Quelle: Jena-Optronik GmbH 6. September 2024.

6. September 2024 – Der von Airbus als Hauptauftragnehmer gebauteSatellit ist ein gemeinsames Projekt der europäischen Raumfahrtagentur ESA und der japanischen Raumfahrtagentur JAXA. Der erfolgreiche Start der Mission erfolgte heute vor 100 Tagen am 29. Mai 2024 mit einer SpaceX Rakete (Vandeburg, Kalifornien, USA).

Über 75 Firmen, Institute und Agenturen sind an der Mission für Klima- und Umweltforschung beteiligt. Darunter auch das Thüringer Raumfahrtunternehmen Jena-Optronik GmbH. Die Jenaer Spezialist:innen unterstützen EarthCARE mit zwei Sternsensoren vom Typ ASTRO APS. Als Teil des Lageregelungssystems des Satelliten ermöglichen die Sensoren aus Jena dessen hochgenaue Positionierung in seinem Orbit in 393 km über der Erde.

Eine darauf bezogene technische Besonderheit des Satelliten: EarthCARE navigiert ohne Gyroskop, d.h. dessen Lageregelung wird hauptsächlich durch die Jenaer Sensoren ermöglicht. Der Satellit demonstriert damit erstmalig diese Technologie im agilen niedrigen Erdorbit.

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• EarthCARE auf Falcon 9

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quellen: LeoLabs, NASA, spacecom.mil.

Nach Angaben eines Zentrums für Raumfahrtaktivitäten des US-amerikanischen Militärs (U.S Space Command (USSPACECOM)) habe Resurs-P 1 gegen 16:00 Uhr UTC am 26. Juni 2024 mehr als 100 beobachtbare Objekte freigesetzt.

LeoLabs, ein Privatunternehmen, das sich mit der Bahnverfolgung von um die Erde ziehenden Objekten beschäftigt, berichtete, dass es zwischen 13:05 Uhr UTC am 26. Juni 2024 und 00:51 Uhr UTC am 27. Juni 2024 bei Resurs-P 1 zu einem trümmergenerierenden Ereignis gekommen sein müsse.

Laut LeoLabs seien es mittlerweile mindestens 180 Objekte, die man Resurs-P 1 zuordnen könne. Hinsichtlich des Auslösers für das Freisetzungsereignis legten sich die LeoLabs nicht fest. In Frage kommen z.B. Ursachen, die in Konstruktion und Funktionalität des Satelliten begründet liegen, als auch solche äußerer Einwirkungen wie Treffer durch Weltraumschrott oder Meteoridenmaterial.

Möglicherweise erfolgte bei Einsatzende von Resurs-P 1 keine angemessene Passivierung, oder sie konnte nicht abgeschlossen werden. Eine erfolgreiche Passivierung hilft, Explosionsereignisse zu vermeiden, bei denen Weltraumschrott entsteht, welcher dann eine konkrete Gefahr für andere Raumfahrzeuge darstellt. Bei einer wünschenswerten Passivierung werden Tanks und Leitungen eines Raumfahrzeugs von übriggebliebenem Treibstoff und Druckgasen befreit, Akkumulatoren von ihrer Stromversorgung getrennt und entladen, sowie vorher nicht benutzte redundante pyrotechnische Komponenten – das können zum Beispiel Ventile sein – ausgelöst. Ob das im Betriebsplan von Resurs-P 1 überhaupt so vorgesehen war, ist dem Autor nicht bekannt.

Resurs-P 1 umkreiste nach Bahnzirkularisierung mit seinem Bordantrieb die Erde auf einer annähernd sonnensynchronen, um 97,28 Grad gegen den Äquator geneigten Bahn in Höhen zwischen 470 und 480 km. Das Raumfahrzeug mit einer Anfangsmasse von rund 6.570 kg diente insbesondere der Erfassung hochauflösender Detail- und Übersichtsaufnahmen der Erdoberfläche, der Erzeugung stereoskopischer, dreidimensionaler Bilddaten und der Gewinnung von Multispektralaufnahmen.

Der aktive Einsatz von Resurs-P 1 endete Ende 2021. Die Bahnhöhe über der Erde nimmt seitdem ab. Zum Zeitpunkt des trümmerfreisetzenden Ereignisses befand sich der Satellit auf einer Bahn in Höhen zwischen 350 und 370 km über der Erde.

Für die Besatzung der Internationalen Raumstation ISS scheint sich keine dauerhafte Gefährdung ergeben zu haben. Zunächst hatten die einzelnen Besatzungsmitglieder ihre Sicherheitspositionen in den jeweiligen angekoppelten Raumfahrzeugen eingenommen, durften diese nach Angaben der US-Weltraumbehörde NASA jedoch nach rund einer Stunde wieder verlassen.

Resurs-P 1 ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 39.186 bzw. als COSPAR-Objekt 2013-030A.

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• Resurs-P1 auf Sojus 2.1b

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Quelle: Fraunhofer FHR 26. Februar 2024.

26. Februar 2024 – Erstmalig konnten Änderungen der Struktur beim Wiedereintritt in Bildern festgehalten werden.

Nach einer äußerst erfolgreichen Mission und fast 30 Jahren im Orbit trat ESA’s ERS-2 am 21. Februar 2024 um etwa 18:17 Uhr CET (17:17 Uhr UTC) in die Atmosphäre ein. Zuvor hatten die Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR etwa eine Woche lang den ESA-Satelliten mehrmals vermessen. Die letzten Bilder von ERS-2, wie er durch den Himmel taumelt, wurden durch das 34-m-Antennensystem von TIRA gegen 8:00 Uhr CET am 21. Februar, etwa 10 Umläufe vor dem Wiedereintritt, aufgezeichnet.

Interessanterweise scheinen die Solarmodule von ERS-2 zu dieser Zeit bereits abgeknickt zu sein und sich teilweise vom Rest des Satelliten gelöst zu haben. „In unseren Daten erkennen wir einerseits einen deutlichen Knick der Solarmodule und anderseits auch Artefakte, die durch ein schnelles unkontrolliertes ‚Flattern‘ verursacht werden könnten“, so Felix Rosebrock, Radar-Experte am Fraunhofer FHR. „Das ist besonders bemerkenswert, da hier zum ersten Mal bei einem Wiedereintritt Änderungen an der Struktur in Abbildungen festgehalten werden konnten.“

Bei der Vorhersage der Wiedereintritts-Flugbahn eines Satelliten behandeln Analysten ihn bis zum Ende als starres Objekt. Wenn das Solarmodul von ERS-2 bereits in einem früheren Stadium locker und beweglich war, könnte der Orbit des Satelliten auf unberechenbare Weise von der Atmosphärenreibung beeinflusst worden sein. Die Experten analysieren nun die während des Wiedereintritts von ERS-2 gesammelten Daten, um den frühzeitigen Schaden an den Solarmodulen zu bestätigen. Wenn dies mit der Tatsache zusammenhängt, dass der Wiedereintritt etwas später als vorhergesagt stattfand, könnte diese Forschung dazu beitragen, die Vorhersagen zukünftiger natürlicher Wiedereintritte zu verbessern.

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• ERS-2 kehrt zurück

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Quelle: ESA, SpaceSafety; 21. Februar 2024.

Der zweite europäische Fernerkundungssatellit der ESA, ERS-2, wurde vor fast 30 Jahren, am 21. April 1995, gestartet. Zusammen mit dem fast baugleichen ERS-1 lieferte er unschätzbare Langzeitdaten über die Landoberflächen der Erde, die Temperaturen der Ozeane, die Ozonschicht und die Ausdehnung des Polareises, die unser Verständnis des Erdsystems revolutionierten. Er wurde auch zur Überwachung von Naturkatastrophen und zur Unterstützung bei deren Bewältigung herangezogen.

„Die ERS-Satelliten haben einen Datenstrom geliefert, der unsere Sicht auf die Welt, in der wir leben, verändert hat“, sagte die Direktorin für Erdbeobachtungsprogramme der ESA, Simonetta Cheli. „Sie haben uns neue Erkenntnisse über unseren Planeten, die Chemie unserer Atmosphäre, das Verhalten unserer Ozeane und die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf unsere Umwelt geliefert und damit neue Möglichkeiten für wissenschaftliche Forschung und Anwendungen geschaffen.“
Nachdem die geplante Lebensdauer von drei Jahren weit überschritten wurde, beschloss die ESA 2011, ERS-2 aus dem Orbit zu nehmen, da die Besorgnis über die langfristige Gefahr, die Orbitaltrümmer für aktuelle und künftige Weltraumaktivitäten darstellen, zunahm.

Seitdem hatte der Satellit stetig an Höhe verloren. Am 21. Februar 2024 erreichte er die kritische Höhe von etwa 80 km, in der der Luftwiderstand so stark war, dass er in Stücke zu zerbrechen begann.
Eine internationale Kampagne unter Beteiligung des Inter-Agency Space Debris Coordination Committee und des Space Debris Office der ESA überwachte den Wiedereintritt.

Atmosphärischer Wiedereintritt – Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft

„Der unkontrollierte Wiedereintritt in die Atmosphäre ist seit langem eine gängige Methode zur Beseitigung von Weltraumobjekten am Ende ihrer Mission“, sagte Tim Flohrer, Leiter des ESA-Büros für Weltraummüll. „Wir sehen jedes Jahr mehrmals Objekte, die ähnlich groß oder größer als ERS-2 sind und in die Atmosphäre eintreten.“ „In den 67 Jahren der Raumfahrt sind Tausende von Tonnen künstlicher Weltraumobjekte wieder in die Atmosphäre eingetreten. Die Teile, die es auf die Oberfläche geschafft haben, haben nur sehr selten Schäden verursacht, und es gab noch nie einen bestätigten Bericht über einen menschlichen Schaden.“

Der Wiedereintritt von ERS-2 war „natürlich“. Der gesamte verbleibende Treibstoff wurde während des Deorbitings abgelassen, um das Risiko einer internen Fehlfunktion zu verringern, die den Satelliten noch in einer für aktive Satelliten üblichen Höhe in Stücke zerlegen könnte. Daher war es zu keinem Zeitpunkt des Wiedereintritts von ERS-2 möglich, ihn zu steuern, und die einzige Kraft, die seinen Abstieg antrieb, war der unvorhersehbare atmosphärische Luftwiderstand.
Dies war die beste Option für die Entsorgung des Satelliten, so wie er in den 1980er Jahren konzipiert wurde. Der Zeitpunkt und der Ort eines natürlichen Wiedereintritts sind jedoch vor den letzten Stunden des Satelliten im Weltraum schwer vorherzusagen.
Natürliche Wiedereintritte sind nicht mehr der Goldstandard für die Nachhaltigkeit im Weltraum. Mit der Umsetzung des „ESA Zero Debris“-Konzepts setzt sich die Agentur für die langfristige Nachhaltigkeit der Raumfahrtaktivitäten ein, indem sie die Entstehung von Weltraummüll so weit wie möglich einschränkt und einen möglichst sicheren Wiedereintritt von Satelliten am Ende ihrer Lebensdauer gewährleistet. Mit der von der Gemeinschaft getragenen Initiative Zero Debris Charter will die ESA auch andere dazu ermutigen, einen ähnlichen Weg einzuschlagen.

Die ESA-Missionen in der Erdumlaufbahn sind jetzt für einen kontrollierten“ Wiedereintritt ausgelegt. Bei einem kontrollierten Wiedereintritt können die Betreiber von Raumfahrzeugen sicherstellen, dass der Satellit über dünn besiedelten Regionen der Erde wie dem Südpazifik niedergeht. Unterdessen bemüht sich die ESA weiterhin darum, ihre älteren Satelliten (wie ERS-2, Aeolus, Cluster und Integral) auf nachhaltigere Weise zu entsorgen als ursprünglich geplant.

Das Erbe der Mission

ERS-2 und sein Vorgänger ERS-1 waren die anspruchsvollsten Satelliten, die je von Europa entwickelt und gestartet wurden. Der Satellit brachte eine Reihe wissenschaftlicher Instrumente und Technologien in die Umlaufbahn, die mehr als anderthalb Jahrzehnte lang wertvolle Daten sammelten, darunter das erste europäische Instrument zur Untersuchung des atmosphärischen Ozons. Die ERS-Datensätz werden heute im Rahmen des ESA Heritage Space Programmes zugänglich gemacht.
Die ERS-Satelliten bildeten auch die Grundlage für viele Nachfolgemissionen, die der Erforschung unserer sich verändernden Welt gewidmet sind, wie z. B. Envisat, die MetOp-Wettersatelliten, die wissenschaftlichen ESA-Forschungsmissionen Earth Explorer und die Copernicus Sentinels sowie viele andere nationale Satellitenmissionen.
„ERS-Daten werden auch heute noch in großem Umfang genutzt, meist in Kombination mit Daten von neueren Missionen, da langfristige Datensätze zum Beispiel für die Erkennung und das Verständnis von Veränderungen unseres Klimas unerlässlich sind“, sagte Mirko Albani, Leiter des ESA-Programms für das Weltraumerbe. „Die Mission ist auch ein großartiges Beispiel dafür, wie die ESA neue Technologien entwickelt, die später in Betrieb genommen werden, um Dienste wie Wettervorhersage und Klimaüberwachung zu unterstützen, die den Bürgern der ESA-Mitgliedstaaten und Menschen auf der ganzen Welt zugute kommen“.

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• ERS-2 kehrt zurück

Der Beitrag ERS-2 tritt über dem Pazifischen Ozean wieder in die Erdatmosphäre ein erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA 5. Februar 2024.

5. Februar 2024 – Während seiner 16-jährigen Betriebszeit lieferte der zweite europäische Satellit für Fernerkundung, ERS-2, eine Fülle von Informationen, die unsere Sicht auf unseren Planeten und das Verständnis des Klimawandels revolutionierten. Diese herausragende Mission hinterlässt nicht nur ein bemerkenswertes Vermächtnis an Daten, die die Wissenschaft immer noch voranbringen, sondern schuf auch die Voraussetzungen für viele der heutigen Satelliten und für die führende Position der Europäischen Weltraumorganisation ESA in der Erdbeobachtung.

2011 hat die ESA ERS-2 in den Ruhestand versetzt und mit dem Prozess des so genannten Deorbitings begonnen – nun ist es an der Zeit, dass dieser wegweisende Satellit wieder in die Atmosphäre eintritt und verglüht.

Der Start von ERS-2 erfolgte 1995 nach dem Start seines Schwestersatelliten ERS-1 vier Jahre zuvor.

Zum Zeitpunkt des Starts waren die beiden ERS-Satelliten die anspruchsvollsten Erdbeobachtungssatelliten, die jemals entwickelt wurden.

Beide Satelliten waren mit einem beeindruckenden Instrumentarium ausgestattet, darunter ein abbildendes Radar mit synthetischer Apertur, ein Radarhöhenmesser und andere leistungsstarke Sensoren zur Messung der Oberflächentemperatur des Ozeans und der Winde auf See. ERS-2 verfügte über einen zusätzlichen Sensor zur Messung des atmosphärischen Ozons.

Die bahnbrechenden ESA-Satelliten sammelten eine Fülle von Daten über das schwindende Polareis, die sich verändernde Landoberfläche, den Anstieg des Meerespiegels, die Erwärmung der Ozeane und die Chemie der Atmosphäre. Darüber hinaus beobachteten sie Naturkatastrophen wie schwere Überschwemmungen und Erdbeben in entlegenen Teilen der Welt.

Die verschiedenen Technologien, die auf ERS zum Einsatz kamen, bildeten die Grundlage für Nachfolgemissionen wie die äußerst erfolgreiche Envisat-Mission, die MetOp-Wettersatelliten, die heutige Familie wissenschaftlicher Forschungsmissionen namens Earth Explorer, die Copernicus Sentinels sowie viele andere nationale Satellitenmissionen und ebneten den Weg für die Routinebeobachtungen, die wir heute für selbstverständlich halten.

So war beispielsweise das ERS-Radar der Vorläufer des Radars der heutigen Copernicus Sentinel-1-Mission, sein Radarhöhenmesser lieferte das Erbe für den Sensor der CryoSat-Mission zur Erkundung der Erde, um Veränderungen der Eisdicke zu kartieren, und das ERS-Radiometer lebt in der auf Copernicus Sentinel-3 mitgeführten Version weiter.

Das Global Ozone Monitoring Experiment (GOME) von ERS-2 war der Vorläufer von Sciamachy auf Envisat und GOME-2 auf MetOp.

Beim Start von ERS-2 wurde der Begriff Klimawandel weit weniger genutzt und verstanden als heute – aber die ERS-Missionen lieferten den Wissenschaftler*innen die Daten, die uns halfen, die Auswirkungen des Menschen auf unseren Planeten zu verstehen.

Tausende von wissenschaftlichen Arbeiten wurden auf der Grundlage von ERS-Daten veröffentlicht, und dank des ESA-Programms „Heritage Space“, das dafür sorgt, dass die Daten der inzwischen inaktiven Satelliten weiter verbessert und genutzt werden, werden auch in Zukunft weitere Erkenntnisse über unsere sich verändernde Welt und die Risiken, denen wir ausgesetzt sind, gewonnen werden.

ERS-2 funktionierte noch, als die ESA die Mission 2011 für beendet erklärte und anschließend damit begann, seine Flüghöhe von etwa 785 km auf 573 km abzusenken, um das Risiko von Kollisionen mit anderen Satelliten zu minimieren, und den Satelliten vollständig passivierte.

Die Entsorgung von ERS-2 erfolgte unter Berücksichtigung der damaligen Anforderungen der ESA an neue Projekte zur Eindämmung des Weltraummülls, was das starke Engagement der Agentur für die Reduzierung des Weltraummülls unterstreicht.

Nach 13 Jahren des Verfalls der Umlaufbahn, der hauptsächlich durch die Sonnenaktivität verursacht wurde, wird der Satellit nun auf natürliche Weise wieder in die Erdatmosphäre eintreten. Dies wird voraussichtlich Mitte Februar geschehen, wobei die Vorhersagen immer besser werden, je näher wir dem Wiedereintrittspunkt kommen.

Das ESA-Büro für Raumfahrtrückstände überwacht in Abstimmung mit mehreren internationalen Partnern den Wiedereintritt des Satelliten und wird in den Tagen vor dem Wiedereintritt sowohl auf der dafür eigenrichteten Website (kostenlose Benutzeranmeldung notwendig) als auch im Rocket Science Blog sowie auf https://www.esa.int/Space_Safety/Space_Debris regelmäßig aktuelle Informationen bereitstellen.

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• ESA

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Quelle: Airbus Defence and Space 4. Dezember 2023.

Dubai, 4. Dezember 2023 – Airbus hat den Zuschlag für die neueste Phase der TRUTHS-Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) im Rahmen des ESA-Programms Earth Observation Earth Watch erhalten. Der Vertrag umfasst die detaillierte Definition der Mission sowie der Nutzlast und konzentriert sich auf die Entwicklung der Nutzlast und Aktivitäten zur Risikominderung. Es ist auch eine Option für die Beschaffung von Hardware mit langer Vorlaufzeit enthalten. Die vollständige Implementierungsphase kann nach der ESA-Ministerhaushaltssitzung 2025 erfolgen. Der Vertrag hat einen Wert von 109,3 Millionen Euro einschließlich Optionen und wurde auf der COP28 in Dubai unterzeichnet.

Die TRUTHS-Satellitenmission wird die Sonnenstrahlung und das von der Erdoberfläche reflektierte Sonnenlicht im Verhältnis zu einer genauen Referenz messen, die dann zur Verbesserung der klimatologischen Datensätze und zur Kalibrierung der Beobachtungen anderer Satelliten verwendet wird. Dieses weltraumgestützte Klima- und Kalibrierungsbeobachtungssystem wird es ermöglichen, die Daten anderer Satelliten leichter zu vergleichen und einen höheren Standard der Datenharmonisierung für noch genauere Prognosen des Klimawandels zu erreichen.

Jean Marc Nasr, Leiter von Space Systems bei Airbus, sagte: „Mit diesem Vertrag kommen wir dem Aufbau einer Mission einen Schritt näher, die es Wissenschaftlern und Klimaforschern ermöglicht, ihre Messungen und Daten miteinander zu vergleichen und so in kürzerer Zeit genauere Prognosen und Analysen zu erstellen. TRUTHS wird den Goldstandard der Kalibrierung für die weltraumgestützte Erdbeobachtung liefern – eine Art ‚Standardlabor im Weltraum‘.“

Der britische Minister für Wissenschaft, Forschung und Innovation, Andrew Griffith, sagte: „Diese von Großbritannien geleitete Mission wird sich weltweit auswirken und unschätzbare Messungen liefern, die unser Verständnis des Klimawandels verbessern. Unter der Leitung von Airbus in Großbritannien sorgt diese Arbeit für Wachstum und die Entwicklung wichtiger industrieller Fähigkeiten in unserem Raumfahrtsektor und treibt unsere Ambitionen voran, Großbritannien zu einem Wissenschafts- und Technologiesupermacht zu machen.“

Die Direktorin für Erdbeobachtungsprogramme der ESA, Simonetta Cheli, sagte: „Wir freuen uns, den Auftrag an Airbus im Vereinigten Königreich zu vergeben, um die Arbeit an der Entwicklung von TRUTHS in die nächste wichtige Phase zu führen. Wir sehen hier auf der COP28, dass sich die Welt zu Klimaschutzmaßnahmen verpflichtet hat und dass es von größter Bedeutung ist, über zuverlässige Daten zu verfügen, auf die sich Entscheidungen stützen können. TRUTHS wird als Benchmark dienen, so dass die Daten anderer Satelliten leichter verglichen werden können, was die Zuverlässigkeit erhöht.“

TRUTHS steht für Traceable Radiometry Underpinning Terrestrial and Helio Studies. Diese jüngste Phase umfasst die Definition des Designs der Mission und der Nutzlast sowie den Beginn des Aufbaus von Industriepartnern, die für die Bereitstellung einer derart komplexen Nutzlast erforderlich sind, während gleichzeitig Fachwissen über optische Erdinstrumente in Großbritannien aufgebaut wird. Diese verbesserte Fähigkeit in Großbritannien wird es Europa ermöglichen, von einer neuen Kompetenz für künftige Erdbeobachtungssatellitenmissionen zu profitieren.

TRUTHS wird ein kryogenes Solar-Absolut-Radiometer (CSAR) an Bord haben, das einen primären Kalibrierungsstandard bereitstellt, um Messungen sowohl der einfallenden Sonnenstrahlung als auch der ausgehenden reflektierten Strahlung mit bisher unerreichter Genauigkeit zu vergleichen. Diese Messungen werden mit einem Hyperspectral Imaging Sensor (HIS) durchgeführt, der ebenfalls Teil der Nutzlast ist. Sie werden es ermöglichen, dass dem Klimawandel zugrunde liegende Strahlungsungleichgewicht abzuschätzen, und zwar in kürzerer Zeit als derzeit möglich. TRUTHS wird dazu dienen, andere Satellitensensoren, wie die der Copernicus-Missionen, durch Co-Imaging-Operationen zu kalibrieren.

TRUTHS wird von einer Reihe von ESA-Mitgliedsstaaten unter der Leitung von Großbritannien finanziert, an denen sich auch die Tschechische Republik, Griechenland, Rumänien, Spanien und die Schweiz beteiligen. Airbus wird bei der anfänglichen Entwicklung des Satelliten von Partnern wie Surrey Satellite Technology Ltd, Teledyne e2v, National Physical Laboratory, Rutherford Appleton Laboratory, Deimos Space UK Ltd und AVS-UK Ltd, Thales Alenia Space Switzerland, Deimos Space SRL, Sener und Integrated Systems Development unterstützt. Weitere wichtige Beiträge werden von anderen Unternehmen und Instituten aus den beteiligten Ländern geleistet.

Großbritannien zielt darauf, in diesem Bereich eine Führungsrolle zu übernehmen, wobei es sich auf das umfangreiche Fachwissen im Bereich der Klimawissenschaften stützt, das unter anderem vom National Physical Laboratory, dem National Centre for Earth Observation und dem Rutherford Appleton Laboratory Space bereitgestellt wird.

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• Airbus Defence and Space

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Quelle: GFZ 22. November 2023.

22. November 2022 – Heute trägt das GFZ innerhalb eines internationalen wissenschaftlichen Konsortiums, Swarm DISC (Swarm Data, Innovation, and Science Cluster), zur regelmäßigen Bereitstellung von Datenprodukten für Geomagnetismus und Weltraumwetter bei, die aus den Swarm-Messungen gewonnen werden.

Die drei baugleichen Satelliten umkreisen die Erde auf polaren Bahnen in einer besonderen Konstellation: Swarm A und Swarm C fliegen als Satellitenpaar in einer Höhe von 462 Kilometern, Swarm B auf einer entfernteren Umlaufbahn in 510 Kilometer Höhe. Die endgültige Orbitkonstellation war im April 2014 erreicht. Dementsprechend wird das 10-jährige Swarm-Jubiläum im April 2024 offiziell gefeiert werden, im Rahmen einer wissenschaftlichen Konferenz in Kopenhagen, Dänemark.

Die Swarm-Mission
Jeder der drei Satelliten erhebt hochgenaue und hochaufgelöste Messungen der Stärke und der Richtung des magnetischen Feldes. In Kombination liefern sie die notwendigen Beobachtungsdaten, die für die Modellierung der verschiedenen Quellen des erdmagnetischen Feldes gebraucht werden.

„Die Swarm-Mission war ursprünglich nur für mindestens vier Jahre geplant, sie liefert aber auch nach 10 Jahren hochqualitative Daten insbesondere zu Stärke und Richtung des Erdmagnetfelds. Diese Daten trugen und tragen zu wesentlichen Erkenntnisgewinnen über physikalische Prozesse sowohl innerhalb als auch außerhalb der Erde bei“, sagt Monika Korte, Leiterin (komm.) der Sektion 2.3 „Geomagnetismus“ am GFZ.

Einerseits sind die Daten wichtige Grundlage zur genauen Kartierung des sich langsam ändernden Hauptfelds und zur Erforschung der zugrunde liegenden Bewegungen im flüssigen äußeren Erdkern, der das Erdmagnetfeld wie ein Dynamo erzeugt. Andererseits sind sie unverzichtbar zum Verständnis der diversen elektrischen Stromsysteme im Umfeld der Erde und des Zustands der Ionosphäre, was zur Charakterisierung von Weltraumwetterbedingungen von Bedeutung ist. Die Ströme schneller geladener Teilchen im Weltraum, die ihre Ursache in Sonneneruptionen haben, bilden u.a. eine Gefahr für Satelliten und Raumfahrzeuge, können aber auch elektronische Systeme auf der Erde stören. Das Erdmagnetfeld hat hierbei eine wichtige Abschirmfunktion.

Swarm und Polarlichter
Die Daten der Swarm-Mission spielen auch für das Verständnis von Polarlichtern eine wichtige Rolle, wie sie in diesem Jahr vermehrt auch in unseren Breiten zu beobachten sind. Polarlichter entstehen, wenn bei starker Sonnenaktivität geladene Teilchen des Sonnenwindes, gelenkt durch das Erdmagnetfeld, in die Atmosphäre gelangen. Dort regen die Teilchen Moleküle wie Sauerstoff oder Stickstoff zum Leuchten in verschiedenen Farben an. Es gibt bereits Datenprodukte, die – punktuell – die Grenzen des Polarlichtovals bestimmen, also der Zone um die Polregion, in der Polarlichter auftreten. Das basiert auf punktuellen Messungen auf den jeweiligen Satellitenbahnen. Daraus lassen sich dann Modelle für das komplette Polarlichtoval berechnen – allerdings bislang nur für die Vergangenheit. „Wir hoffen, in den nächsten Jahren auch eine Vorhersage des Polarlichtovals aus Swarm-Daten entwickeln zu können“, so Korte.

Tradition und Zukunft der Magnetfeldbeobachtung aus dem All
Swarm setzt die wichtige Beobachtung der Erdmagnetfelds aus dem Weltraum fort, die von 2000 bis 2010 wesentlich von CHAMP getragen wurde. Dieser Satellit des GFZ und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR war gleichzeitig für hochgenaue Messungen des Erdschwerefelds konzipiert. Die drei Swarm-Satelliten sind auf das Magnetfeld fokussiert und liefern im Vergleich zu CHAMP nicht nur mehr räumlich verteilte Daten, sondern bald auch längere Zeitreihen.

Die Nutzergemeinschaft hofft, dass die Swarm-Mission noch bis mindestens 2030 in Betrieb bleibt, um aus der Datenreihe insbesondere Informationen über den Zeitraum eines kompletten Sonnenfleckenzyklus zu gewinnen. Ein solcher Zyklus der Sonnenaktivität dauert – von einem Aktivitätsminimum zum nächsten – im Schnitt rund 11 Jahre. In dieser Zeit nimmt die Zahl der Sonnenflecken zu und wieder ab. Die Sonnenflecken stoßen – getrieben von internen Magnetfeldern – große Mengen geladener Teilchen in den Weltraum aus, daher der Begriff Sonnenaktivität. Diese Teilchen tragen als bewegte Ladung selbst ein Magnetfeld mit sich und beeinflussen daher auch das Magnetfeld im erdnahen Raum. Weil sich die Polarität der Sonnenflecken nach 11 Jahren ändert, dauert ein kompletter Zyklus rund 22 Jahre. Das letzte Aktivitätsminimum war zur Jahreswende 2019/20.

Aktuell wird u.a. am GFZ daran gearbeitet, viele der bisher mit einer Verzögerung von vier bis sechs Tagen erzeugten Datenprodukte nahezu in Echtzeit zur Verfügung zu stellen. „Dies war bei keiner der bisherigen erdnahen Magnetfeldmissionen der Fall und ist nur aufgrund der extrem hohen Datenqualität und Stabilität der Mission möglich. Diese neuen Datenprodukte werden daher eine noch wichtigere Rolle als bisher für die Charakterisierung des Weltraumwetters spielen, obwohl die Swarm-Mission ursprünglich gar nicht für diesen Zweck konzipiert wurde“, sagt Guram Kervalishvili, Wissenschaftler in der Sektion 2.3 „Geomagnetismus“ und Projektmanager für die ESA Swarm Mission und ESA Space Weather Aktitvitäten am GFZ.

Umfassende Informationen zu den Datenprodukten der Swarm Mission finden Sie unter: https://swarmhandbook.earth.esa.int.

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• Swarm

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Quelle: Laser Zentrum Hannover e.V. 5. Mai 2023.

5. Mai 2023 – Der italienische Partner Optomaterials stellt wettbewerbsfähige Kristalle her, die das litauische Unternehmen Altechna mit einer speziellen Beschichtung versieht. Um die für die rauen Umweltbedingungen des Weltraums notwendigen Beschichtungseigenschaften zu erreichen, hat Altechna im Rahmen des Projekts spezielle Beschichtungsdesigns und -prozesse auf Basis des Ion-Beam- und Magnetron-Sputtering-Verfahrens entwickelt.

Weltraumtauglichkeit erfolgreich bewiesen
Die Kristalle wurden von den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern am LZH in speziellen Lasersystemen auf Herz und Nieren geprüft. Diese Lasersysteme haben sie im Hinblick auf spätere Anwendungen entworfen. Sie könnten den Grundstein für neuartige laserbasierte Messinstrumente legen.
Die LZH-Wissenschaftler:innen haben die Alexandritkristalle Protonen- und Gamma-Strahlung ausgesetzt und mehrere für Weltraumanwendungen typische Temperaturzyklen durchlaufen lassen. Vor und nach diesen Umwelttests haben sie die Kristalle unter anderem hinsichtlich ihrer Transmissionseigenschaften und der Laserperformance charakterisiert. Da die Umwelttests zu keiner signifikanten Änderung der gemessenen Parameter geführt haben, konnte somit die Weltraumtauglichkeit nachgewiesen werden. Außerdem konnten die Forscher:innen zeigen: Die Laserzerstörschwelle (engl. Laser-Induced Damage Threshold, LIDT) der Kristalle reicht an die der Spitzenprodukte auf dem Weltmarkt heran – beziehungsweise übertrifft diese sogar.

Kristalle nun fit für den Markt: GALACTIC hat TRL 6 erreicht
Das EU-Projekt GALACTIC hat damit erfolgreich den Technologiereifegrad (engl. Technology Readiness Level, TRL) weltraumtauglicher Alexandrit-Kristalle aus Europa von 4 auf 6 angehoben und damit die Marktreife erreicht.

Besondere Eigenschaften für präzisere Daten
Alexandrit-Kristalle haben eine sehr gute thermische Leitfähigkeit und Bruchfestigkeit. Sie lassen sich daher gut unter hohen Laserleistungen einsetzen beziehungsweise sind robust genug, um hohe mechanische Belastungen zum Beispiel bei Raketenstarts auszuhalten. Da sich mit den Kristallen die Ausgangswellenlänge der Lasersysteme durchstimmen lässt, könnten sie die Grundlage von neuartigen laserbasierten Messinstrumenten für Erdbeobachtungssatelliten sein. Mit solchen Instrumenten könnten präzisere klimarelevante Daten zum Zustand der Atmosphäre oder der Vegetation gesammelt werden.

Über GALACTIC
Im Projekt “High Performance Alexandrite Crystals and Coatings for High Power Space Applications” (GALACTIC) haben das Laser Zentrum Hannover e.V. zusammen mit Altechna und Optomaterials S.r.l. eine unabhängige, rein europäische Lieferkette für Alexandrit-Laserkristalle aufgebaut. GALACTIC wurde mit Mitteln des Forschungs- und Innovationsprogramms „Horizon 2020“ der Europäischen Union unter dem Förderkennzeichen Nr. 870427 gefördert. Koordiniert wurde GALACTIC vom LZH.

Aktuelle Artikel zu den Ergebnissen von GALACTIC
S. Unland, R. Kalms, P. Wessels, D. Kracht, and J. Neumann, „High-performance cavity-dumped Q-switched Alexandrite laser CW diode-pumped in double-pass configuration,“ Opt. Express 31, 1112-1124 (2023), doi.org/10.1364/OE.478628, hthttps://opg.optica.org/oe/viewmedia.cfm?uri=oe-31-2-1112&html=true
L. Lukoševičius, J. Butkus, P. Weßels, S. Unland, R. Kalms, T. Böntgen, H. Mädebach, M. Hunnekuhl, D. Kracht, J. Neumann, M. Lorrai, P. G. Lorrai, and M. Hmidat, „Investigation of advanced optical coating influence on the properties of Alexandrite laser crystals,“ in Optical Interference Coatings Conference (OIC) 2022, R. Sargent and A. Sytchkova, eds., Technical Digest Series (Optica Publishing Group, 2022), paper TEA.2. https://opg.optica.org/abstract.cfm?URI=OIC-2022-TEA.2
Nähere Informationen und mehr Publikationen zu GALACTIC sind unter www.h2020-galactic.eu abrufbar.

Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)
Als unabhängiges gemeinnütziges Forschungsinstitut steht das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) für innovative Forschung, Entwicklung und Beratung. Das durch das Niedersächsische Ministerium für Wirtschaft, Arbeit, Verkehr und Digitalisierung geförderte LZH widmet sich der selbstlosen Förderung der angewandten Forschung auf dem Gebiet der Photonik und Lasertechnologie. 1986 gegründet arbeiten inzwischen fast 200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter am LZH.
Der Fokus des LZH liegt auf den Bereichen Optische Komponenten und Systeme, Optische Produktionstechnologien und Biomedizinische Photonik. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Naturwissenschaftlern und Maschinenbauern ermöglicht innovative Ansätze für Herausforderungen verschiedenster Bereiche: von der Komponentenentwicklung für spezifische Lasersysteme bis hin zu Prozessentwicklungen für die unterschiedlichsten Laseranwendungen, zum Beispiel für die Medizintechnik oder den Leichtbau im Automobilsektor. 18 erfolgreiche Ausgründungen sind bis heute aus dem LZH hervorgegangen. Das LZH schafft so einen starken Transfer zwischen grundlagenorientierter Wissenschaft, anwendungsnaher Forschung und Industrie.

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• Technologieforschung

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Ein Beitrag von Gerhard Kowalski 10. August 2022.

Moskau, 10. August 2022 – Der neue Generaldirektor der GK Roskosmos, Juri Borissow, hat zu Wochenbeginn dem Kosmodrom Baikonur (Kasachstan) einen ersten Arbeitsbesuch abgestattet. Bei einem Treffen mit dem kasachischen Minister für digitale Entwicklung, Innovationen und Luft- und Raumfahrtindustrie, Bagdat Mussin, wurde am Dienstag der Stand der Modernisierung des Startkomplexes Baiterek erörtert. Von ihm sind einst die ukrainischen Zenit-M-Trägerraketen aufgestiegen, derzeit wird er für die neuen russischen Sojus-5-Träger umgebaut.

Wie die GK Roskosmos am Mittwoch mitteilte, verlaufen die Arbeiten an dem Komplex, der vielen Bewohnern von Baikonur Arbeit gebe und neue Perspektiven für die Raumfahrt auf dem Kosmodrom eröffne, planmäßig. Der erste Sojus-5-Start ist danach für das 4. Quartal 2023 vorgesehen. Die kasachische Seite verwies indes in einer Pressemitteilung auf die „objektive Notwendigkeit“, den Start auf Anfang 2024 zu verschieben, weil es Probleme mit der technischen Dokumentation gebe. Dadurch verzögere sich der Baubeginn auf Ende 2022, die Fertigstellung sei für August 2023 vorgesehen.

Russland hat das Kosmodrom bis 2050 von Kasachstan gepachtet. Der Vertrag über den Bau des Baiterek-Komplexes stammt von 2004 und wurde 2018 aktualisiert. Damit ging er an Kasachstan über, das nun für die Modernisierung verantwortlich zeichnet, während Russland die Trägerrakete beisteuert.

Zuvor hatte Borissow dem Start des iranischen Erderkundungssatelliten Chayyam (benannt nach einem Mathematiker des 12. Jahrhunderts) beigewohnt, der zusammen mit 16 russischen Kleinsatelliten mit einer Sojus-2.1b-Trägerrakete erfolgreich ins All geschossen worden war. Der Satellit, mit dem Aufnahmen von der Erdoberfläche gemacht werden können, wurde von russischen Firmen gebaut, was zu Spekulationen führte, dass sich Moskau mit ihm auch Zugriff auf gezielte Informationen beschaffen könnte.

Borissow nannte den Start einen wichtigen Meilenstein in der bilateralen Zusammenarbeit, der den Weg zur Verwirklichung neuer und noch größerer Projekte ebene. Das Thema Weltraum müsse von der politischen Konjunktur getrennt bleiben und dem Wohl der ganzen Menschheit und der Weltwissenschaft dienen.
Der Kommunikationsminister des Iran, Eisa Zarepour, sprach von einem historischen Tag und einem Wendepunkt für das neue Zusammenwirken zwischen beiden Staaten im Weltraum.
Es war dies der 12. russische Raketenstart in diesem Jahr und der vierte von Baikonur.

Gerhard Kowalski

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• Trägerrakete „Sojus-5“

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Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft 1. August 2022.

1. August 2022 – Am 1. April 2022 um 18:24 Uhr mitteleuropäischer Zeit war es soweit: Der deutsche Umweltsatellit »EnMAP« – kurz für »Environmental Mapping Analysis Program« – startete vom US-Raumflughafen Cape Canaveral seine Reise ins All. Von dort aus soll er fünf Jahre lang die Erde analysieren und u.a. Daten zu Klimawandelauswirkungen, der Verfügbarkeit und Qualität von Wasser oder Änderungen der Landnutzung liefern. Die ersten Daten, die der Satellit zur Erde sandte, stammten vom Bosporus: Analysiert wurde das Frequenzspektrum, das typisch für Algenanreicherungen im Wasser ist. Auf diese Weise wollen Forschende die Algenwanderung und den Algenbesatz untersuchen. Möglich werden solcherlei Analysen unter anderem durch Fraunhofer-Technologie in gleich zweifacher Ausführung.

Herzstück des Satelliten: Ein Doppelspalt aus dem Fraunhofer IMM
Für seine Analysen detektiert der Satellit das Licht der Sonne, das von der Erde reflektiert wird. Allerdings ist der Wellenlängenbereich von 420 bis 2420 Nanometer, also vom sichtbaren Licht bis ins tiefe Infrarot, zu groß, um ihn mit nur einem Spektrometer aufzunehmen. Hier hilft eine Technologie des Fraunhofer IMM. »Wir haben einen hochpräzisen Doppelspalt gefertigt, der das einfallende Licht in zwei Detektoren lenkt«, erläutert Stefan Schmitt, Gruppenleiter am Fraunhofer IMM in Mainz. Da die beiden Spalte naturgemäß räumlich ein wenig voneinander entfernt sind, blicken sie nicht auf die gleichen Stellen der Erde. »Es dauert also den Bruchteil einer Sekunde, bis der zweite Spalt dieselbe Stelle der Erde betrachtet wie der erste«, sagt Schmitt. Dieser Versatz muss genauestens bekannt sein, um die Aufnahmen überlagern zu können und die gewünschte Auflösung von 30 Metern zu erreichen.

Der Clou liegt zum einen in der äußerst präzisen Fertigung des Doppelspalts, was nur mit Siliziumtechnologie möglich ist. »Zwar sind die Techniken, über die wir am Institut verfügen, recht gut geeignet, um diese Anforderungen zu erfüllen, dennoch gab es zahlreiche herausfordernde Details«, erinnert sich Schmitt. Beispielsweise erwiesen sich die anfangs rechteckigen Spalte mechanisch als nicht stabil genug. Die Forscherinnen und Forscher fertigten daher Spalte mit einem gestuften Querschnitt. »Trotz umfangreicher Simulationen und Analysen unserer Partner mussten wir das Design und weitere Anforderungen während der laufenden Prozessphase ändern. Solche Dinge passieren gelegentlich, wenn man Neuland betritt, aber wir sind darauf vorbereitet«, sagt Schmitt. Auch weitere Komponenten der Baugruppe – etwa zur Lichtumlenkung oder zur Unterdrückung von Streulicht – mussten die Forschenden mit höchster Präzision aus weltraumgerechten Materialien wie Aluminium, Edelstahl, Nickel und Invar fertigen, deren Eigenschaften präzise vermessen und dokumentiert wurden. Trickreich war zudem der Zusammenbau der Baugruppe mit dem Doppelspalt. »Die Toleranzen waren kleiner als fünf Mikrometer, also kleiner als ein Zehntel eines Haars«, erläutert Schmitt. All dies ist hervorragend gelungen.

Leicht und präzise: Metallspiegel aus dem Fraunhofer IOF
Auch das Fraunhofer IOF brachte seine Expertise in den Satelliten ein: Als einer der besten Metalloptik-Entwickler der Welt wurden alle Metallspiegel der EnMAP-Optik am IOF hergestellt. »Für Weltraumanwendungen müssen die Spiegel nicht nur eine extrem glatte Oberfläche aufweisen und äußerst präzise geformt sein, sondern auch ein möglichst geringes Gewicht aufweisen«, sagt Dr. Stefan Risse, Projektleiter am Fraunhofer IOF in Jena. »Dabei konnten wir die Anforderungen sogar übertreffen: Statt der geforderten Rauheit von 1 Nanometer RMS (Root Mean Square) weisen unsere Metallspiegel, im Weißlicht (Vergrößerung 50x) gemessen, eine Rauigkeit von weniger als 0,5 Nanometer RMS auf. Auch die zulässige Formabweichung konnten wir nicht nur auf 18 Nanometer RMS, sondern zum Teil sogar auf unter 10 Nanometer RMS genau einhalten.« Dazu nutzten die Forscherinnen und Forscher Aluminium, auf das sie eine röntgenamorphe Metalllegierung aus Nickel und Phosphor abschieden. Diese Dickschicht hat strukturell ähnliche Eigenschaften wie Glas und lässt sich mit Diamantwerkzeugen sehr gut bearbeiten und brillant polieren. Was die finale Form der Metallspiegel angeht, so stellte das Forscherteam diese durch Korrekturverfahren wie das Ionenstrahlpolieren (IBF, eng. Ion Beam Figuring) ein.

Ein weiteres wichtiges Qualitätsmerkmal der Spiegel neben der geringen Oberflächenrauigkeit ist ihr Leichtgewicht. Auch hier punktete das Verfahren des Fraunhofer IOF. »Wir konnten die Masse über ein von uns patentiertes Verfahren um mehr als 40 Prozent reduzieren – mittlerweile sind durch den Einsatz von additiven Verfahren bereits bis zu 70 Prozent Einsparung möglich«, sagt Risse. Das gelang dem Team, indem es die Struktur des Spiegels wie ein Kapitell in einer Kirche anlegte: Kreuzungsbohrungen, die orthogonal aufeinandertreffen, verbinden die Vorder- und Rückseite des Spiegels, die entstehende Säulenstruktur stützt die Flächen. Vorder- und Rückseite des Spiegels sind geschlossen, was dem Element eine große mechanische Steifigkeit verleiht. Insgesamt stellte das Team elf ultrapräzise Metallspiegel inklusive hochreflektiver Silber- und Goldschichten für »EnMAP« her und vergütete zudem die Glasoptiken, wobei auf das Glas eine dünne Schicht mit geringerer Brechkraft aufgebracht wurde.

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• EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) auf Falcon 9

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Ein Beitrag von Gerhard Kowalski 3. August 2022.

Moskau, 2. August 2022 – Russland und Belarus haben am Dienstag über die perspektivische Entwicklung ihrer Zusammenarbeit in der Raumfahrt beraten. Daran nahmen Vertreter der GK Roskosmos, der belarussischen Akademie der Wissenschaften und von Industrieunternehmen beider Länder teil, meldet die Moskauer Nachrichtengentur TASS. Roskosmos-Generaldirektor Juri Borissow und der belarussische Staatssekretär Dmitri Mesenzew hätten insbesondere über den gemeinsamen Bau eines Erderkundungssatelliten gesprochen, der später die Grundlage eines gemeinsamen Netzes dieser Apparate bilden würde. Als Hauptzielrichtung wurden dabei die Unterstützung der Landwirtschaft und des Straßenbaus genannt.

Zudem habe man auch die Schaffung von Arbeitsgruppen beschlossen, um weitere perspektivische wissenschaftsintensive Richtungen und Programme in der Raumfahrt festzulegen, hieß es. Als Beispiele dafür nannte Mesenzew die Biologie und die Materialforschung.

Russland und Belarus, die derzeit ihre politische Vereinigung vorbereiten, planen zudem für den Herbst kommenden Jahres einen gemeinsamen bemannten Raumflug zur Internationalen Raumstation ISS.

Gerhard Kowalski

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• Russische Raumfahrt

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Quelle: DLR.

• Der deutsche Hyperspektralsatellit schließt eine Lücke in der modernen Erdbeobachtung.
• Die Mission wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR in Bonn im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geführt.
• Mit der Entwicklung und dem Bau des Satelliten sowie des Hyperspektralinstrumentes wurde die OHB-System AG beauftragt, das Bodensegment wird vom DLR in Oberpfaffenhofen entwickelt und betrieben. Die Mission steht unter der wissenschaftlichen Koordination des GeoForschungszentrums Potsdam (GFZ).

1. April 2022. Alles begann 2003 mit einem Wettbewerb im so genannten Nationalen Raumfahrtprogramm, den die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR ausgeschrieben hatte. Die Aufgabe lautete, ein neuartiges Hyperspektralinstrument und einen dazu passenden Satelliten zu designen, zu bauen und beides – Instrument und Satellit – für seinen mehrjährigen Einsatz unter den harschen Bedingungen des Weltraums zu testen. Parallel fand sich eine (inter-)nationale Gemeinschaft von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die zum einen die Nutzungsbedingungen und Zielstellungen der ersten deutschen – und auch ersten europäischen Hyperspektralmission – definierten. Welche Daten unserer Erde wollen wir mit EnMAP erheben, für welchen Zweck? Randbedingungen, unter denen der besondere Umweltsatellit – das Kürzel steht für Environmental Mapping and Analysis Program – geboren wurde.
Am 1. April 2022 hat der etwa kleinwagengroße und eine Tonne schwere EnMAP nun um 18:24 Uhr Mitteleuropäischer Sommerzeit (MESZ) als die größte Nutzlast einer Falcon 9-Rakete des US-amerikanischen Raumfahrtkonzerns SpaceX vom Cape Canaveral in Florida aus seine Reise ins All begonnen. EnMAP soll aus 650 Kilometern unsere Erde mit 242 Spektralkanälen aufnehmen.

Das Video ist auch auf Vimeo zu finden.

„Deutschland leistet mit dem Start von EnMAP einen unverzichtbaren Beitrag zum Klimaschutz. Seine innovative Hyperspektral-Sensorik wird uns die Erde wirklich mit anderen Augen sehen lassen. Wir werden Feinheiten entdecken, die uns bislang verborgen waren. Dank dieser Detailtiefe können wir Veränderungen unserer Umwelt rechtzeitig erkennen und so unser Klima und unsere Umwelt noch besser schützen. EnMAP wird uns auf diese Weise dabei helfen, die globale Landnutzung nachhaltiger zu gestalten, die Folgen des Klimawandels aufzuzeigen und der fortschreitenden Umweltzerstörung entgegenzuwirken. Mit EnMAP Leistet Deutschland einen wichtigen Beitrag für europäische Raumfahrttechnologie zum Wohle unseres Planeten“, sagt Dr. Anna Christmann, Koordinatorin der Bundesregierung für die Luft- und Raumfahrt im Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK).

„Mit der Technologie der hyperspektralen Fernerkundung lassen sich stoffliche Zusammensetzungen auf der Erdoberfläche quantifizieren. Die möglichen Anwendungsbereiche reichen dabei von der Land- und Forstwirtschaft und der Landnutzung, der Beobachtung von Gewässern, bis hin zur Geologie, urbanen Nutzung, sowie zu Georisiken und Naturgefahren“, erläutert Prof. Dr. Anke Kaysser-Pyzalla, Vorstandsvorsitzende des DLR. „Satellitendaten liefern zuverlässige qualitative Informationen zum Beispiel über die Landbedeckung und deren räumliche Verteilung. Für die quantitativen Informationen hingegen, wie die Nährstoffversorgung von Ackerpflanzen, die Wasserqualität von Seen oder die Identifikation von Bodenmineralen, werden spektral hochaufgelöste Daten benötigt.“

„Mit dem Start von EnMAP schließen wir eine Lücke in der modernen Erdbeobachtung. Der Weg, den wir dafür gegangen sind, war extrem wichtig für die Leistungsfähigkeit der deutschen Raumfahrtwissenschaft und -industrie. Die Mission hat auf vielen Gebieten neue Entwicklungen an der Grenze des technisch Machbaren erfordert. Am Ende ist ein Satellit dabei herausgekommen, der der gesamten Menschheit zugutekommt. Denn die EnMAP-Daten können zum Beispiel dazu beitragen, die Erträge in der Landwirtschaft nachhaltig zu verbessern und damit die Ernährungssicherheit bei einer steigenden Weltbevölkerung sicherzustellen“, betont Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstandsmitglied und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR in Bonn, die die EnMAP-Mission im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) führt.

Vom Start bis zu den ersten Daten

Gestartet ist EnMAP unter der Spitze einer Falcon-9-Rakete zusammen mit 39 weiteren, teilweise sehr kleinen Nutzlasten vom Space Launch Complex 40 auf dem Gelände der Cape Canaveral Space Force Station in Florida. Die Reise von EnMAP markiert den 145. Start einer Falcon-9-Rakete, deren erste Stufe nun zum siebten Mal ins All geflogen ist. Mit der Crew-1 und Crew-2 hat sie bereits zweimal Astronauten sicher zur Internationalen Raumstation ISS gebracht. Geplant ist eine Landung auf einem der “Autonomous Spaceport Drone Ships” (ASDS), damit diese Stufe auch zukünftig weiterverwendet werden kann.
Bereits 15 Minuten nach dem Start hat sich der Satellit von seiner Trägerrakete getrennt. Um 19:45 Uhr MESZ wurden die ersten Daten ins Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum nach Oberpfaffenhofen übertragen.

Danach wird EnMAP in Betrieb genommen, die Systeme hochgefahren und der Zielorbit eingestellt. Es folgt eine Phase, in der das ordnungsgemäße Funktionieren des Satelliten überprüft wird. „In dieser Phase wird besonders darauf geachtet, ob die Qualität dieser ersten Daten unseren Erwartungen entspricht. Sechs Monate nach dem Start geht die Mission dann in die operationelle Phase über. Dann können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler konkret sagen, welche Gebiete der Erde sie zu einer bestimmten Jahreszeit durch die `Augen‘ von EnMAP kartographiert bekommen möchten“, erklärt Dr. Sebastian Fischer, EnMAP-Gesamtprojektleiter in der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR.
Die Daten werden vom Satelliten aufgenommen und dann über den DLR-Bodenstationen in Neustrelitz (Mecklenburg-Vorpommern) und im kanadischen Inuvik während der Überflüge des Satelliten zur Erde heruntergeladen. Diese Rohdaten sind für den Nutzer allerdings noch nicht direkt verwendbar. Sie müssen weiterverarbeitet werden, indem sie mit Lage- und Positionsbestimmungen versehen werden. Nur so wissen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Ende auch, wo welcher Pixel am Boden verortet werden kann. Das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) sowie das Institut für Methodik der Fernerkundung im DLR prozessieren, archivieren und validieren die Daten, so dass sie am Ende der Wissenschaft weltweit und kostenfrei zur Verfügung gestellt werden.

Wie EnMAP unsere Erde sieht

Doch wie gewinnt EnMAP eigentlich diese wichtigen Daten? Jedes Material auf der Erdoberfläche reflektiert das Sonnenlicht in einer für ihn charakteristischen Art und Weise und hinterlässt so eine sogenannte Spektralsignatur. Diesen „farbigen Fingerabdruck“ kann EnMAP mit Hilfe seines Messinstruments erkennen, unterscheiden und abbilden. So steht die Mission unter dem Motto „Unsere Erde in mehr als allen Farben“, weil jedes EnMAP-Bild in ganz viele kleine Wellenlängenbereiche zerteilt wird – viel mehr, als unsere Augen wahrnehmen können. „Jeder einzelne Bereich liefert ein Foto, dass den Wissenschaftlern spezielle Informationen über den Zustand unserer Erde gibt. So können wir zum Beispiel den Gesundheitszustand von Pflanzen aus dem All messen und genau verorten. Der Bauer hat Dank der Satellitenperspektive jeden Winkel seines gesamten Feldes im Blick. Er kann dann anhand dieser Daten zielgerichtet entscheiden, wie und wo er düngen und bewässern muss. Das schont nachhaltig Ressourcen und liefert gleichzeitig mehr Ertrag“, erklärt Dr. Sebastian Fischer.

EnMAP – die deutsche Umweltmission und ihre Partner

Die Umweltmission EnMAP wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geführt. Mit der Entwicklung und dem Bau des Satelliten sowie des Hyperspektralinstrumentes wurde die OHB-System AG beauftragt. Die Mission steht unter der wissenschaftlichen Leitung des GeoForschungszentrums Potsdam (GFZ).
Mit dem Aufbau und dem Betrieb des Bodensegments sind drei Institute und Einrichtungen des DLR beauftragt worden: Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum in Oberpfaffenhofen wird den Satellitenbetrieb durchführen und überwachen. Das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum und das DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung werden die empfangenen Satellitendaten archivieren, prozessieren, validieren und für die Wissenschaft zugänglich machen. Auch Firmen und Behörden werden die Daten ausprobieren und damit künftige Services vorbereiten. Die zukünftige Nutzung der EnMAP-Hyperspektraldaten durch Universitäten und wissenschaftliche Einrichtungen und die Entwicklung von speziellen Anwendungen werden durch BMWK-Förderprogramme unterstützt.

Weitere Infos auf Die deut­sche Um­welt­mis­si­on En­MAP und www.enmap.org

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• EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) auf Falcon 9

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Quelle: DLR.

2. Februar 2022 – Für einen Moment steht die Zeit für das Projektteam des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefühlt still. Eine Analyse der empfangenen Daten schafft die ersehnte Gewissheit: Zum ersten Mal gelingt die vollständige und fehlerfreie Kommandierung des Erdbeobachtungssatelliten BIROS durch ein neu entwickeltes mobiles Kontrollsystem V3C.

„Die erfolgreiche Technologiedemonstration bildet ein strategisches Element für den Forschungsbereich Responsive Space mit neuen Optionen für einen agilen und resilienten Satellitenbetrieb. Ich beglückwünsche das Projektteam zu diesem hervorragenden Erfolg und bedanke mich für die tolle Arbeit der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler“, so Dr. Dirk Zimper, Programmkoordinator für Sicherheitsforschung.

V3C steht für „Verlegefähiges Compact Control Center“ und ist ein auf einem handelsüblichen Laptop integriertes Missionskontrollsystem. Das System arbeitet völlig autark und ist auf keine weitere Infrastruktur außer einer Antenne angewiesen. Es besteht aus mehreren Systemen für Missionsplanung, -monitoring und -kontrolle sowie Flugdynamik und einem Nutzlastdatenprozessor und deckt damit alle typischen Kontrollzentrumsaufgaben ab. Die Technologiebasis wurde in der DLR-Einrichtung für Raumflugbetrieb und Astronautentraining entwickelt. In enger Zusammenarbeit mit dem Kompetenzzentrum für Reaktionsschnelle Satellitenverbringung (RS) wurde die Technologie nun in eine Demonstration überführt und es sollen noch weitere folgen, um den Reifegrad des Systems zu steigern.

„Mit dem V3C kann eine erhöhte Sicherheit für den Satellitenbetrieb erreicht werden, da hier im Notfall ein dezentraler Betrieb möglich ist“, so Prof. Felix Huber, Direktor der Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining.

Die Technologiedemonstration wurde durchgeführt im Kontrollraum des Deutschen Raumfahrtkontrollzentrums (GSOC), jedoch ohne Rückgriff auf die dort vorhandene Infrastruktur. Das auf diese Infrastruktur angewiesene BIROS-Missionskontrollsystem, mit dem der Satellit seit seinem Start betrieben wird, verblieb die ganze Demonstration über im Standby-Betrieb, um im Fehlerfall wieder schnell übernehmen zu können. Dieser Fall trat jedoch nicht ein.

Die Auswahl der Erdbeobachtungsmöglichkeit und der Uplink über eine Antenne in Weilheim zum Satelliten erfolgte am 14. Dezember. Aus mehreren Aufnahmemöglichkeiten wurde ein Ort in New Mexico, USA ausgewählt. Der Uplink der generierten Kommandolisten fand im ersten geplanten Kontakt über Weilheim um 08:07 Uhr (MEZ) statt. Die Aufnahmen wurden zeitgesteuert um 17:09 Uhr (MEZ) durch den Satelliten durchgeführt.

Am folgenden Tag, dem 15. Dezember 2021, wurde im ersten Kontakt über Weilheim um 08:47 Uhr (MEZ) die erfolgreiche Durchführung der Aufnahmen bestätigt sowie erste Bilder auf den Laptop heruntergeladen, prozessiert und angezeigt. Bei allen Kontakten über Weilheim wurde der Zustand des Satelliten kontrolliert sowie die für die Bahnbestimmung nötige Telemetrie extrahiert. Das Ziel der Technologiedemonstration, den gesamten Prozess vom Aufnahmewunsch über die Satellitenkommandierung bis zur Wiedergabe eines Bildes auf dem Laptop durchzuführen, wurde somit uneingeschränkt erreicht.

Als nächste Schritte sind eine weitere Demonstration außerhalb des GSOC geplant, um die Autarkie und Mobilität des Systems nochmals unter Beweis zu stellen. Auch ein weiterer Ausbau der Automatisierungsfunktionen für einen vereinfachten Routinebetrieb durch einen Operator sowie eine mögliche Kooperation mit der MORABA (MObile RAketenBAsis) zur Integration einer mobilen Satelliten-Antenne sind geplant.

Konkrete Einsatzmöglichkeiten von V3C sind Szenarien, bei denen eine zentrale Planung nicht (mehr) möglich ist. Dazu zählen beispielsweise Einsätze bei der Katastrophenhilfe oder im Verteidigungsbereich, wo V3C wichtige Aufklärungsdaten direkt im Feld bereitstellen kann. In diesem Zusammenhang stellt V3C einen wichtigen Baustein im Bodensegments-Kontext von Responsive Space dar.

Das Projekt wurde finanziert durch Mittel der Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining sowie durch das Kompetenzzentrum für Reaktionsschnelle Satellitenverbringung (RS) mit Mitteln des BMVg im Rahmen der Wehrtechnischen Forschungsaufgabe “Responsive Space”.

BIROS:
BIROS (Bispectral InfraRed Optical System) ist ein circa 140 Kilogramm schwerer Kleinsatellit des DLR, der im niedrigen polaren Erdorbit auf einer Höhe von ca. 510 Kilometern kreist. Zusammen mit dem Satelliten TET-1 war BIROS ein Teil der FireBird-Mission zur Waldbrandfrüherkennung und Feuerbeobachtung. Der Satellit ist am 22. Juni 2016 gestartet, sein offizielles Missionsende war am 31. Dezember 2020. Seitdem wird BIROS in Technologiedemonstrationsexperimenten verwendet.

Responsive Space:
Die Nutzung von Navigationssystemen beim Autofahren, sekundengenaue Kursbuchungen im Aktienhandel, das fast zentimetergenaue Lotsen riesiger Containerschiffe – all das wäre ohne weltraumgestützte Dienste undenkbar. Umso mehr trifft dies auf den militärischen Bereich zu: Die Einsatzfähigkeit von Streitkräften hängt unmittelbar von der Zuverlässigkeit weltraumgestützter Anwendungen ab. Der Weltraum ist zum Operationsraum geworden, und damit zu einer kritischen Infrastruktur. Um diese zu erhalten oder zu erweitern bedarf es der technischen Fähigkeit, innerhalb weniger Tage oder gar Stunden neue Satelliten in die Umlaufbahn zu verbringen. Im internationalen militärischen Kontext wird dies „Responsive Space Capability“ genannt.

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• DLR

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Quelle: DLR.

Das „Living-Planet“-Symposium der ESA findet alle drei Jahre mit etwa 4000 – 5000 Teilnehmenden statt, zuletzt im Mai 2019 in Mailand – mit umfassender Unterstützung durch Stadt und Universität. Vom 23.-27. Mai 2022 soll die weltweit größte Fachkonferenz im Bereich der Erdbeobachtung erstmals nach Deutschland kommen – genauer gesagt ins WCCB in Bonn. Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR, die im Auftrag der Bundesregierung das deutsche Engagement in der ESA koordiniert, hat hier ihren Sitz, ebenso verschiedene UN-Sekretariate mit Fokus auf Umwelt- und Klimafragen. Die Bundesstadt am Rhein ist seit neustem auch Heimat der Europäischen Wetterbehörde EZMW, die Universitäten in Bonn und Köln haben zudem gemeinsam mit dem Forschungszentrum Jülich im Jahr 2020 das CESOC (Center for Earth System Observations and Computational Analysis) gegründet.

Die Beobachtung der Erde aus dem All mithilfe von Satelliten ist ein wesentlicher Baustein für dauerhaftes, aktives Umwelt- und Klima-Monitoring und daraus abzuleitende Maßnahmen für den globalen und regionalen Umwelt- und Klimaschutz.

„Deutschland gehört zur Weltspitze bei der Entwicklung und Anwendung von Erdbeobachtungstechnologien. Als starker Partner der ESA freuen wir uns sehr, Co-Gastgeber des `Living Planet Symposiums‘ zu sein. Das Symposium ist eine hervorragende Gelegenheit für den internationalen Expertenaustausch zu aktuellen, uns alle betreffenden globalen Herausforderungen wie Klimaschutz, Ernährungssicherheit oder auch die Umsetzung nachhaltiger Technologien, die wir mithilfe von Erdbeobachtung fokussierter angehen können“, sagt Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstandsmitglied und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. „Wir möchten die Chance nutzen, die Themen der Veranstaltung mitzugestalten und wichtige umwelt- und klimapolitische Ziele im nationalen und internationalen Umfeld zu platzieren. Zugleich freue ich mich, dass rund um das Symposium viele Aktionen geplant sind, um den Nutzen und den Wert der Erdbeobachtung mithilfe von Satelliten und Satellitendaten verständlich zu machen.“

Toni Tolker-Nielsen, der kommissarische Direktor für die ESA-Erdbeobachtungsprogramme, betont: „Das anstehende Symposium wird die bisher umfassendste Veranstaltung sein. Wir werden alle möglichen Vorteile und Zukunftspotenziale der Erdbeobachtung erkunden und demonstrieren, vom Verständnis der Erdsysteme über das Aufbauen neuer Partnerschaften, um die Nutzerbasis zu erweitern und den Zugang zu Kapital zu verbessern, bis hin zur Förderung der grünen Wende, bei dem auf Erdbeobachtung basierende Dienste in die Politik integriert werden können.“

Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR unterstützt die ESA im Vorbereitungsteam, das DLR ist Co-Gastgeber der Konferenz. Weitere Informationen finden Sie auf der „Living Planet Symposium 2022 Webseite“: www.lps22.esa.int.

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• ESA-Living-Planet-Symposium 2022 in Bonn

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Quelle: Airbus Defence and Space.

Toulouse, 20. Mai 2021 – Airbus hat heute eine erste Sammlung von Bildern mit einer nativen Auflösung von 30 Zentimetern vom Satelliten Pléiades Neo 3 veröffentlicht, der vor kurzem sicher gestartet wurde. Die erfolgreiche Erfassung und Lieferung dieser ersten Bilder sind der Beginn einer neuen Ära für kommerzielle und staatliche Geodatenanwendungen, die ein hohes Maß an Genauigkeit und die Fähigkeit, feine Details zu erkennen, erfordern.

Die Bilder von Pléiades Neo 3, die eine Vielzahl von globalen Standorten abdecken und verschiedene Aufnahmewinkel aufweisen, bieten einen beeindruckenden Detailgrad. In einem ist es leicht, jeden einzelnen Kalksteinblock der Pyramiden von Gizeh zu zählen, und sogar die Anzahl der Menschen, die sie besuchen. In einem anderen sind die über die Jahre entstandenen Aufbaustufen der Engelsburg (Rom) detailliert zu sehen, ebenso wie die besondere Geometrie jedes ihrer drei Brunnen. Urbane Gebiete und moderne Architektur, und deren umfassende Vielfalt ist deutlich sichtbar, in den Bildern von Shanghai, Dubai und Washington DC.

Diese bereits superscharfen Bilder wurde aufgenommen, bevor die vollständigen radiometrischen und Systemkalibrierungen abgeschlossen waren, und die Qualität wird sich in den nächsten Monaten weiter verbessern. Die Bilder von Pléiades Neo 3 werden voraussichtlich im dritten Quartal 2021 kommerziell verfügbar sein, nachdem diese Kalibrierungsschritte abgeschlossen sind. Mit der vollen Kapazität des Satelliten, die für die kommerzielle Nutzung zur Verfügung steht, werden die sehr hochauflösenden und geometrisch konsistenten Bilder von Pléiades Neo 3 den Analysten einen hohen Detailgrad bieten, einschließlich einer besseren Sichtbarkeit von kleinen Objekten, wie Fahrzeugen und Straßenmarkierungen. Dieses Niveau der Erkennung und Identifizierung von Objekten bietet mehr Bodendaten für Bildanalysten und verbessert die Zuverlässigkeit für maschinelle Lernfunktionen. Die neue Konstellation bietet außerdem eine höhere Geolokalisierungsgenauigkeit und tiefere Spektralband-Informationen, wodurch sich mehr Erkenntnisse für verschiedene Anwendungen ableiten lassen.

Die Pléiades Neo Konstellation wird aus vier identischen und sehr agilen Satelliten bestehen, die eine reaktive Aufgabenerfüllung und die Wiedererfassung jedes beliebigen Punktes auf der Erde innerhalb eines Tages ermöglichen. Jeder Satellit, der vollständig von Airbus finanziert, konstruiert, hergestellt, besessen und betrieben wird, wird pro Tag eine halbe Million Quadratkilomter mit einer nativen Auflösung von 30 Zentimetern erfassen.

Der nächste Meilenstein des Pléiades Neo-Programms ist der Start von Pléiades Neo 4, der sich bereits auf dem Startplatz in Kourou, Französisch-Guayana befindet. Der Start wird für Sommer 2021 erwartet, gefolgt von den Starts von Pléiades Neo 5 und 6, die für 2022 geplant sind.

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• Pleiades Neo 3 auf Vega (VV18) von Kourou ZLV

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