Ziel von LSTM (Copernicus Land Surface Temperature Monitoring) ist es, die Temperatur der Landoberfläche zu messen. Dies ist vor allem für landwirtschaftliche Anwendungen von Interesse, da sich durch die Oberflächentemperatur die Menge der Verdunstung ermitteln lässt. Dies unterstützt landwirtschaftliche Anwendungen und großräumiges Wassermanagement, aber auch Dürren können besser vorhergesagt und der Wüstenbildung besser entgegengewirkt werden. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind das Aufspüren und Überwachen von Bränden.
• CRISTAL (Copernicus Polar Ice and Snow Topography Altimeter) soll die Mächtigkeit von Eismassen in Arktis und Antarktis ermitteln sowie die Dicke der Eisschicht auf den Ozeanen messen. So liefert die Mission unter anderem einen wichtigen Beitrag zur Vorhersage von Meeresspiegeländerungen. Hauptauftragnehmer ist Airbus in Friedrichshafen.
• CIMR (Copernicus Imaging Microwave Radiometer) beobachtet die Eisbedeckung und Oberflächentemperatur der Meere. Die Daten finden in der Klimaforschung ebenso Anwendung wie bei den operationellen Eisdiensten für maritime Anwendungen. Wichtigster deutscher Industriepartner ist die HPS GmbH in München.
• Die ROSE-L-Mission klassifiziert die Bedeckung der Landoberfläche und kann den Gehalt an Feuchtigkeit in Böden ebenso ermitteln wie Bodensenkungen. Aber auch polare Eisschilde und die Ausdehnung von Meereisflächen können mit ROSE-L erfasst werden. Die Mission unterstützt Anwendungen im Bereich der Land- und Forstwirtschaft sowie maritime Dienste. Haupt-Beteiligte in Deutschland sind Airbus in Friedrichshafen und das DLR in Oberpfaffenhofen.
• Die Mission CHIME (Copernicus Hyperspectral Imaging Mission) soll eine bildgebende Spektroskopie der Landoberfläche durchführen. Dies unterstützt Anwendungen in der Landwirtschaft – etwa durch Aussagen zu Pflanzengesundheit oder Ertragsvorhersagen, im Umweltschutz, oder bei der Gewinnung mineralischer Rohstoffe. Wichtigster deutscher Industriepartner ist OHB in Oberpfaffenhofen.

Weitere deutsche Industriepartner sind beteiligt:

• Die AIM Infrarotmodule GmbH (Heilbronn) liefert den Thermaldetektor für LSTM.
• Die Invent GmbH (Braunschweig) baut Strukturelemente für verschiedene Missionen.
• Optics Balzers Jena liefert verschiedene Filter für etliche der Missionen.
• Rockwell Collins Deutschland (Heidelberg) und Astro Feinwerktechnik (Berlin) stellen die Drallräder für vier der sechs Missionen.
• Die Spacetech GmbH (Immenstaad) soll Solarpanele für mehrere Missionen bereitstellen.
• Tesat Spacecom (Backnang) soll Teile der KA- und S-Band Kommunikationstechnik für verschiedene Missionen liefern.
• Die ZARM Technik AG (Bremen) wird Teile der Lageregelung (Magnetometer, Magnettorquer) für alle sechs Missionen zur Verfügung stellen.

Copernicus – das europäische Erdbeobachtungsprogramm
Copernicus ist ein Erdbeobachtungsprogramm der Europäischen Union (EU), das sie in Partnerschaft mit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) umsetzt. Es dient der Sammlung und Auswertung von Fernerkundungsdaten der Erde. Die Daten werden von Behörden, Unternehmen, der Wissenschaft und interessierten Bürgern genutzt. Speziell für Copernicus wurden bislang sechs Satellitenfamilien entwickelt, die sogenannten Sentinels („Wächtern“), welche den Zustand von Erde und Atmosphäre erfassen und somit wichtige Daten zu Klimaschutz, nachhaltiger Entwicklung, humanitärer Hilfe und ziviler Sicherheit liefern. Ergänzt werden die Satelliten-Daten durch Messgeräte am Boden, in der Luft und in Gewässern. Den Betrieb der insgesamt 20 Umweltsatelliten übernehmen die Europäische Weltraumorganisation ESA und die Europäische Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten, EUMETSAT. In Deutschland ist das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) federführend für Copernicus verantwortlich. Das DLR Raumfahrtmanagement in Bonn begleitet die Implementierung des Programms in Deutschland.

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• Copernicus (früher GMES)

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