Quelle: DLR 4. Juni 2024.

4. Juni 2024 – Langanhaltende und starke Regenfälle haben seit dem 30. Mai 2024 in Süddeutschland für stark ansteigende Wasserstände gesorgt. Insbesondere die Grenzregion zwischen Baden-Württemberg und Bayern ist von schweren Überschwemmungen betroffen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) unterstützt die Einsatz- und Rettungskräfte zeitnah mit aktuellen Lageinformationen, insbesondere aus Luftbildaufnahmen und Satellitendaten. Die Daten bereitet das Zentrum für satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) im Earth Observation Center (EOC) des DLR in Form von Hochwasserkarten und als Webanwendung auf. Sie finden Anwendung bei Behörden und Organisationen wie dem Bayerischen Rote Kreuz (BRK), dem Technischen Hilfswerk (THW), der Deutschen Lebens-Rettungs-Gesellschaft (DLRG) und der Bundeswehr.

Besondere Unterstützung lieferte das DLR mit hochauflösenden Aufnahmen aus der Luft. Vom Standort Oberpfaffenhofen aus überflog das DLR-Forschungsflugzeug Dornier DO 228-212 am 3. Juni 2023 die Hochwassergebiete entlang des Donaustreifens zwischen Günzburg und Regensburg – darunter Donauwörth, Neuburg, Manching und Kehlheim – wie auch die schwer betroffenen Gebiete Schrobenhausen und Pfaffenhofen. Heute am 4. Juni erstellt das DLR-Team Luftbilder von weiteren Regionen zwischen Regensburg und Passau. Betrieben wird das Forschungsflugzeug von der DLR-Einrichtung Flugexperimente.

Unterstützung aus der Luft und dem All
Für die Aufnahmen aus der Vogelperspektive ist die Dornier mit dem 3K-Kamerasystem ausgestattet. Das Luftbild-Kamerasystem wurde vom DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung entwickelt und liefert aktuell Aufnahmen mit einer Auflösung von bis zu vier Zentimeter. Das System lieferte bereits während des Elbehochwassers 2002 und zum Hochwasser in Nordrhein-Westfalen und Rheinland Pfalz 2021 wertvolle Aufnahmen. Entsprechend ist sie auch bei Katastrophenschutz-Übungen im Einsatz und wird für die Verkehrsforschung genutzt.

Die Datensätze und Analysen der aktuellen Kameraflüge werden den Lagezentren zügig zur Verfügung gestellt. Einige Daten und Auswertungen sind auch auf der ZKI-Webseite öffentlich abrufbar. Da die Hochwassersituation in Süddeutschland voraussichtlich noch anhält, wird das ZKI die Kriseninformationen laufend durch Satellitendaten und Auswertungen ergänzen. Die Ergebnisse fließen auch in das DLR-Projekt IFAS ein, das der Krisenfrüherkennung dient und zum Ziel hat, relevante Informationen noch schneller bereitzustellen.

Über das ZKI
Das Zentrum für satellitengestützte Kriseninformation (ZKI®) wurde 2004 gegründet und ist ein Service des Deutschen Fernerkundungsdatenzentrums (DFD) im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Schwerpunkt des ZKI sind Innovationen insbesondere rund um das Thema Erdbeobachtung im Krisenmanagement, die gemeinsam mit Nutzern erarbeitet werden. Diese Dienste können, zum Teil über ISO-zertifizierte Prozesse, auch operationell bereitgestellt werden. Ein weiterer Fokus liegt auf der Beratung und dem Training von Endnutzern beziehungsweise Servicedienstleistern.

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Quelle: Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL 4. Juni 2024.

4. Juni 2024 – Francesca Carletti holt mit dem Hammer aus. Immer tiefer treibt sie die Wasserwertsonde in den Schnee, um das Schneewasseräquivalent (SWE, siehe Kasten) zu bestimmen. Dies ist nur ein Teil der vielen Daten, die sie an diesem sonnigen Märztag auf dem Versuchsfeld Weissfluhjoch bei Davos misst. Ihr Ziel: eine Strategie zu entwickeln, die den Beginn und die Menge der Schneeschmelze genauer anzeigt. Angesichts des Klimawandels werde dies immer wichtiger, erklärt die Doktorandin am WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF: «Derzeit wird der Höhepunkt der Schmelze je nach Modell oft für einen zu frühen oder zu späten Zeitpunkt vorhergesagt.»

Genauere Angaben zum Beginn der Schneeschmelze und der zu erwartenden Menge Wasser sind wichtig, um Infrastrukturen zu schützen und menschliche Aktivitäten zu planen. Auch Teile der Wirtschaft profitieren, beispielsweise Stromerzeuger und der Agrarsektor. «Es hilft zudem bei der Hochwasserwarnung und ebenso, die Bedingungen für Nassschneelawinen zu ermitteln», ergänzt die Wissenschafterin.

Um ihr Ziel zu erreichen, graben Carletti und ihre Kollegen Löcher und messen darin die Eigenschaften des Schnees. Ist der Schnee trocken, genügt ein solches Profil pro Woche. Ist er nass, graben und messen sie bis zu dreimal pro Woche. An diesem Tag im März halfen Francesca zwei Mitarbeitende aus anderen Forschungsgruppen des SLF. Zu dritt verbrachten sie zwei Stunden damit, zweieinhalb Meter tief zu graben. Dabei bewegten sie fast zwei Tonnen Schnee – und müssen diese Massen wieder in das Loch werfen, wenn Carletti fertig gemessen hat.

Sie geht einem Phänomen nach zwischen der Feuchtigkeit des Schnees und den Radarwellen, die dieser an den Satelliten Sentinel-1 reflektiert. Der Satellit sendet Radarwellen aus seiner Umlaufbahn zur Erdoberfläche und misst, wie viel davon zurückkommt. Etwa zweimal alle fünf Tage überfliegt er das Versuchsfeld Weissfluhjoch. Schon länger ist ein direkter Zusammenhang bekannt: Wird der Schnee nass, nimmt die Intensität der reflektierten Wellen ab. Noch vergleichsweise neu ist die Theorie, dass sie ihren tiefsten Punkt genau dann erreicht, wenn der Gehalt an flüssigem Wasser im Schnee (Liquid Water Content, LWC, siehe Kasten) am höchsten ist. Das Wasser beginnt dann, in Bäche, Flüsse und Seen abzufliessen. «Wir wollen diesen Zusammenhang nachweisen», erklärt Carletti. Gelingt ihr das, könnten die Satellitendaten in Zukunft dazu dienen, Wasserressourcen einzuschätzen, nicht nur für die Schweiz, sondern weltweit. Beispielsweise können Betreiber von Wasserkraftwerken auf Basis dieser Daten besser planen, wann sie ihre Rückhaltebecken auffüllen.

Noch steht Carletti allerdings regelmässig in einem tiefen Schneeloch, klettert eine Leiter hoch und runter, steckt mehr als ein Dutzend Thermometer in die Schneewand. Mit einer Präzisionswaage bestimmt sie die Dichte des Schnees und wie sich diese vom oberen Rand ihres Lochs bis zum Boden verändert. Für den LWC verwendet sie eine spezielle Sonde, die Techniker am SLF entwickelt haben und die sie in regelmässigen, vertikalen Abständen in die Schneewand einführt.

Der Winter 2023/24 ist bereits die zweite Saison, in der sie misst – und sie ist zuversichtlich, dass sie den Zusammenhang zwischen Satellitendaten und Prozessen bei der Schneeschmelze nachweisen kann: «Bis jetzt habe ich gute Ergebnisse, was die Übereinstimmung angeht.»

Was ist … das Schneewasseräquivalent (SWE)?
Eine Schneedecke besteht aus zahlreichen Schichten mehr oder weniger stark zusammengepressten (dichten) Schnees. Das Schneewasseräquivalent gibt an, wie hoch eine Wasserschicht nach dem Schmelzen der Schneedecke wäre, angegeben in Millimeter. Jeder Millimeter entspricht einem Liter Wasser pro Quadratmeter Schneedecke. Ein Zentimeter Neuschnee mit einer typischen Dichte von hundert Kilogramm pro Kubikmeter kg/m³ ergibt einen Millimeter Wasser. Ein Beispiel: Mitte April 2024 betrug die mittlere Dichte der Schneedecke auf dem Versuchsfeld Weissfluhjoch 416 Kilogramm pro Kubikmeter, was bei einer Schneehöhe von 2,7 Metern einem Wasserwert von rund 1100 Millimetern beziehungsweise 1100 Liter Wasser pro Quadratmeter entspricht.

Was ist … der Wassergehalt (Liquid Water Content, LWC)?
Schnee besteht aus festem Wasser. In einer Schneedecke kann jedoch gleichzeitig sowohl gefrorenes, festes als auch flüssiges Wasser vorkommen. Der Flüssigwassergehalt (Englisch: Liquid Water Content, kurz LWC) gibt den prozentualen Anteil des flüssigen Wassers in einer Schneedecke an. Bei null Prozent ist der Schnee trocken, eine feuchte Schneedecke kommt auf Werte von bis zu vier Prozent, Nassschnee hat einen Wert um die 20 Prozent.

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Quelle: GFZ 11. Mai 2024.

11. Mai 2024 – Der Vergleich mit geologischen Karten, Informationen zu Grundwasserspeichern und Daten der GRACE-Satellitenmission zeigt einen besorgniserregenden Trend: In zahlreichen iranischen Provinzen wächst das Risiko einer irreversiblen Erschöpfung und Schädigung der Grundwasserreservoirs, wobei einige Reservoirs möglicherweise dauerhaft verloren gehen.
Insbesondere in der südostiranischen Provinz Kerman kommt es zu dramatischen Absenkungsraten. „Der Bezirk Rafsanjan in der Provinz Kerman ist Irans Zentrum der Pistazienproduktion, und wir haben dort alarmierende Senkungsraten gemessen, die an einigen Standorten 35 Zentimeter pro Jahr übersteigen“, sagt Mahdi Motagh. Er ist Arbeitsgruppenleiter in der GFZ-Sektion „Fernerkundung und Geoinformatik“ und Professor am Institut für Photogrammetrie und GeoInformation an der Leibniz-Universität Hannover, wo Hauptautor Dr. Mahmud Haghshenas Haghighi Wissenschaftlicher Mitarbeiter ist. Sie nutzten Radar-Interferometrie (Engl. “Interferometric Synthetic Aperture Radar”| InSAR), um die Bodenabsenkungen zu messen. „Anhand von mehr als 6.000 Sentinel-1-Bildern aus dem Zeitraum zwischen 2014 und 2020 haben wir eine Karte der Landabsenkung mit einer bislang einzigartigen Auflösung von 100 Metern für ganz Iran erstellt“, sagt Motagh.

In dem Land mit rund 84 Millionen Menschen zeichnet sich seit Jahren eine Grundwasserkrise ab. Durch die Kombination von Satellitendaten mit verschiedenen geologischen Beobachtungen und hydrogeologischen Messungen wurde für Iran ein nicht nachhaltiger jährlicher Grundwasserverlust von 1,7 Milliarden Kubikmetern (BCM) ermittelt. Das Ausmaß dieses Verlustes stellt eine große Herausforderung dar, da die Wiederauffüllung solcher Grundwasservolumina Hunderte oder sogar Tausende von Jahren dauern könnte, wenn sie überhaupt möglich ist.

Den Autoren zufolge ist der Hauptgrund für diesen enormen Verlust an Grundwasser die nicht nachhaltige Bewässerungslandwirtschaft, die durch das Bevölkerungswachstum und die Industrialisierung des Iran noch verstärkt wird. Mahdi Motagh sagt: „Die nicht-nachhaltige Entnahme von Grundwasser ist leider alltägliche Praxis geworden.“

Landabsenkungen, die ein sichtbares Zeichen für die Verdichtung der Grundwasserleiter sind, treten im ganzen Land auf. Etwa 3,5 Prozent der iranischen Landfläche sind von diesem Problem betroffen, das Millionen von Menschen und wichtige Infrastrukturen wie Flughäfen und Eisenbahnen in Mitleidenschaft zieht. In Provinzen wie Teheran, Isfahan, Kerman und Khorasan Razavi wohnt mehr als ein Viertel der Bevölkerung in Gebieten, die in unterschiedlichem Maße von Bodensenkungen bedroht sind. „Die in Provinzen wie Kerman, Teheran, Alborz, Fars und Khorasan Razavi gemessenen Absenkungsraten von mehreren zehn Zentimetern pro Jahr gehören zu den höchsten der Welt“, sagt Mahmud Haghshenas Haghighi.

Die beiden Autoren betonen: „Diese umfassende Analyse unterstreicht den dringenden Bedarf an sofortigen Maßnahmen und der Umsetzung einer kohärenten Grundwasserpolitik. Eine solche Politik ist für die Bewältigung der iranischen Grundwasserkrise und die Bekämpfung des Wasserdefizits von entscheidender Bedeutung.“

Originalpublikation:
Mahmud Haghshenas Haghighi, Mahdi Motagh, Uncovering the impacts of depleting aquifers: A remote sensing analysis of land subsidence in Iran.Sci. Adv.10, eadk3039(2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk3039
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk3039

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• GRACE-C

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Quelle: ESA 24. Januar 2024.

24. Januar 2024 – Die kürzlich in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Studie wurde von Global Fishing Watch geleitet – einer Organisation, die sich für die Nutzung des Meeres mit mehr Transparenz der menschlichen Aktivitäten auf See einsetzt.

Nicht alle Boote sind gesetzlich verpflichtet, ihre Position anzugeben, aber Schiffe, die nicht in öffentlichen Überwachungssystemen erfasst sind, oft als „dunkle Flotten“ bezeichnet, können Herausforderungen für den Schutz und die Bewirtschaftung natürlicher Ressourcen darstellen.

Mithilfe von Radardaten der Copernicus Sentinel-1-Mission und zusätzlichen optischen Daten der Copernicus Sentinel-2-Mission zusammen mit GPS-Informationen über einen Zeitraum von fünf Jahren konnten Forschende von Global Fishing Watch Schiffe identifizieren, die ihre Positionen nicht angegeben hatten.

Durch die Anwendung von maschinellem Lernen auf die Daten konnten die Forschenden dann schlussfolgern, welches der Schiffe in der Fischerei tätig war.

Die Untersuchung erstreckte sich über den Zeitraum 2017-2021 und beinhaltete Küstengewässer auf sechs Kontinenten, in denen der überwiegende Teil der Fischerei- und Offshore-Infrastruktur konzentriert ist.

Sie fanden zahlreiche unsichtbare Fischereifahrzeuge in vielen Meeresschutzgebieten und eine hohe Konzentration von Schiffen in den Gewässern vieler Länder, die zuvor nur wenig bis gar keine Schiffstätigkeit durch öffentliche Überwachungssysteme zeigten.

Es stellte sich auch heraus, dass mehr als 25 % der Aktivitäten von Transport- und Energieschiffen in den Überwachungssystemen fehlten.

„Auf unseren Meeren zeichnet sich eine neue industrielle Revolution ab, die bislang unentdeckt geblieben ist“, sagte David Kroodsma, Direktor für Forschung und Innovation bei Global Fishing Watch.

„An Land haben wir detaillierte Karten von fast jeder Straße und jedem Gebäude auf dem Planeten. Im Gegensatz dazu ist das Wachstum auf unseren Ozeanen der Öffentlichkeit weitgehend verborgen geblieben. Diese Studie hilft, die toten Winkel zu beseitigen und wirft ein Licht auf die Breite und Intensität der menschlichen Tätigkeit auf See.“

Fernando Paolo, Senior Machine Learning Engineer bei Global Fishing Watch, fügte hinzu: „Historisch gesehen wurde die Schifffahrt unzureichend dokumentiert, was unser Verständnis darüber einschränkt, wie die weltweit größte öffentliche Ressource – der Ozean – genutzt wird.

Durch die Kombination von Weltraumtechnologie und modernstem maschinellem Lernen haben wir bisher unbekannte industrielle Aktivitäten auf See in einem nie dagewesenen Umfang erfasst.“

Öffentlich zugängliche Daten deuten darauf hin, dass Asien und Europa eine ähnliche Anzahl von Fischereifahrzeugen innerhalb ihrer jeweiligen Grenzen haben – dies ist jedoch nicht der Fall.

Jennifer Raynor, Assistenzprofessorin für Naturressourcen-Ökonomie an der Universität Wisconsin-Madison, sagte: „Unsere Kartierung zeigt, dass Asien dominiert. Von zehn Fischerbooten, die wir auf dem Wasser gefunden haben, waren sieben in Asien, während nur eines in Europa war.

Durch die Kenntlichmachung nicht erfasster Schiffe haben wir das umfassendste öffentliche Bild der globalen industriellen Fischerei geschaffen, das es gibt.“

Der Copernicus Sentinel-1-Missionsleiter der ESA, Nuno Miranda, erklärte: „Wir sind über die Ergebnisse der Studie überrascht. Ich glaube nicht, dass irgendjemand erwartet hat, dass 75 % der Schiffe auf See ihre Position nicht übermitteln.

Wir sind sehr stolz auf die wichtige Rolle, die Sentinel-1 bei diesen erstaunlichen Ergebnissen gespielt hat.

Die Mission zeigt, wie die Fähigkeit des Radars, bei jedem Wetter, bei Tag und bei Nacht Bilder zu liefern, in Verbindung mit seinen systematischen und globalen Beobachtungen ein besseres Verständnis für die Auswirkungen des Menschen auf die Umwelt und die natürlichen Ressourcen ermöglicht.“

Neben den Auswirkungen auf Schiffe, die illegal fischen könnten, werden diese Ergebnisse auch dazu beitragen, mehr über die Treibhausgasemissionen auf See zu erfahren.

Die Studie betrachtete auch Offshore-Infrastruktur wie Windräder und Ölplattformen.

Während des Untersuchungszeitraums nahmen die Ölplattformen um 16 % zu, während sich die Zahl der Windturbinen mehr als verdoppelte. Bis 2021 übertreffen die Turbinen die Ölplattformen. Chinas Offshore-Windenergie verzeichnete mit einer Verneunfachung zwischen 2017 und 2021 das stärkste Wachstum.

Diese Daten helfen uns, die Auswirkungen und Trends der Entwicklung verstehen.

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• Copernicus (früher GMES)

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Quelle: Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei 9. März 2023.

9. März 2023 – Das Thünen-Institut bietet in seinem Thünen-Atlas (atlas.thuenen.de) ab sofort interaktive Karten zum Wald an, die eine deutschlandweite Übersicht geben zur bestockten Holzbodenfläche – also der Fläche, auf der Bäume wachsen – und zu den dominierenden Baumarten. Die Karten sind nicht nur wichtige Informationsquellen für Behörden, Politik, NGOs und Verbände, sondern können auch für weiterführende Forschung und für Bildungszwecke im Bereich Wald und Umwelt genutzt werden.

Die digitalen Karten haben eine Auflösung von 10 m x 10 m. Die Karte der dominierenden Baumarten basiert auf Sentinel-Satellitendaten. Diese Satelliten gehören zum Copernicus-Programm der Europäischen Weltraumbehörde (ESA) und werden zur globalen Umweltbeobachtung eingesetzt, etwa um Veränderungen der Landnutzung zu erfassen, Gewässer und Küsten zu überwachen und satellitengestützte Klimadaten zu erheben. Für die Klassifizierung der Baumarten und zur umfassenden statistischen Überprüfung der Ergebnisse wurden die bundesweit einheitlichen Stichprobendaten der Bundeswaldinventur 2012 (https://www.bundeswaldinventur.de/) sowie der Kohlenstoffinventur 2017 eingesetzt.

Satellitendaten liefern somit wertvolle Zusatzinformationen für die Erfassung unserer Wälder und deren Entwicklung. Die von Politik und Gesellschaft benötigte Detailtiefe zu den Waldökosystemen geht jedoch weit darüber hinaus. Hauptinformationsquelle zu den Wäldern in Deutschland werden daher auch künftig die terrestrischen Inventuren wie die Bundeswaldinventur, die Kohlenstoffinventur und die Bodenzustandserhebung im Wald sein.

Karte bestockter Holzboden 2018
(https://atlas.thuenen.de/layers/geonode:fnews_holzbodenmaske_2018_32632)
Die Holzbodenkarte 2018 bildet die mit Bäumen bestandene Waldfläche des Jahres 2018 ab. Sie stellt die Grundlage dar für weitere fernerkundungsbasierte Analysen im Wald, zum Beispiel die Baumarten-Kartierung oder die Erstellung von Biomasse-Karten, aber auch zum Erkennen künftiger Veränderungen der Holzbodenfläche. Dazu soll die Karte „bestockter Holzboden“ in regelmäßigen Abständen aktualisiert werden, sofern es dafür eine Finanzierung gibt.

Wichtige Grundlage für die Kartierung der Waldfläche auf der Basis von Fernerkundungsdaten ist eine einheitliche Definition von Wald. Das Copernicus-Beobachtungsprogramm orientiert sich an der internationalen Walddefinition der FAO. Die am Thünen-Institut für Waldökosysteme erstellte Karte verwendet allerdings die für Deutschland optimierte Walddefinition der Bundeswaldinventur. Die Karte wurde mit den Daten der Kohlenstoffinventur 2017 validiert und erreicht eine Gesamtgenauigkeit von über 95 %.

Karte dominierender Baumarten
(https://atlas.thuenen.de/layers/geonode:Dominant_Species_Class)
Die Karte der dominierenden Baumarten im Wald, die das Thünen-Institut für Waldökosysteme in Kooperation mit der Humboldt-Universität zu Berlin und der Technischen Universität Berlin entwickelt hat, deckt die gesamte Waldfläche Deutschlands für den Referenzzeitraum 2017/2018 ab. Dadurch wird es zum Beispiel möglich, baumartenspezifische Veränderungen des Waldes in den von Waldschäden geprägten Jahren nach 2018 zu analysieren. Ebenso kann die Baumartenkarte eine wichtige Eingangsgröße für eine Resilienz-Analyse des Waldes mit Blick auf das sich verändernde Klima darstellen – also die Frage, wie bestimmte Baumarten oder Baumbestände mit den Klimaänderungen zurechtkommen.

Für die Kartenerstellung wurden die Daten der Bundeswaldinventur mit Sentinel-2- und Sentinel-1-Satellitendaten des Copernicus-Programms kombiniert und mit Verfahren des maschinellen Lernens verarbeitet. Regionale Wuchsbedingungen wurden durch Wetter- und Klimadaten des Deutschen Wetterdienstes und durch ein deutschlandweites Höhenmodell berücksichtigt.

Als Referenzdaten zur Erstellung der Baumartenkarte dienten die umfangreichen Daten der Bundeswaldinventur. Die statistische Überprüfung zeigte, dass sich die häufigsten Baumarten wie Fichte, Kiefer, Buche und Eichen gut voneinander trennen lassen. Es zeigte sich aber auch, dass noch Forschungs- und Optimierungsbedarf besteht bei sehr jungen Beständen oder bei Mischwäldern mit vielen unterschiedlichen Baumarten auf kleinem Raum. Dennoch ist die jetzt veröffentlichte Karte mit 11 Baumartengruppen ein zentraler Schritt in der Entwicklung von flächendeckenden, waldbezogenen Informationen, die viele Folgeanalysen auf nationaler Ebene ermöglicht.

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• Planet Erde

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Quelle: DLR 14. Februar 2023.

14. Februar 2023 – Satellitenbilder zeigen, wie sich das Land durch die schweren Erdbeben in der Türkei und in Syrien verschoben hat: Die Verwerfungen betragen nach einer Auswertung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) an manchen Stellen bis zu sechs Meter. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben Daten des europäischen Radarsatelliten Sentinel-1 analysiert und visualisiert. Die Risse sind an der Oberfläche auf etwa 250 Kilometern Länge zu erkennen.

Der größere Riss im Süden ist eine Folge des Hauptbebens, das sich am 6. Februar 2023 in den frühen Morgenstunden ereignete. Der zweite Riss, der nördlich des ersten liegt, entstand bei dem schweren Nachbeben am gleichen Tag. Die blauen Flächen stehen für eine Bewegung in östliche Richtung, die roten Flächen für eine Bewegung in westliche Richtung.

Beide Erdbeben-Bereiche gehören geologisch zur sogenannten Ostanatolischen Störungszone. Hier stoßen die anatolische und die arabische Platte aneinander. Dadurch entstehen Spannungen in der Erdkruste, die sich bei den Erdbeben gelöst haben. Die Bewegungen werden von Satelliten genau erfasst. Für die Analyse verwendeten die Forschenden im Earth Observation Center (EOC) des DLR Aufnahmen vom 29. Januar und vom 10. Februar 2023, die sie miteinander verglichen.

Der Radarsatellit Sentinel-1 gehört zur Sentinel-Satellitenflotte des europäischen Copernicus-Programms. Satellitengestütztes Radar (Synthetic Aperture Radar, SAR) nutzt zur Erdoberfläche gesendete Radar-Impulse und liefert zu jeder Tageszeit und Wetterlage Aufnahmen. Das SAR-Prinzip berechnet dabei die Laufzeiten der Signale und führt so hochgenaue Messungen der Distanz vom Satelliten zur Erdoberfläche durch.

DLR unterstützt Einsatzkräfte in der Türkei
In der ersten Woche nach dem Erdbeben waren zwei Wissenschaftler vom DLR-Institut für Optische Sensorsysteme gemeinsam mit Helferinnen und Helfern von I.S.A.R. Germany vor Ort in der Türkei. Das DLR hat eine neuartige Kamera (Modular Aerial Camera System, MACS) für die Lageaufklärung vor Ort bereitgestellt. Eingebaut in eine Hightech-Drohne von Quantum Systems überflog die Kamera schwer betroffene Regionen und sendete die Luftbilder als Karte direkt in das Einsatzführungssystem (ICMS) der Vereinten Nationen (UN).

Im DLR wertet außerdem das Zentrum für satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) Satellitenaufnahmen aus und bereitet sie zum Beispiel zu digitalen Karten auf. Diese Lageinformationen werden an Helferinnen und Helfer vor Ort weitergegeben. Das ZKI ist ebenfalls ein Teil des Earth Observation Center in Oberpfaffenhofen.

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Quelle: ESA 22. September 2022.

22. September 2022 – Das einzigartige Konzept der Satellitenmission Harmony soll nun verwirklicht werden und eine Fülle neuer Informationen über unsere Ozeane, das Eis, Erdbeben und Vulkane hervorbringen, die einen wichtigen Beitrag zur Klimaforschung und Risikoüberwachung leisten werden.

Die im Rahmen des FutureEO-Programms der ESA entwickelten Earth Explorers sind wegweisende Forschungsmissionen, die aufzeigen, wie neuartige Beobachtungsmethoden zu neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen über unseren Heimatplaneten führen. Sie treiben die Wissenschaft und Technologie voran und befassen sich mit Fragen, die sich direkt auf den Klimawandel und gesellschaftliche Themen wie die Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln, Wasser, Energie, Ressourcen und die öffentliche Gesundheit auswirken.

Die Erde ist ein hochdynamisches System, wo der Transport und Austausch von Energie und Materie durch zahlreiche Prozesse und Rückkopplungsmechanismen geregelt wird. Die Aufschlüsselung dieser komplexen Prozesse ist eine riesige Herausforderung, um zu verstehen, wie unser Erd-System funktioniert.

Durch Harmony wird unser Verständnis noch viel klarer werden.

Harmony wird durch die Stärkung der Wissenschaft auch zur Lösung gesellschaftlicher Probleme beitragen, wie sie in den Grand Challenges des Weltklimaforschungsprogramms und in den Zielen für nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen festgelegt sind.

Diese aufregende neue Mission besteht aus zwei identischen Satelliten, die im Konvoi mit einem Copernicus Sentinel-1-Satelliten die Erde umkreisen. Jeder Harmony-Satellit ist mit einem Synthetischen Apertur Radar, das nur den Empfang ermöglicht, sowie mit einem Multiview-Thermo-Infrarot-Instrument ausgestattet.

Harmony wird zusammen mit den Beobachtungen von Sentinel-1 eine umfangreiche Palette einzigartiger hochauflösender Beobachtungen von Bewegungen an oder nahe der Erdoberfläche liefern.

Der leitende Forscher von Harmony, Paco López-Dekker von der Technischen Universität Delft in den Niederlanden, erklärt: „Harmony wird beispielsweise zur Quantifizierung der Prozesse eingesetzt, die den Austausch von Schwung, Wärme und Feuchtigkeit zwischen der Meeresoberfläche und der darüber liegenden Luft bestimmen. Dieser Austausch beeinflusst die Prozesse in der unteren Atmosphäre, bestimmt die Wettermuster und wirkt sich auf unser Klima aus.

„Es wird auch zur Untersuchung der Verformung und der Strömungsdynamik an den sich schnell verändernden Rändern des Eisschildes eingesetzt, um den Anstieg des Meeresspiegels besser nachvollziehen zu können.

„Harmony wird außerdem die Bewegung von Gebirgsgletschern beobachten, die für die Versorgung von Hunderten von Millionen Menschen mit Süßwasser entscheidend sind. Die Bedeutung des Verständnisses ihrer Veränderungen kann daher nicht hoch genug eingeschätzt werden.

„Außerdem wird Harmony für die Messung kleinerer Veränderungen der Landoberfläche eingesetzt, wie z. B. bei Erdbeben und vulkanischer Aktivität, und trägt somit zur Risikoüberwachung bei.“

Das Konzept von Harmony wurde in den letzten vier Jahren einer strengen Machbarkeitsprüfung und einem Vorentwicklungsprozess unterzogen, an dessen Ende der Programmausschuss der ESA für Erdbeobachtung (PB-EO) den Vorschlag der ESA akzeptierte, u. a. auf der Grundlage der wissenschaftlichen Beratung und der Empfehlung des Beratenden Ausschusses für Erdbeobachtung (ACEO).

René Forsberg, Mitglied des Beratenden Ausschusses für Erdbeobachtung der ESA, sagte: „Die bahnbrechenden Forschungsmissionen der ESA, die Earth Explorer, sind von grundlegender Bedeutung für die Stellung Europas als Weltmarktführer in der Erdbeobachtung. Wir freuen uns sehr, dass Harmony sich dieser außergewöhnlichen Familie von Missionen anschließt und sind überzeugt, dass sie bedeutende Fortschritte im Verständnis der Vorgänge auf unserem fragilen Planeten bringen wird.“

Simonetta Cheli, ESA-Direktorin für Erdbeobachtungsprogramme, fügte hinzu: „Die Earth Explorers sind in der Tat entscheidend für unser FutureEO-Programm – ein Programm, das neue Ideen zur Entwicklung bahnbrechender Satellitenmissionen und -konzepte sowie zur Erprobung innovativer Technologien nutzt. FutureEO fördert kreative neue Wege zur Nutzung der Erdbeobachtung und ermöglicht so die Entfaltung wissenschaftlicher Spitzenleistungen zur Bewältigung der gesellschaftlichen Herausforderungen von morgen.

„Die neuartige Technologie und die von den Earth Explorers erprobten Beobachtungsmethoden sind ebenfalls von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung „operativer“ Missionen, wie z. B. die europäischen Copernicus Sentinel Missionen, die systematische Daten für Umweltdienste liefern.

„Wir gehen bei Harmony davon aus, dass seine Technologie wichtig für die Erweiterung der Kapazitäten der Copernicus Sentinel-1 Next Generation Mission sein wird.“

Da Harmony nun offiziell als zehnter Earth Explorer ausgewählt wurde, ist die Mission Teil des ESA-Vorschlags für die Erdbeobachtung der Zukunft (Earth Observation FutureEO) auf der bevorstehenden Ratstagung auf Ministerebene (CM22), bei der die Mitgliedstaaten Finanzierungsentscheidungen treffen werden.

Der nächste Schritt ist dann die Feinabstimmung des Missionskonzeptes und der anschließende Bau im Hinblick auf den Start der Satelliten im Jahr 2029.

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• ESA

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Quelle: DLR 11. August 2022.

11. August 2022 – China, die Europäische Union (EU) und Großbritannien betreiben weltweit die meisten Offshore-Windkraftanlagen. Das hat eine Auswertung von Satellitendaten durch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ergeben. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben mit einer Künstlichen Intelligenz (KI) nicht nur die Anzahl und die Standorte der Anlagen ermittelt, sondern auch die Entwicklung der vergangenen Jahre, die Leistung und die Entstehung neuer Anlagen.

Im Juni 2021 waren in China 3.267 Offshore-Windkraftanlagen in Betrieb, in der Europäischen Union (EU) 3.096 und in Großbritannien 2.378. Weltweit wurden 8.885 Anlagen gezählt. Bei der Leistung lag die EU vorne: Die Offshore-Windkraftanlagen in der Nord- und Ostsee, der Irischen See sowie im Atlantik vor Portugal kamen auf 15,2 Gigawatt (GW). Die chinesischen Anlagen kamen zu dem Zeitpunkt auf 14,1 GW, die britischen auf 10,7 GW. „Zusammen sind das rund 98,5 Prozent der weltweit vorhandenen, installierten Offshore-Windkraftleistung von 40,6 GW im Juni 2021“, erklärt Thorsten Höser vom Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) in Oberpfaffenhofen. Zum Vergleich: Die drei aktuell noch laufenden Atomkraftwerke in Deutschland haben eine installierte Leistung von insgesamt 4,3 GW.

Ausbau der Offshore-Windenergie
„Ein Blick auf die zeitliche Dynamik verrät, dass vor allem der Eintritt Chinas in den Offshore-Windenergiesektor und der Bau von Offshore-Windparks in Chinesischen Gewässern die Expansionsdynamik beeinflusst hat“, sagt Thorsten Höser. Laut den ermittelten Daten waren dort Mitte des vergangenen Jahres 627 neue Anlagen im Bau. Vor den EU-Küsten waren 63 Anlagen im Bau. Vor den Küsten der USA wurden sieben bestehende Offshore-Windkraftanlagen gezählt. Die Auswertung bezog sich nicht auf landgestützte Windkraftanlagen.

„Offshore-Windkraftanlagen sind ein wichtiger Baustein für eine treibhausgasneutrale Energieerzeugung und unterstützen gleichzeitig nationale Bestrebungen einer autarken Energieproduktion unabhängig von Kohle und Erdgas. Dabei haben sie den Vorteil, an Standorten errichtet zu werden, wo hohe und stetige Windgeschwindigkeiten herrschen“, sagt Prof. Claudia Künzer, Leiterin der Abteilung Dynamik der Landoberfläche im DFD. „1991 wurde der erste Windpark der Welt an der Dänischen Küste errichtet. Seitdem nimmt die Anzahl der Offshore-Windkraftanlagen in Deutschland, Europa und weltweit stetig zu.“ Sowohl die Bundesregierung, als auch die EU und Großbritannien streben aktuell einen Ausbau der Offshore-Windenergie an.

Künstliche Intelligenz zur Auswertung globaler Satellitendaten
Die Analyse von Satellitenbildern ermöglicht erstmals, einen globalen Überblick über den Offshore-Windenergiesektor zu erhalten. Für die Auswertung wurden Zeitreihen des Radarsatelliten Sentinel-1 der Europäischen Weltraumorganisation ESA seit dem Jahr 2016 genutzt. Charakteristisch für die Sentinel-1 Mission ist eine kontinuierliche Wiederholung der Aufnahmen innerhalb weniger Tage.

Die Forschenden am DFD haben Algorithmen entwickelt, die Verfahren der KI – und hier speziell des Maschinellen Lernens – einsetzen, um Offshore-Windkraftanlagen automatisch aus dem riesigen Sentinel-1-Archiv auszulesen. Das Archiv stellte im Jahr 2021 mehr als elf Petabyte Daten bereit. Ein neuronales Netz wurde mit Beispielen darauf trainiert, Windturbinen zu erkennen. „Die Trainingsbeispiele sollten vielfältig sein, um dem neuronalen Netz eine große Möglichkeit an Szenerien während des Lernens zu präsentieren“, erklärt Thorsten Höser, der die Auswertung der Daten geleitet hat. Ein Teil der Forschungsarbeit befasste sich mit der Erstellung der Beispiele. Sie beschreiben charakteristische Eigenschaften eines Satellitenbildes. Anschließend werden die Bildeigenschaften neu zusammengesetzt, um zehntausende völlig neue virtuelle Trainingsbilder zu erzeugen. Dieser Ansatz ist auf andere Objekte übertragbar. So können in Zukunft neben Offshore-Windturbinen weitere Objekte aus globalen Satellitendaten-Archiven extrahiert werden.

Weitere Zahlen und Informationen zu diesem Thema stellt die DLR-Veröffentlichungsreihe „Daten und Fakten“ bereit: Offshore-Windenergie: Anlagenzahl, Kapazität, Ausblick.

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• Planet Erde

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Quelle: Airbus Defence and Space 21. Juni 2022.

Friedrichshafen, 21. Juni 2022 – Airbus hat das dritte Instrument für die Sentinel-1-Satellitenserie fertiggestellt. Weltpremiere hat ein neuer Trennmechanismus, der helfen soll, Weltraumschrott zu vermeiden. Das C-Band-Radar für den Copernicus-Satelliten Sentinel-1C ist nun auf dem Weg zu den Anlagen von Thales Alenia Space in Rom, Italien, wo es integriert und getestet werden wird. Der Start des Satelliten ist für die erste Hälfte des Jahres 2023 geplant.

Der C-Band-Radarstrahl, den das Instrument erzeugt, kann Veränderungen an der Erdoberfläche mit einer Genauigkeit von wenigen Millimetern feststellen. Das Synthetic Aperture Radar (SAR) hat den Vorteil, dass es bei Wellenlängen arbeitet, die nicht durch Bewölkung oder fehlende Beleuchtung beeinträchtigt werden. Deshalb kann es bei Tag und Nacht und unter allen Wetterbedingungen Daten für die Überwachung von See- und Landgebieten, Notfallmaßnahmen, den Klimawandel und die Sicherheit erfassen. Ein primärer Betriebsmodus über Land und ein weiterer über dem offenen Meer ermöglichen einen vorprogrammierten Betrieb. Typischerweise wird ein Radarbild von einem 250 Kilometer breiten Streifen mit hoher geometrischer Auflösung (5 x 20 m) aufgenommen.

Das neue Radarinstrument für Sentinel-1C ist weitgehend identisch mit den beiden Vorgängermodellen, weist aber eine Besonderheit auf, eine von Airbus patentierte Erfindung, die zum ersten Mal eingesetzt wird. Sie besteht aus Lötstellen an den wichtigsten Verbindungspunkten zum Satelliten, die bei starker Erwärmung schmelzen und die Radarantenne von der Satellitenplattform trennen. Beide Teile sind dann getrennt der vollen Reibungshitze ausgesetzt und verglühen beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre am Ende der nominellen Lebensdauer des Satelliten von 7,25 Jahren früher und schneller. Damit leistet die Airbus-Erfindung einen wichtigen Beitrag zur Vermeidung von Weltraummüll und zum Schutz der Umwelt im Orbit.

Die Teams von Airbus Space Systems haben die 12,3 m x 0,9 m große Antenne in Friedrichshafen gebaut und überprüft, während das elektronische Teilsystem in Portsmouth (Großbritannien) hergestellt wurde.

Die T/R-Module (Transmit & Receive) und die Front-End-Elektronik wurden von Thales Alenia Space nach Airbus-Spezifikationen entwickelt und produziert.

Seit April 2014 liefert die Sentinel-1-Mission “rund um die Uhr” und bei allen Wetterbedingungen Bilddaten für Copernicus. Copernicus ist das weltgrößte Umweltprogramm – geführt von Europa. Es ist ein gemeinschaftliches Vorhaben der Europäischen Kommission und der Europäischen Weltraumorganisation ESA.

Bis Ende Mai 2022 haben mehr als 620.000 Nutzer rund 39 Millionen Sentinel-1-Produkte heruntergeladen, was 48 Millionen Gigabyte an Daten entspricht.

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• Copernicus (früher GMES)

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Quelle: Arianespace.

Évry, Frankreich, 7. April 2022 – Arianespace hat von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) im Namen der Europäischen Kommission den Auftrag erhalten, Sentinel-1C in der ersten Hälfte des Jahres 2023 auf Vega-C zu starten. Der rund 2,3 Tonnen schwere Satellit soll auf einer sonnensynchronen Umlaufbahn in einer Höhe von rund 690 km platziert werden.

„Wir sind sehr stolz auf diesen neuen Launch-Vertrag im Namen von Europäischen Kommission und der Europäischen Weltraumorganisation ESA sein“, sagte Stéphane Israël, CEO von Arianespace. „Für Arianespace ist dieser Vertrag ein Zeichen des Vertrauens in Vega-C und ein starkes Zeichen für das Engagement der europäischen Institutionen für einen autonomen Zugang zum Weltraum.“

Sentinel-1C, Nachfolger der von Arianespace in den Jahren 2014 und 2016 gestarteten Sentinel- 1A- und -1B-Satelliten, wird die von den beiden Vorgängersatelliten angebotene Basiskapazität vervollständigen und den Bedarf an weltraumgestützten Radarsystemen zur Überwachung von Umwelt und Sicherheit decken. Als Teil des Copernicus-Programms gewährleisten die Sentinel- Satelliten Europa einen kontinuierlichen, unabhängigen und zuverlässigen Zugang zu Erdbeobachtungsdaten.

Copernicus ist eines der Flaggschiffe des Raumfahrtprogramms der Europäischen Union und umfasst derzeit acht Sentinel-Satelliten: die Radar-Imaging-Satelliten Sentinel-1A und -1B, die optischen Imaging-Satelliten Sentinel-2A und -2B, Sentinel-3A und -3B zur Überwachung der Ozeane und der Atmosphäre, Sentinel-5P zur Überwachung der Luftqualität, und Sentinel-6 zur Überwachung des Meeresspiegels. Weitere Sentinel-Satelliten wie Sentinel-4, Sentinel-5 und die CO₂-Überwachungsmission – um nur einige zu nennen – sind in Vorbereitung.

Die neue Vega-C-Trägerrakete der ESA, die von Avio (Colleferro, Italien) als Hauptauftragnehmer gebaut wird, ist speziell für den Start von Satelliten der Klasse von Sentinel-1C ausgelegt und eignet sich aufgrund ihrer Leistung und Vielseitigkeit perfekt für die Erdbeobachtung. Mit Vega-C und Ariane 6 ist Arianespace in der Lage, die bestmöglichen Lösungen anzubieten, um alle Arten von Nutzlasten für eine breite Palette von Anwendungen zu starten.

Über Arianespace
Arianespace erschließt den Weltraum zur Verbesserung der Lebensbedingungen auf der Erde. Dazu bietet das Unternehmen Startdienste für alle Arten von Satelliten in alle Umlaufbahnen an. Seit 1980 hat Arianespace über 1.100 Satelliten in den Orbit gebracht. Ab 2022 wird Arianespace die von der ESA entwickelten Trägerraketen der neuen Generation Ariane 6 und Vega C betreiben. Das Unternehmen mit Sitz in Évry bei Paris verfügt über eine Einrichtung im Raumfahrtzentrum Kourou in Französisch-Guayana sowie über lokale Vertretungen in Washington D.C, Tokio und Singapur. Arianespace ist eine Tochtergesellschaft von ArianeGroup, die 74 Prozent der Anteile hält. Die übrigen Anteile sind im Besitz von 15 weiteren Vertretern der europäischen Trägerraketenindustrie. ESA und CNES gehören dem Verwaltungsrat an.

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• Arianespace

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Quelle: ESA.

12. November 2021 – Um das Verständnis der aktuellen Trends in der globalen Urbanisierung zu verbessern, entwickeln die ESA und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Zusammenarbeit mit dem Google Earth Engine-Team den World Settlement Footprint – den weltweit umfassendsten Datensatz über die menschliche Besiedlung.

Die World Settlement Footprint Suite besteht aus mehreren verschiedenen Produkten, von denen zwei in dieser Woche während der Klimakonferenz der Vereinten Nationen (COP26) anlässlich des Cities, Regions & Built Environment Day öffentlich vorgestellt wurden: World Settlement Footprint 2019 (WSF 2019) und World Settlement Footprint Evolution (WSF Evolution). Diese Produkte wurden in mehreren Millionen Stunden Rechenzeit mit Google Earth Engine, der Plattform von Google für die Analyse von Geodaten, erstellt.

WSF 2019, das Informationen über globale menschliche Siedlungen mit beispielloser Detailgenauigkeit und Präzision liefert, enthält Daten der Copernicus Sentinel-1– und Sentinel-2-Missionen, während WSF Evolution durch die Verarbeitung von sieben Millionen Bildern des US-Satelliten Landsat, die zwischen 1985 und 2015 aufgenommen wurden, erstellt wurde und das weltweite Wachstum menschlicher Siedlungen Jahr für Jahr veranschaulicht.

Diese beispiellose Sammlung globaler Produkte zur menschlichen Besiedlung fördert unser Verständnis der Urbanisierung auf globaler Ebene.

Die neuen Produkte des World Settlement Footprint werden für nationale statistische Ämter, lokale Behörden, die Zivilgesellschaft sowie internationale Organisationen, die an der Umsetzung des Ziels 11 der Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung und der Neuen Urbanen Agenda beteiligt sind, von großem Nutzen sein. Der WSF-Datensatz hat sich als Schlüsselressource für die Analyse der Urbanisierung in Entwicklungsländern erwiesen, wo oft keine oder nur unzureichende Informationen verfügbar sind.

Mattia Marconcini, der den World Settlement Footprint des DLR leitet, erklärt: „Zu wissen, wo Menschen leben, wird als einfach erachtet, da frei zugängliche Webdienste auf ihren Plattformen detaillierte Umrisse anbieten. Wenn man sich auf Länder mit niedrigem oder mittlerem Einkommen konzentriert, insbesondere auf ländliche und vorstädtische Gebiete, wird sofort deutlich, dass für weite Teile der Welt keine Informationen über das Gesamtausmaß menschlicher Siedlungen verfügbar sind. Hier kommt der World Settlement Footprint ins Spiel.”

„Der World Settlement Footprint Evolution zeigt uns, wie sehr sich unsere Städte in den letzten 30 Jahren entwickelt haben. Die Verfügbarkeit von Satellitendaten ermöglicht es uns, eine Wissensbasis darüber aufzubauen, was dringend erforderlich ist, um die Ziele der nachhaltigen Stadtentwicklung zu erreichen und fundierte politische Entscheidungen zu treffen.”

Marc Paganini der ESA sagte: „Die Verfügbarkeit kontinuierlicher qualitativ hochwertiger Datenströme und kostenloser Satellitenbeobachtungen wie die Sentinels des europäischen Copernicus-Programms und die Landsat-Missionen in Kombination mit dem Aufkommen automatisierter Methoden für die Verarbeitung großer Datenmengen und die Datenanalyse sowie die Demokratisierung der Rechenkosten bieten beispiellose Möglichkeiten, die Veränderungen und Trends in der Stadtentwicklung weltweit effizient zu überwachen.

Der World Settlement Footprint ist ein großartiges Beispiel dafür, wie wir die Datenrevolution zum Nutzen aller Länder und Städte mobilisieren können, um niemanden zurückzulassen, was eines der Leitmotive der Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung ist.”

Die neuen WSF-Produkte wurden von einer Reihe von Nutzern, die bereits einen vorläufigen Zugang zu ihnen erhalten haben, positiv aufgenommen. Zu diesen Nutzern gehören die Weltbank, die Asiatische Entwicklungsbank, UN-Habitat und das Internationale Komitee des Roten Kreuzes.

Robert Ndugwa, Leiter der Daten- und Analyseabteilung von UN-Habitat und Verantwortlicher für die globalen Städtestatistiken der UN-Habitat, kommentierte: „Der World Settlement Footprint Evolution hat eine skalierbare Analyse und Berechnung von räumlichen Urbanisierungstrends nicht nur für einzelne Städte und Stadtgebiete, sondern auch auf nationaler und globaler Ebene ermöglicht.

Wir müssen den Aufbau nachhaltiger Städte und menschlicher Siedlungen vorantreiben, und dies hängt davon ab, wie gut wir diese Bereiche messen und wie gut wir das Wachstum all dieser Städte in der Zukunft vorhersagen können. Ich glaube, dass die Erdbeobachtung und die raumbezogenen Technologien uns die nötigen Werkzeuge geben, um diese Entwicklung voranzutreiben.”

Sameh Wahba, Weltbank-Direktor der Global Practice „Urban, Disaster Risk Management, Resilience and Land“, fügte hinzu: „Big Data werden in großem Umfang genutzt, um aktuelle Entwicklungstrends, wichtige Herausforderungen und zukünftige Urbanisierungsszenarien in verschiedenen Regionen zu verstehen und zu analysieren. Die Partnerschaft mit der ESA, dem DLR und anderen Organisationen hat es uns in den letzten Jahren ermöglicht, die Grenzen unseres Wissens zu erweitern und evidenzbasierte Daten für unsere Entscheidungsfindung zu nutzen.

„Mithilfe des World Settlement Footprint Evolution hat unser Team das Hochwasserrisiko wachsender Städte auf der ganzen Welt, wie beispielsweise Bangkok, Thailand, verfolgt. Die Daten deuten auf einen besorgniserregenden Trend hin, den wir beobachten: Neue und ungeplante Siedlungen in überschwemmungsgefährdeten Gebieten haben erheblich zugenommen, insbesondere in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen. Die hochauflösenden Daten ermöglichen es uns, gemeinsam mit unseren Partnern auf der ganzen Welt zu ermitteln, wie sich dieses Risiko entwickelt, und die Ursachen für das risikoreiche Städtewachstum zu identifizieren.”

Der World Settlement Footprint 2019 und der World Settlement Footprint Evolution können auf dem DLR Earth Observation Center erkundet werden.

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• Planet Erde

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Quelle: DLR.

16. Juli 2021 – Im Westen Deutschlands hat langanhaltender Starkregen für Überschwemmungen gesorgt. Menschen kamen ums Leben, zahlreiche Gebäude und Infrastrukturen wurden zerstört. Besonders betroffen sind Orte in Nordrhein-Westfalen und Rheinland-Pfalz. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) unterstützt die Helfer mit einer Reihe von Aktivitäten: Satellitendaten und DLR-Luftbildaufnahmen werden innerhalb kürzester Zeit ausgewertet und zum Beispiel zu Karten aufbereitet. Das Zentrum für satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) gibt die Lageinformationen an das Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe (BBK) oder das Deutsche Rote Kreuz (DRK) weiter. Außerdem besteht ein ständiger Austausch mit dem Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) und seinem satellitengestützten Krisen- und Lagedienst. Das ZKI ist eine Einrichtung im Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) in Oberpfaffenhofen. Es analysiert Erdbeobachtungsdaten und erstellt daraus aktuelle Informationen.

Das ZKI hat für Regionen in Nordrhein-Westfalen Hochwasserinformationen aus Satellitendaten (Sentinel-1) abgeleitet. Die Auswertung erfolgt mit automatisierten Verfahren. Die Bilder und die sogenannten „Wassermasken“, die die Ausdehnung der Wasserflächen verdeutlichen, stehen den Helfern zur Verfügung. Außerdem zeigt das ZKI besonders betroffene Orte, die gemeinsam mit den Rettungskräften vor Ort definiert werden, in Lagekarten. Hierfür hat das DLR Luftbilddaten mit Auflösungen von zehn bis 15 Zentimetern mit einer Kamera des Instituts für Methodik der Fernerkundung erfasst. Die Flüge konnten in Zusammenarbeit mit Partnern spontan realisiert werden.

Ein Teil der Karten ist auch zum Download allgemein verfügbar.

Die Aufnahmen und Karten entstehen im Rahmen des Forschungsprojektes AIFER in enger Zusammenarbeit mit dem Bayrischen Roten Kreuz (BRK) und dem DRK. AIFER entwickelt Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI), die Informationen aus Satellitendaten, Luftbildern und Medien automatisiert erkennen und verbinden. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt.

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• KI und Raumfahrt

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Quelle: ESA.

Zum ersten Mal sind im Rahmen des Projektes „BodenBewegungsdienst Deutschland (BBD)“ winzige Verschiebungen der Landoberfläche für ganz Deutschland abgebildet worden – und zwar mithilfe der Copernicus-Radarmission Sentinel-1.

Die Deformation der Erdoberfläche, ebenso wie ihr Absinken, geschieht häufig aufgrund von Veränderungen, die unterirdisch vonstatten gehen, zum Beispiel wegen Grundwasserentnahme, Bergbau, der natürlichen Verdichtung von Sedimenten sowie rasanter Urbanisierung.

Solche Bodenbewegungen können sehr gefährlich werden, sowohl in städtischen als auch in ländlichen Gebieten, wo kontinuierliche Verschiebungen im Laufe der Zeit zum Beispiel Gebäude, Straßen, Brücken, Deiche und weitere Infrastruktur beschädigen können. Sie können aber auch die Art und Weise, wie oberirdische Gewässer fließen und sich ansammeln, verändern. All dies hat wirtschaftliche Auswirkungen.

Stadtentwicklungsprojekte und Maßnahmen zur Gefährdungsabschätzung verlassen sich dabei auf die Überwachung der Bodenbewegungen, die üblicherweise mithilfe von landbasierten Vermessungsmethoden stattfindet.

Aus dem Weltraum gemachte Aufnahmen bieten dagegen kosteneffiziente, systematische und hochpräzise Vermessungen für einen Großteil der Erdoberfläche.

Die Radarbilder der zwei Satelliten umfassenden Copernicus-Mission Sentinel-1 können Bodenbewegungen kartographieren und dabei helfen, Veränderungen dieser Bewegungen auf wenige Millimeter genau nachzuverfolgen.

Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) hat die Missionsdaten genutzt, um mit ihrem Ground Motion Service bestimmte Datenprodukte zu generieren. Das Ergebnis ist Deutschlands erste landesweite Bodendeformationskarte.

Diese erste Karte zeigt millimetergenau, wie sich die Landoberfläche in Deutschland jährlich zwischen 2014 und 2018 verschoben hat.

Das Absinken im Ruhrgebiet im Westen des Landes, in der Karte rot markiert, rührt vom Braunkohletagebau, begleitet von einer Grundwassersenkung, her. Blau markierte, angrenzende Gebiete sind wahrscheinlich das Resultat eines Grundwasseranstiegs nach dem Stopp der Bergbauaktivitäten.

Behörden können die entwickelten Datenprodukte nutzen, um die Stadtplanung zu verbessern oder sogar, um problematische Absenkungen zu erkennen, bevor sie mit bloßem Auge zu sehen sind.

Für ausgewählte Regionen können die Daten von Copernicus Sentinel-1 im Rahmen des Dienstes auch mit Daten der deutschen Satellitenmission TerraSAR-X ergänzt werden.

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• Sentinel 1A auf Sojus VS07 vom ELS Kourou
• Sentinel 1B auf Sojus VS14

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Quelle: Tesat-Spacecom GmbH & Co. KG.

Backnang, 21. November 2018: Sentinel 1C wird ESAs achter Satellit des Copernicus Programms, der neben der Beobachtung des arktischen Meeres-Eis, der Kartierung der Meeresumwelt sowie der Überwachung von Wäldern, der Wasseroberfläche und der Bodenbeschaffenheit auch bei humanitären Hilfsmaßnahmen und in Krisensituationen unterstützen soll. Wie auch seine Vorgänger, Sentinel 1A&B und 2A&B, wird der neue Wächter mit einem Laserkommunikationsterminal (LCT) von Tesat ausgestattet. Dieses nun getestete und qualifizierte LCT ist ein Nachbau der sich bereits in Aktion befindlichen Terminals an Bord der anderen Sentinels; der Start ist für das erste Quartal 2020 angekündigt.

„Auch wenn Tesat bereits mehr als zehn Terminals produziert und in Betrieb genommen hat, ist es jedes Mal ein besonderer Moment, wenn ein LCT in den Prüfstand kommt und getestet wird“, so Matthias Motzigemba, Head of Sales Communication Systems bei Tesat. „Weltweit der einzige Serienhersteller von weltraumzertifizierter Laserkommunikationstechnologie zu sein ist definitiv eine komfortable Ausgangsposition, spornt jedoch ebenso dazu an, sich stets selbst übertreffen zu wollen.“

Diesem Anspruch folgend wird Tesat Anfang 2019 das erste Unternehmen sein, das das leichteste Direct-to-Earth (DTE) Laserterminal auf einem Cube-Satelliten in den Orbit schickt. Dabei weist das nach dem Satelliten benannte „CubeLCT“ Maße von nur 10 x 10 Zentimetern auf, bei einem Gewicht von weniger als 400 Gramm. Damit leitet das Miniatur-Terminal ein neues Zeitalter der Satellitenkommunikation aus dem niedrigen Erdorbit (LEO) ein. Eine weitere erwähnenswerte Leistung des Unternehmens aus dem Großraum Stuttgart ist, die Internationale Raumstation (ISS) mithilfe ihres anderen DTE-Terminals, T-OSIRIS, ebenfalls Anfang 2019 mit „Highspeed-Internet“ zu versorgen.

Dabei ermöglicht Tesat nicht nur die schnelle Datenverbindung zwischen Satelliten, sondern sorgt mit der Entwicklung optischer Bodenstationen auch dafür, diese Signale mit höchster Geschwindigkeit aus dem Weltall auf die Erde zu befördern. Diese ermöglichen optische Downlinks aus einer Höhe von 36.000 Kilometern und bereichern bestehende Satellitensysteme um neue Einsatzgebiete und Möglichkeiten. Wie zuvor bei beiden Direct-to-Earth Terminals ist Tesat hier in einer Entwicklungskooperation mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

„Tesat ist mit seinem breiten Laserkommunikationsportfolio bestens für die Zukunft gewappnet. Wir bieten Lösungen vom geostationären bis zu niedrigen Erdorbits, von Satellitenkonstellationen bis hin zu Cube-Satelliten und von optischen Bodenstationen bis hin zur ISS. Als das einzige Unternehmen weltweit mit einem solch differenzierten und tatsächlich weltraumgetesteten Portfolio sind wir der One-Stop-Shop für weltraumbasierte Laserkommunikation“, schließt Motzigemba.

Bei Tesat-Spacecom in Backnang entwickeln, fertigen und vertreiben rund 1.100 Mitarbeiter Systeme und Geräte für die Telekommunikation via Satellit. Das Produktspektrum reicht dabei von kleinsten raumfahrtspezifischen Bauteilen bis hin zu Modulen, ganzen Baugruppen oder Nutzlasten. Weltweit einziger Anbieter und technologisch führend ist Tesat-Spacecom bei den optischen Terminals zur Datenübertragung via Laser (LCTs). Bis heute wurden weit über 700 Raumfahrtprojekte durchgeführt.

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: Airbus Defence and Space, Arianespace, CNES, DLR, ESA, Tesat, Thales Alenia Space, ZARM.

Beim ersten Sojus-Start von Kourou im Jahr 2016 gelangte neben Sentinel 1B für Copernicus außerdem der französische Äquivalenzprinzip-Testsatellit MicroSCOPE (MICRO-Satellite à traînée Compensée pour l’Observation du Principe d’Equivalence) mit einer Startmasse von 303 Kilogramm und drei von Studenten gebaute Kleinstsatelliten, sogenannte Cubesats, in den Weltraum (Startmasse zusammen drei Kilogramm).

Dem Versuchsbetrieb von Kommunikationssubsystemen dient OUFTI 1 von der Universität Lüttich (ULg) in Belgien. Mit e-st@r-II vom Polytechnikum Turin (Politecnico di Torino, POLITO) in Italien will man den Einsatz eines Lagekontrollsystems demonstrieren, das mit Messungen des Erdmagnetfelds arbeitet. Bei AAUSAT 4 von der Universität Aalborg (AAU) in Dänemark handelt es sich um einen Satelliten zur Identifizierung von Seefahrzeugen.

Die Hauptnutzlast, Sentinel 1B, wird zusammen mit dem am 3. April 2014 gestarteten Satelliten Sentinel 1A eine Komponente des europäischen Umweltsatellitensystems Coperniucs bilden, die zur tageslichtunabhängigen Erdbeobachtung gedacht ist.

Copernicus widmet sich der Umweltbeobachtung und wird von der Europäischen Kommission (European Commission, EC) koordiniert. Die Europäische Raumfahrtagentur (European Space Agency, ESA) kümmert sich um Schaffung und Betrieb des Weltraumsegments von Copernicus. Das Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) finanziert mit Mitteln der Bundesregierung den deutschen Anteil an Copernicus.

Der Komponente Sentinel 1 ist ein breites Aufgabenspektrum in den Bereichen Umwelt, Verkehr, Wirtschaft und Sicherheit zugedacht. Die beiden Satelliten der Serie sind unter anderem besonders gut für eine Unterstützung bei Naturkatastrophen wie Überschwemmungen und Erdbeben geeignet. Um ihren Anforderungen gerecht werden zu können, erhielten die beiden vom französisch-italienische Luft- und Raumfahrtkonzern Thales Alenia Space (TAS) gebauten Raumfahrzeuge jeweils eine Radaranlage mit synthetischer Apertur (Synthetic Aperture Radar, SAR).

Sentinel 1A (Startmasse laut Arianespace 2.157 kg) und 1B (Startmasse laut Arianespace 2.164 kg) basieren auf dem Satellitenbus Prima, den TAS im Auftrag der Italienischen Raumfahrtagentur (Agenzia Spaziale Italiana, ASI) entwickelt hatte und Basis für die vier italienischen Radarsatelliten der COSMO-SkyMed-Konstellation wurde.

Die im C-Band einzusetzenden SAR-Antennen mit einer Masse von jeweils rund 800 Kilogramm an Bord der dreiachsstabilisierten Satelliten wurden bei Airbus Space in Friedrichshafen gefertigt. Sende-, Empfangs- und Steuerungselektronik für die Radaranlagen steuerte TAS selbst bei. 12,30 auf 0,90 Meter misst eine SAR-Antenne. Zusammengesetzt sind die Antennen aus jeweils 560 Einzelantennen.

Nach Angaben von TAS bewegt sich die Bodenauflösung der Radarsatelliten bei der Erdbeobachtung aus einem Orbit in circa 686 Kilometern Flughöhe abhängig vom aktivierten Beobachtungsmodus im Bereich zwischen 5 und 25 Metern.

Vier verschiedene Beobachtungsmodi stehen zur Verfügung. Der Modus mit der höchsten Leistung kann allerdings nicht kontinuierlich gefahren werden. Aus thermischen Gründen ist ein Zurückschalten nach etwa 25 Minuten erforderlich, ohne dass der Beobachtungsbetrieb unterbrochen werden muss.

Dank der Radaranlagen können die Satelliten ihre Beobachtungsaufgaben wetter- und lichtunabhängig und 24 Stunden pro Tag erbringen. Die ausgesandte Strahlung kann die Vegetation durchdringen und den Erdboden erreichen, was es ermöglicht, Bewegungen der Oberfläche vom Zentimeter- bis hinunter in den Millimeterbereich zu registrieren.

Veränderungen der Umwelt können also millimetergenau verfolgt werden. Beispielweise ist es möglich, die Entwicklung der Landnutzung, die Veränderung der Regenwälder und den Rückgang von Gletschereis über längere Zeiträume zu beobachten und zu dokumentieren.

Dr. Helmut Staudenrausch vom DLR Raumfahrtmanagement erklärte anlässlich des Starts, dass die Genauigkeit der von den Satelliten gesammelten Daten problemlos ausreicht, um damit hochgenaue Eiskarten zu erstellen. In diesen Karten sind zum Beispiel die Positionen von Eisbergen festgehalten. Die Karten ermöglichen Vorhersagen der Entwicklung der Eisbedeckung von und sichere Schiffspassagen durch die Gewässer in den Polarregionen.

Sentinel 1A und Sentinel 1B sollen die Erde künftig auf polarem, sonnensynchronen, 98,2 Grad gegen den Erdäquator geneigten Orbit um 180 Grad „zeitversetzt“ umkreisen. Das ermöglicht eine Wiederholrate von sechs Tagen, was bedeutet, dass die selbe Stelle der Erdoberfläche alle sechs Tage von einem der beiden Satelliten überflogen wird und dabei aus dem All abgetastet werden kann.

Neben der Möglichkeit, erfasste Daten per Funk an eine geeignete Bodenstation zu übertragen, steht den Sentinel-1-Satelliten auch die Möglichkeit zur Verfügung, die Daten via Laserlicht an geeignete Relaissatelliten des europäischen Datenrelaissatellitensystems (European Data Relay Satellite System, EDRS) zu übertragen, welche die Daten anschließend im K_a-Band (27 bis 40 GHz) an ins Copernicus-Netz integrierte Bodenstationen funken können.

Zur Laserkommunikation sind die Satelliten mit Laserkommunikationsterminals (Laser Communications Terminals, LCTs) von der Firma Tesat Spacecom GmbH aus Backnang ausgerüstet. Die Kommunikation selbst erfolgt mit phasenmoduliertem Laserlicht bei einer Wellenlänge von 1.064 Nanometern.

Beide Sentinel-1-Satelliten wurden auf eine Regeleinsatzdauer von jeweils sieben Jahren hin ausgelegt. Die Treibstoffmenge, mit der die Satelliten betankt wurde, ermöglicht einen Einsatz von bis zu zwölf Jahren pro Satellit, soweit nicht Treibstoff für unvorhergesehene Manöver eingesetzt werden muss.

Eine unter der Ägide von Arianespace betriebene Rakete vom Typ Sojus 2.1a vom ZSKB Progress bzw. RKZ Progress aus Russland war es, die um 23:02 Uhr MESZ (exakt 6:02 und 13 Sekunden Ortszeit) am 25. April 2016 vom Startzentrum in Kourou in Französisch-Guayana mit den Satelliten unter der Verkleidung an der Spitze abhob.

Der Start erfolgte nach zwei wetterbedingten Aufschüben und einem weiteren Tag Verzögerung, der zum Austausch einer Intertialsensoreinheit der Trägerrakete erforderlich war. Sämtliche Stufen der Rakete arbeiteten wie vorgesehen. Rund 23 Minuten nach dem Start setzte die russische, von Lawotschkin gebaute Raketenoberstufe vom Typ Fregat Sentinel 1B gegen 23:26 Uhr MESZ im All aus.

Der Erdbeobachtungssatellit durchlief in der Folge eine rund zehn Stunden dauernde Sequenz, auf deren Programm unter anderem das Entfalten der beiden Solarzellenausleger und der Radarantenne stand. Am 27. April 2016 teilte die ESA mit, dass die beiden jeweils rund zehn Meter langen Solarzellenausleger mit ihren jeweils fünf Elementen und die ebenfalls aus fünf Elementen bestehende Radarantenne nach Kommandos aus dem Kontrollzentrum in Deutschland erfolgreich entfaltet wurden. Vom Europäischen Satellitenkontrollzentrums der ESA (ESOC) in Darmstadt aus wird die sogenannte Launch and Early Orbit Phase (LEOP) für Sentinel 1B betreut und abgewickelt.

Erste Signale von Sentinel 1B im X-Band hat die italienische Bodenstation Matera, ein Bestandteil des Copernicus-Netzwerks für Empfang und Transport der Daten der Sentinel-1-Radaranlagen, bereits empfangen.

Die Oberstufe absolvierte nach dem Aussetzen von Sentinel 1B eine auf eine Stunde und 36 Minuten angesetzte Freiflugphase, der eine 12 Sekunden lange Brennphase folgte. Nach deren Beendigung wurden die Kleinstsatelliten auf einer um rund 200 Kilometer abgesenkten Bahn zwei Stunden und 48 Minuten nach dem Abheben gegen 1:50 Uhr MESZ am 26. April 2016 ausgesetzt.

Vor der Abtrennung von MicroSCOPE standen weitere Brenn- und Freiflugphasen der Oberstufe – die Bahn musste wieder um rund 200 Kilometer angehoben werden. Der ersten, laut Plan 42 Minuten und 6 Sekunden langen Freiflugphase folgte ein auf 12 Sekunden angesetzter Triebwerkseinsatz. Der zweiten Freiflugphase von 24 Minuten hatte sich eine 16 Sekunden lange Brennphase anzuschließen.

Etwas über vier Stunden nach dem Abheben war dann auch für MicroSCOPE gegen 3:03 Uhr MESZ am 26. April 2016 der Zeitpunkt für den Beginn seines Soloflugs gekommen. Die Entfaltung der Solarzellenausleger des Forschungssatelliten erfolgte kurz nach dem Aussetzen des Satelliten. Die insgesamt fünfte Brennphase der Fregat-Oberstufe mit einer Dauer von 29 Sekunden war anschließend dazu gedacht, für einen Wiedereintritt der Oberstufe über dem Atlantik zu sorgen.

MicroSCOPE enstand bei der CNES mit Unterstützung der ESA sowie den Partnern CNRS, DLR, INSU, OCA, ONERA und ZARM. Der Satellit soll mindestens zwei Jahre auf seinem sonnensynchronen, 98,2 Grad gegen den Erdäquator geneigten Orbit eingesetzt werden. Eine Missionsverlängerung für den in rund 711 Kilometern Höhe um die Erde kreisenden Satelliten um ein Jahr ist angedacht.

Zentrale Aufgabe von MicroSCOPE ist es, das Äquivalenzprinzip als Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie (ART) im Vakuum und bei Schwerelosigkeit zu überprüfen. Dabei gilt es zu ermitteln, wie sich exakt positionierte zylinderförmige Testmassen aus unterschiedlichen Materialien und aus gleichem Material im freien Fall verhalten. Eine der Testmassensätze besitzt Elemente aus Titan und aus einer Legierung aus Platin und Rhodium. Der andere Satz beinhaltet nur Massen aus Platin und dient als Kontrollreferenz. Erwartet wird, dass alle diese Massen die gleiche Beschleunigung beim freien Fall im Vakuum erfahren.

Neueren Theorien – zum Beispiel aus dem Bereich der Superstrings – zufolge könnten elektromagnetische und atomare Interaktionen in extrem niederschwelligem Bereich zu einer Abweichung von dem Äquivalenzprinzip entsprechenden Verhalten träger und schwerer Masse führen. (Schwere Masse ist eine solche mit einem Gewicht, träge Masse ist eine, die einer Beschleunigung einen Widerstand entgegensetzt).

Deshalb will man die Relativbewegung der beiden Testmassen über Monate mit hoher Genauigkeit beobachten. Sollte sich herausstellen, dass für die exakte Positionierung einer der Testmassen eine abweichende Kraft benötigt wird, wäre das Äquivalenzprinzip vermutlich verletzt. Bei den Messungen kommen elektrostatische Differential-Beschleunigungsmesser zum Einsatz.

Die bei dem Experiment erwartete Genauigkeit ist um zwei Größenordnungen besser als bei Experimenten am Erdboden erreichbar. Trotzdem erwartet Professor Dr. Hansjörg Dittus, DLR-Vorstand für Raumfahrtforschung und -technologie und als Wissenschaftler beteiligt, nicht, dass man eine Abweichung vom Äquivalenzprinzip detektieren wird, da die erreichbare Genauigkeit dafür vermutlich noch nicht ausreicht. Für den Ausschluss verschiedener Quantengravitationstheorien könnte MicrosCOPE aber ein Schlüsselexperiment werden, meint Professor Dr. Claus Lämmerzahl vom ZARM (Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation).

Sentinel 1B ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 41.456 und als COSPAR-Objekt 2016-25A. MicroSCOPE ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 41.457 und als COSPAR-Objekt 2016-25B. Die mitgeflogenen drei Kleinstsatelliten dürften Katalogbezeichnungen von 41.458 bis 41.460 bzw. 2016-025C bis 2016-025E erhalten.

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• Sentinel 1B auf Sojus-2.1a/Fregat VS14
• MicroSCOPE

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