Quelle: Fraunhofer FHR 19. Dezember 2023.

19. Dezember 2023 – Für Deutschland – und damit auch für Europa – bricht im Jahr 2024 eine neue Ära in der Weltraumbeobachtung an: Das im Auftrag der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) durch das Fraunhofer Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR entwickelte und gebaute Radarsystem GESTRA (German Experimental Space Surveillance and Tracking Radar) hat nach einer intensiven und erfolgreichen Test- und Verifikationsphase im Dezember 2023 mit der finalen Überprüfung begonnen. Damit ist dieses weltweit einzigartige System zur Weltraumüberwachung in seine mehrmonatige Abnahme gestartet.

Gemeinsam mit Experten des Fraunhofer FHR führte die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR als Teil des Weltraumlagezentrums den Test durch. Während der Demonstration wurden verschiedene Radarmodi erfolgreich überprüft, konkret zwei verschiedene Such-Modi, der Spotlight-Mode und der Tracking-Mode. Die erfassten Sichtungen konnten mit vorhandenen Katalogdaten von Objekten im erdnahen Orbit korreliert werden. Im Schnitt wurden pro Stunde mehr als 200 Objekte aufgespürt, darunter auch kleine Objekte („Cubesats“) in mehreren hundert Kilometern Entfernung. Gesichtet wurden neben zahlreichen Starlink-Satelliten auch die Orbiter Oneweb-0240 (Höhe circa 1200 Kilometer), NOAA 16-DEB (Höhe circa 825 Kilometer), Sentinel 6 (Höhe circa 1300 Kilometer) sowie den Kleinsatellit CUTE1.7 (20x20x10 Zentimeter; Höhe circa 600 Kilometer). Damit erfüllt GESTRA bereits ohne volle Auslastung die gestellten Anforderungen.

Kombination aus Flexibilität und digitaler Technik macht GESTRA einzigartig
Das komplexe Radarsystem umfasst eine Sende- und eine Empfangsantenne, die bei voller Bestückung mit je 256 Einzelelementen versehen sind und deren Radarwellen phasengesteuert werden können (sogenannte „Phased-Array“). Jedes Element der Sendeantenne wird durch einen extrem leistungsfähigen Verstärker angesteuert, so dass die circa vier Meter große Sendeantenne insgesamt eine immense Gesamtleistung vorweisen kann. Die Elemente der Empfangsantenne werden einzeln digital ausgelesen und können mittels spezieller Prozessoreinheiten in Echtzeit zusammengefasst werden. Auf diese Weise ändern die beiden Antennen innerhalb weniger Millisekunden ihre Blickrichtung. Darüber hinaus kann die Antenne mit einem Drehstand mechanisch ausgerichtet werden. Eine eigene Wasserkühlung für jedes einzelne Antennenelement trägt zudem zu einer besonders hohen Radarleistung bei. Dies erhöht die Empfindlichkeit des Systems zusätzlich. Damit ist GESTRA bei der Beobachtung von Weltraummüll nicht nur sehr dynamisch, sondern auch überaus sensitiv. Sender und Empfänger sind in zwei getrennten Containern untergebracht, was den flexiblen Einsatz an unterschiedlichen Orten erlaubt. Diese Kombination aus Mobilität, digitaler Technik und Leistungsfähigkeit macht GESTRA einzigartig. Die Anlage ist auf der Schmidtenhöhe bei Koblenz aufgestellt.

Modernste Radartechnik für mehr Sicherheit im Weltraum
Mit GESTRA steht dem ressortgemeinsame Weltraumlagezentrum im Jahr 2024 eines der weltweit modernsten Radarsysteme zur Weltraumbeobachtung zur Verfügung. Das deutsche Weltraumlagezentrum in Uedem hat schwerpunktmäßig die Aufgabe ein Lagebild für den Weltraum zu erstellen und zu bewerten sowie nationale Raumfahrtsysteme vor der Kollision mit Weltraummüll zu schützen. Nach Inbetriebnahme von GESTRA werden Mitarbeiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR das System aus dem Weltraumlagezentrum heraus steuern. Denn dort laufen alle Messdaten zusammen, um daraus die Bahnen der erfassten Objekte zu bestimmen. Ebenfalls sollen diese Daten von Forschungseinrichtungen in ganz Deutschland angefragt werden können. Auch auf europäischer Ebene wird das Potenzial von GESTRA im Projekt „EUSST“ (EU Space Surveillance and Tracking) eingebracht. Die Maßnahmen zur Integration des Sensors in EUSST werden Anfang 2024 beginnen und im ersten Halbjahr abgeschlossen sein. Im niedrigen Erdorbit ist GESTRA nicht nur in der Lage, Weltraumschrott zu erfassen, sondern auch offensive Kleinsatelliten anderer Staaten aufzuspüren und deren Bahn zu verfolgen. GESTRA erfüllt vollständig die Anforderungen ziviler und militärischer Weltraumüberwachung und ist somit als prototypisches Weltraumüberwachungsradar ein unverzichtbarer Baustein für eine hoch leistungsfähige, international vernetzte Weltraum-Sicherheitsarchitektur.

Weltraumschrott als Gefahr für die Raumfahrt
Im erdnahen Weltraum ziehen mehrere tausend Satelliten ihre Bahnen. In diesem Bereich befinden sich aber auch zigtausend Teile Weltraumschrott: Insgesamt handelt es sich dabei um mehr als 10.000 Tonnen Material. Der größte Teil davon befindet sich auf niedrigen Orbits in Höhen von bis zu 2000 Kilometern, im sogenannten „Low Earth Orbit“ (LEO). Eine Kollision mit genutzter Infrastruktur im Weltraum ist damit sehr wahrscheinlich. Auch die Internationale Raumstation ISS ist auf ihrem Orbit in rund 400 Kilometern Höhe davon betroffen. Um Kollisionen so weit wie möglich zu vermeiden, werden kontinuierlich verlässliche Daten zur Weltraumlage benötigt, die von Radarsystemen wie GESTRA bereitgestellt werden können. Entwickelt wurde GESTRA vom Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR in Wachtberg. Die Finanzierung erfolgte durch die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK). Betrieben wird das Radarsystem zukünftig vom ressortgemeinsamen Weltraumlagezentrum in Uedem, welches vom BMWK und vom Bundesministerium der Verteidigung (BMVg) finanziert wird.

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• Fraunhofer FHR

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Quelle: FHR 2. Februar 2023.

2. Februar 2023 – Der Sensorspezialist HENSOLDT hat eine Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR vereinbart, mit dem Ziel, den Technologiedemonstrator GESTRA (German Experimental Space Surveillance und Tracking Radar) in ein serienreifes, operationell einsatzfähiges System mit dem Namen Custodian zu überführen. Dazu hat HENSOLDT die notwendigen Lizenzen von der Fraunhofer-Gesellschaft erworben und eine Kooperationsvereinbarung geschlossen.

Der Prototyp wurde vom Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR im Auftrag der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt. Das Radar ist derzeit auf dem Standortübungsplatz Schmidtenhöhe bei Koblenz in Betrieb und erbringt dort erste Leistungsnachweise. Ein weiterer Bestandteil des DLR-Auftrages ist unter anderem die Verwertung der erforschten Technologie durch einen geeigneten Industriepartner. Nach Ausschreibung im internationalen Wettbewerb hat Fraunhofer jetzt die Rechte zur Serienreifmachung an den Ulmer Radarspezialisten HENSOLDT Sensors GmbH vergeben. Am 12. Januar 2023 haben beide Unternehmen einen entsprechenden Lizenzvertrag unterschrieben.

„Dieses Vorhaben ist ein Leuchtturm deutscher Leistungsfähigkeit, begründet in der engen Zusammenarbeit zwischen Spitzenforschung und Hochtechnologie-Unternehmen. Damit kann Deutschland eine wichtige nationale Fähigkeit im Bereich einer Schlüsseltechnologie aufbauen und gleichzeitig einen wertigen Beitrag in internationale Partnerschaften einbringen“, freut sich Peter Schlote, Mitglied des HENSOLDT-Executive Committees und Leiter des Geschäftsbereichs Radar in Ulm.

„Auf Basis der GESTRA-Technologie kann ein weltumspannendes Netzwerk von bodengebundenen Radaranlagen zur Überwachung des erdnahen Weltraums aufgebaut werden. Ziel ist die Erfassung und Nachverfolgung von Weltraumschrott, welcher zunehmend eine Gefahr für die Raumfahrt und das Ausbringen und Betreiben von Satelliten darstellt,“ ergänzt Professor Peter Knott, Institutsleiter des Fraunhofer FHR.

Das Team aus Fraunhofer FHR und HENSOLDT erwartet mit Spannung die Konkretisierung von Vergabeabsichten potenzieller Kunden. Besonderes Augenmerk richtet sich dabei auf die Bundeswehr: „Es ist bekannt, dass die Bundeswehr anstrebt, eigenständige Sensorik für die Weltraumaufklärung zu beschaffen,“ so Peter Schlote. „Wohl wissend, dass die Bundeswehr hohe Anforderungen stellt, wären die Spezialisten des Weltraumkommandos unsere erste Wahl als Partner“.

„Beim Fraunhofer FHR entwickelte Spitzentechnologie gemeinsam mit industriellen Partnern bei der Bundeswehr in den operationellen Einsatz zu bringen ist eine unserer originären Aufgaben“, sagte Professor Knott. „GESTRA spielt dabei für uns eine besondere Rolle, da es eines der größten Entwicklungsprojekte unserer Geschichte in Wachtberg ist“.

Als Plattform für gemeinsame Aktivitäten zum Aufbau eines internationalen Radarnetzwerkes dient ein Koordinierungsausschuss, den HENSOLDT, Fraunhofer FHR und die Deutsche Raumfahrtagentur zur Unterstützung der Vermarktung der Custodian-Technologie ebenfalls gegründet haben.

Eine Kooperationsvereinbarung zwischen HENSOLDT und Fraunhofer FHR stellt sicher, dass auch zukünftige Weiterentwicklungen der Technologie als Fähigkeitserweiterungen in das System einfließen können.

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• Fraunhofer FHR

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Quelle: Fraunhofer FHR 7. September 2022.

7. September 2022 – Im Rahmen einer Messereihe wurden mehrere Experimente mit dem vom Weltraumlagezentrum der Bundeswehr (WRLageZ) betriebenen System am GESTRA-Standort auf der Koblenzer Schmidtenhöhe durchgeführt.

Das im Testbetrieb befindliche Weltraumüberwachungsradar GESTRA wird zurzeit für den operativen Betrieb vorbereitet. Kürzlich erfolgte Messungen des erdnahen Weltraums zeigten vielversprechende Ergebnisse. Das Ziel, die zuverlässige Detektion von verschiedenen Objekten im Weltraum, wurde in allen experimentellen Messungen erreicht.

Alle für die Detektion vorgegeben Objekte wie ausgediente Satelliten, Raketenendstufen oder anderer Weltraumschrott wurden wie erwartet gemessen und durch den Vergleich von Doppelgeschwindigkeit und Range im realen Weltraumkatalog verifiziert. Dabei wurden auch Leistungsparameter wie das Signal-Rausch-Verhältnis ermittelt. Die erzielten Ergebnisse lagen dabei in der mathematisch erwarteten Größenordnung.

Doch GESTRA lieferte sogar darüberhinausgehende Ergebnisse. Auch weitere Objekte, die sich in dem beobachteten Weltraumbereich befanden, wurden vom GESTRA Radar detektiert und mit Hilfe des WRLageZ identifiziert. Diese „Zufallsfunde“ sind eine wichtige Eigenschaft von Weltraumüberwachungsradaren und unterstreichen noch einmal die Bedeutung von GESTRA für mehr Sicherheit im Orbit. Nach dem erfolgreichen Verlauf der ersten Messreihen stehen weitere Messungen an, in denen noch mehr Systemfeatures des GESTRA Radars mit einbezogen werden.

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• Bundeswehr Weltraumlageerfassung mit Radar

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