Quelle: GFZ 24. Januar 2023.

24. Januar 2023 – Daten kommen aktuell insbesondere von den beiden GRACE-FO Satelliten, die in Kooperation mit der NASA betrieben werden. Für diese Satellitenmission wird NYA sogar als primäre Empfangsstation eingesetzt, was auch für die Nachfolgemission, die 2028 starten soll, geplant ist.

Als Teil der modularen Infrastruktur MESI des GFZ (Modular Earth Science Infrastructure) werden in Ny-Ålesund aber auch noch weitere Satelliten mit unterschiedlichen Kooperationspartnern empfangen. Bisher wurden an der Station dafür ausschließlich Frequenzen im S-Band (ca. 2.2-2.45 GHz) genutzt, die auch weiterhin bei vielen Satellitenmissionen für die Übertragung der an Bord der Satelliten gemessenen Daten zur Erde zum Einsatz kommen werden. Üblich sind dabei Datenraten von z.B. 3 Megabit pro Sekunde, wie bei den beiden GRACE-FO Satelliten. Die im S-Band verfügbaren Bandbreiten, und damit die möglichen maximalen Datenraten, sind allerdings begrenzt – bedingt durch eine globale Regulierung der Frequenz-Bandbreiten – und insbesondere für Satellitenprojekte mit höherem Datenaufkommen gegebenenfalls nicht ausreichend.

Um auch solche Satellitenprojekte unterstützen zu können, wurde eine der beiden Antennen an der Empfangsstation des GFZ für den Empfang von Satelliten im X-Band (ca. 7.9 – 8.4 GHz) aufgerüstet. Im X-Band stehen deutlich höhere Bandbreiten für Datenübertragungen zur Verfügung und der X-Band Empfang in Ny-Ålesund kann jetzt sogar simultan mit dem Empfang der gleichen Satelliten im S-Band erfolgen, was von vielen Satelliten unterstützt wird (z.B. TerraSAR-X und TanDEM-X des DLR). Außerdem kann neben der zumeist verwendeten RHC-Polarisation (right hand circular) auch die LHC-Polarisation (left hand circular) gewählt werden, und das in beiden Bändern unabhängig voneinander. Die Konstruktion und der Bau des für den Empfang notwendigen Konverters (setzt die X-Band Frequenzen auf niedrigere Frequenzen um) erfolgte durch das GFZ, ebenso wie die Integration und Steuerung aller anderen benötigten Systeme in Ny-Ålesund (Vorverstärker, Empfänger, Software usw.).

An der Empfangsstation konnte nun erstmals Ende November 2022, und seitdem beinahe täglich, im Rahmen eines Kooperationsvertrags mit der TU-Berlin, deren Mikrosatellit TUBIN (Masse nur 22,5 Kg) im X-Band empfangen werden. TUBIN wurde von wissenschaftlichen Mitarbeiter*innen und Studierenden an der TU-Berlin entwickelt und gebaut. Er trägt neben zwei Kameras für den Infrarot-Bereich, zur Detektion von größeren Wärmequellen, wie insbesondere Waldbränden, auch eine Kamera für Aufnahmen im sichtbaren Bereich. Die Datenrate für die Übertragung der von TUBIN aufgenommenen Bilder zur Empfangsstation beträgt 25 Megabit/Sekunde und ist damit rund achtmal so hoch wie bei GRACE-FO. Für die Empfangsstation wären sogar noch höhere Datenraten möglich. Der am GFZ gebaute Konverter ist sehr breitbandig ausgelegt und der eingesetzte Empfänger kann bis zu 500 Megabit/Sekunde empfangen.

Durch den regelmäßigen X-Band Empfang von TUBIN an der GFZ-Empfangsstation profitiert nicht nur das TUBIN-Projekt, sondern auch das GFZ, denn auf diese Weise können wertvolle Erfahrungen für den auf höheren Frequenzen technisch anspruchsvolleren Empfangsbetrieb gesammelt werden. In einem nächsten Schritt soll auch die zweite Antenne der Station für den Empfang im X-Band erweitert werden. Damit könnten dann nicht nur Satellitenprojekte mit höheren Datenraten im universitären Bereich unterstützt werden, sondern auch größere Projekte für die Redundanzen unabdingbar sind.

Übersichtsartikel zum Satellitenempfang in Ny-Alesund:
Falck, C., Reißland, S., Snopek, K., Massmann, F.-H. (2020): Satellite data reception at Ny-Ålesund, Spitsbergen: From CHAMP to GRACE Follow-On. – ZfV: Zeitschrift für Geodäsie, Geoinformation und Landmanagement, 145, 2, 111-117. https://geodaesie.info/images/zfv/145-jahrgang-2020/downloads/zfv_2020_2_Falck_et-al.pdf

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• Transporter-2 auf Falcon 9 (B1060.8)

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Quelle: DLR 11. Juli 2022.

11. Juli 2022 – Wie reagieren unsere Wälder auf Klimaveränderungen? Und wie verändert sich unsere Umwelt durch den Einfluss von Dürren, aber auch durch extreme Regenfälle? Ab dem 11. Juli 2022 steht Forschenden in Deutschland ein neues Tool zur Verfügung, um solche Fragen zu beantworten: Die Internetplattform „EO-Lab“ bietet leistungsstarke Rechnertechnologie und Software, um die Daten von Erdbeobachtungssatelliten analysieren zu können. „Das Portal dient dabei nicht nur zur Verarbeitung von Informationen, sondern bietet auch eine optimale Umgebung, um neue Algorithmen zu entwickeln“, erläutert Peter Wagner, Projektleiter EO-Lab in der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. „Methoden Künstlicher Intelligenz spielen dabei eine herausragende Rolle, da sie sensitiver und die Ergebnisse präziser sind als bei herkömmlichen Softwarelösungen.“

EO-Lab ist Teil der Strategie „Künstliche Intelligenz“ der Bundesregierung und ermöglicht den Nutzerinnen und Nutzern einen einfachen, kostenfreien Zugang zu Daten von nationalen Satellitenmissionen wie TerraSAR-X und EnMAP, aber auch zu Daten des europäischen Copernicus-Systems sowie von kommerziellen Missionen. Indem sie die Analysemöglichkeiten des Portals nutzen, können Universitäten und Forschungseinrichtungen den großen personellen und finanziellen Aufwand einsparen, den das Einrichten von Datenzugängen sowie das Speichern und Verwalten der stetig steigenden Datenmengen erfordert.

Umfassende Services unterstützen Forschende bei der wissenschaftlichen Arbeit
EO-Lab bietet Forschenden zur Entwicklung von Algorithmen nicht nur die erforderlichen Rechenressourcen, sondern auch wichtige Elemente, die Einstieg, Durchführung und Finalisierung von Forschungsprojekten erleichtern. Um Neueinsteiger auf der Plattform zügig mit KI-Methoden und mit der Nutzung der Plattform vertraut zu machen, werden umfassendes Informationsmaterial, Schulungen und Online-Seminare angeboten. Zur Durchführung der Arbeit stehen die notwendige Software und Arbeitsumgebung bereit.

Ein Online-Forum ermöglicht und fördert außerdem den für die Forschung wichtigen Austausch zwischen Wissenschaft und Entwicklung. Zudem werden die Nutzerinnen und Nutzer dabei unterstützt, ihre Ergebnisse auf der Plattform zu präsentieren. EO-Lab ist vom Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) sicherheitszertifiziert und wird in einem deutschen Rechenzentrum gehostet. Dies bietet die notwendige Sicherheit dafür, dass Nutzer auch ihre eigenen Daten für die Analysen mit einbinden können.

Datenanalyse ermöglicht Fortschritte in Landschaftsplanung und Umweltschutz
EO-Lab eröffnet damit neue Möglichkeiten für Forschende aus allen Fachrichtungen, ihre Arbeiten zu Umweltforschung und Geoinformation schnell und zielorientiert umzusetzen und neue Methoden zur Datenauswertung zu entwickeln. Die Ergebnisse dieser Analysen sind besonders wichtig für Anwendungen in den Bereichen Stadtentwicklung, Landschaftsplanung, Meteorologie, Land- und Forstwirtschaft sowie Umwelt- und Naturschutz. So helfen die Daten aus dem Weltall, zukünftige Maßnahmen und Projekte effizient zu planen. Ein großer Vorteil der Satellitendaten gegenüber Informationen von erdgebundenen Systemen ist dabei, dass sie kontinuierlich und an jedem Ort der Erdoberfläche aufgezeichnet werden können. Hierdurch stehen der Wissenschaft riesige Datenmengen zur Verfügung, die anschließend mit Hilfe von Algorithmen analysiert werden können.

Synergien mit CODE-DE
EO-Lab ist das wissenschaftliche Gegenstück zum Internetportal CODE-DE, das Erdbeobachtungsdaten des europäischen Copernicus-Programms für die öffentliche Hand zugänglich macht. Beide Internetplattformen ergänzen sich dabei, indem etwa KI-Algorithmen auf EO-Lab entwickelt und nach erfolgreichem Test auf CODE-DE auch zur Nutzung durch öffentliche Einrichtungen implementiert werden. So profitieren Wissenschaft und Gesellschaft gleichermaßen von den Synergien.

Die EO-Lab Plattform wurde von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) in Auftrag gegeben. Für Aufbau und Betrieb der Plattform ist die Firma CloudFerro verantwortlich, die auch der Betreiber der nationalen Copernicus-Plattform CODE-DE für deutsche Behörden ist.

Internetplattform „EO-Lab“
https://eo-lab.org/de/

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• Planet Erde

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Quelle: DLR.

26. Juli 2021 – Die Auswertung von Radarbildern ist eine anspruchsvolle Aufgabe: Bildeffekte, wie geometrische Verzerrungen oder Bildrauschen erschweren die Deutung. Damit sie möglichst intuitiv gelingen kann, haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) das Bildanalyse-Werkzeug RADIAN (RAdar IMage ANalysis) etabliert. RADIAN ist seit mehr als zehn Jahren im Einsatz und wird stetig weiterentwickelt. Nun liegt der Fokus auf einer automatisierten Informationsgewinnung. Dazu soll eine Künstliche Intelligenz (KI) anhand von bestehenden Datensätzen lernen, Veränderungen an Objekten zu erkennen. Solche Objekte sind unter anderem Flugzeuge, Schiffe, Fahrzeuge, Container oder Gebäude.

Institutionen nutzen RADIAN, um Veränderungen von sicherheitsrelevanten Infrastrukturen mit SAR-Satellitenbildern zu finden. Neben der Bundeswehr können zivile Organisationen RADIAN verwenden, etwa in der Katastrophenhilfe, beim Begutachten von Siedlungsräumen oder der Überprüfung von internationalen Vereinbarungen. Airbus führt mit RADIAN beispielsweise Schulungen für internationale Kunden aus dem Sicherheitsbereich durch. Das DLR stellt nicht nur die Software-Lizenzen bereit, sondern unterstützt auch die Kurse mit seiner Expertise.

Analyse ohne störende Bildeffekte

„An RADIAN zeigt sich, wie wehrtechnische Forschung der gesamten Bevölkerung zugutekommen kann“, sagt Dr. Thomas Neff vom DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme. Mit einer ausgeklügelten Kombination von Algorithmen und Filtern bereitet RADIAN die Radar-Satellitendaten so auf, dass Bildeffekte wie Rauschen oder Verzerrungen stark unterdrückt werden: Gebäude und andere markante Strukturen werden sichtbar gemacht. Auf einer Serienaufnahme des TerraSAR-X-Satelliten erscheint die Vegetation nun grün, starke Modifikationen an Strukturen rot. Unbewegte Objekte wie Gebäude sind blau und weiß markiert. „Veränderungen können so sehr schnell erkannt und zugeordnet werden. Das beschleunigt den Erkenntnisgewinn aus den Bildern“, erklärt Dr. Thomas Neff. Die KI ergänzt künftig mit einer automatisierten Analyse.

Synthetic Aperture Radar (SAR)

SAR ist ein Radarsystem, das eine Abbildung der Erdoberfläche mit hoher räumlicher Auflösung und unabhängig von Wetter und Tageslicht ermöglicht. Es verwendet die Radartechnik der synthetischen Apertur: Das System tastet jeden Bildpunkt am Boden entlang der Flugrichtung des Radars mehrfach aus verschiedenen Winkeln ab. Danach werden die gesammelten Daten durch eine aufwendige Signalverarbeitung in ein interpretierbares Radarbild prozessiert. Dieses Verfahren ermöglicht eine markante Auflösungsverbesserung gegenüber gewöhnlichen Radarsystemen.

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• KI und Raumfahrt

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Quelle: GFZ.

Wenn es um die Sicherheit im Tagebau geht, dann ist die Bodenstabilität einer der kritischsten Faktoren. Setzungen des Bodens oder das Abrutschen von Hängen stellen ein großes Risiko für Gebäude und Menschen dar. Jetzt hat Mahdi Motagh vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ in Zusammenarbeit mit chinesischen Wissenschaftlern Daten der Sentinel-1-Mission des Copernicus-Programms der Europäischen Union ausgewertet und damit neue Möglichkeiten der Überwachung von Bergbaugebieten gezeigt. Die drei Forscher nutzen ein besonderes Radarverfahren, die Synthetic Aperture Radar Interferometry (InSAR) und untersuchten damit Braunkohleregionen in Nordrhein-Westfalen. Sie berichten darüber im „International Journal of Applied Earth Observations and Geoinformation“.

Das InSAR-Verfahren ist nicht neu und dient vielerorts dazu, Bodenverformungen zu erkennen, sei es nach Erdbeben oder Senkungen aufgrund der Übernutzung von unterirdischen Wasserspeichern. Es hatte jedoch einen entscheidenden Nachteil: InSAR-Satelliten wie ERS oder ENVISAT erfassen eine bestimmte Region im Schnitt nur einmal im Monat oder weniger.

„Mit ihrem Erfassungszeitintervall einer sechstägigen Wiederholung und einer sehr geringen Bahnabweichung bietet die Sentinel-1-Mission SAR-Daten, die uns helfen, Gefahren in ganz spezifischen Bergbaugebieten in Deutschland zeitlich und räumlich viel detaillierter zu untersuchen als bisher“, berichtet Mahdi Motagh. „Und wir können dies nahezu in Echtzeit tun.“ Durch eine Kombination der Ergebnisse dieser neuen Technologie mit anderen Messungen vor Ort und hochauflösender SAR-Systeme wie dem deutschen TerraSAR-X könne man das geotechnische Risiko von Tagebauen weitaus vollständiger als bisher bewerten.

Die Arbeit zeigt, dass es in den Tagebaugebieten Hambach, Garzweiler und Inden deutliche Landabsenkungen gibt. Grund dafür ist der Verdichtungsprozesses von Abraum über wieder aufgefüllten Gebieten mit Senkungsraten zwischen 31 und 50 Zentimetern pro Jahr für die Gruben bei Inden, Hambach und Garzweiler. Aus den Satellitendaten ließ sich ebenfalls eine signifikante horizontale Verschiebung von bis zu 12 Zentimeter pro Jahr an einer Grubenflanke feststellen. Auch die ehemaligen Tagebaue Fortuna-Garsdorf und Berghein im östlichen Teil der rheinischen Kohlereviere, die bereits für die Landwirtschaft zurückgewonnen wurden, weisen Senkungen auf, die bis zu zehn Zentimeter pro Jahr erreichen.

Originalstudie:
Wei Tang, Mahdi Motagh, Wei Zhan: “Monitoring active open-pit mine stability in the Rhenish coalfields of Germany using a coherence-based SBAS method” in International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation; DOI: 10.1016/j.jag.2020.102217

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• Copernicus (früher GMES)
• Sentinel 1A auf Sojus VS07 vom ELS Kourou

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Quelle: DLR.

Es ist heute kein Geheimnis mehr, dass sich unsere Umwelt seit Beginn der Industrialisierung rasanter verändert als zuvor. Die deutschen Satellitenmissionen TerraSAR-X und TanDEM-X liefern seit 2007 und 2010 einzigartige Erdbeobachtungsdaten, aus denen reichhaltige Erkenntnisse über unsere Umwelt gewonnen werden können. Wissenschaftliche Nutzer aus der ganzen Welt sind am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen zusammengekommen, um im Rahmen des „TerraSAR-X und TanDEM-X Science Meetings“ die aus den Daten gewonnenen Ergebnisse auszutauschen und Anforderungen an künftige Fernerkundungstechnologien zu formulieren. In mehr als 100 Präsentationen offenbart sich vom 21. bis 24. Oktober 2019 der neueste Stand der Forschung. Begleitend dazu stellt der TanDEM-X-Blog Vorträge aus dem „Science Meeting“ vor und skizziert, in welcher Weise die Daten der zwei Radarmissionen Forscher weltweit unterstützen.

„Die Teilnahme von mehr als 250 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus 40 Ländern ist ein Beleg für das große Interesse an den Daten beider Satellitenmissionen. Auch wenn heute mehr als 25 Radarsatelliten im Einsatz sind, ist nur TanDEM-X mit seinem einzigartigen Formationsflug in der Lage, Bilder in 3D und in hoher Auflösung zur Verfügung zu stellen“, sagt Prof. Dr.-Ing. Alberto Moreira, Direktor des DLR-Institutes für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme und Principal Investigator der TanDEM-X-Mission.

Anwendungen in der Forschung
Radarsensoren haben für die Erdbeobachtung besondere Bedeutung, da sie unabhängig vom Wetter und zu jeder Tages- oder Nachtzeit Aufnahmen liefern. Vom Weltall aus können sie große Gebiete, mehr als hundert Kilometer lang, erfassen. Die zivilen Radarsatelliten TerraSAR-X und TanDEM-X sind aktuell noch im Betrieb und könnten noch mehrere Jahre für die Forschung genutzt werden.

Internationale Forschungseinrichtungen und Organisationen verwenden die bisherigen Daten, um beispielsweise Naturgefahren wie Erdbeben, Vulkanausbrüche und Tsunamis zu analysieren. „Hochauflösende und langfristige Datenerfassungspläne sind unerlässlich, um Vulkangefahren zu untersuchen und damit zu einem verbesserten Frühwarnsystem beizutragen“, erklärt Dr. Thomas Walter vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ.

Am 22. Dezember 2018 traf ein heftiger Tsunami die indonesische Vulkaninsel Krakatau, der Hunderte von Menschen tötete und die Küstenregionen von Java und Sumatra verwüstete. Aufgrund der schlechten Witterungsbedingungen und der intensiven Vulkanaktivitäten waren direkte Einblicke in den Vulkan nicht möglich und die Einzelheiten unklar. Die TerraSAR-X-Radaraugen haben in dieser Situation dazu beigetragen, die tiefgreifenden Veränderungen durch die Katastrophe von Anak Krakatau 2018 besser zu verstehen. Der Zusammenbruch des Vulkans wurde auch durch unabhängige seismische und Infraschalldaten beobachtet, doch erst die TerraSAR-X-Daten lieferten die nötige Auflösung. So war es den Wissenschaftlern anhand der Radardaten möglich, morphologische Details des Zusammenbruchs auszuwerten, eine Zunahme des Inselumfangs in anderen Teilen nachzuvollziehen und das Gebiet nach dem Absetzen des neuen vulkanischen Materials zu untersuchen.

Gletscherbeobachtung im Detail
Der Blick aus dem All kann auch sehr genaue Auskünfte über die Veränderungen von Gletschern und Eisschilden geben. Die teils drastischen Entwicklungen müssen regelmäßig beobachtet werden und sind im Zusammenhang der globalen Erderwärmung zu sehen. Einen wahren Datenschatz liefert hier das TanDEM-X-Höhenmodell – noch nie zuvor wurden Grönland und die Antarktis umfassend und mit so hoher Genauigkeit vermessen.

Grönlands schnellster Gletscher, Jakobshavn Isbrae, produziert das größte Volumen an Eisbergen der nördlichen Hemisphäre. In den letzten zwei Jahrzehnten hat dieser Gletscher seine Geschwindigkeit mehr als verdoppelt, so dass er allein in den Jahren 2000 bis 2010 den Meeresspiegel um einen Millimeter erhöht hat. Die Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X begannen 2009 mit der intensiven Überwachung dieses Gletschers und zeigten die enormen und unerwarteten Geschwindigkeitsschwankungen (siehe Abbildung).

„Dieselben Prozesse, die zur jährlichen Variation beitragen, werden den Gletscher auch in Zukunft beschleunigen, da sich das Klima weiter erwärmt. Daher ist die langfristige Überwachung der Gletscher Grönlands und der Antarktis durch Fernerkundungssatelliten so wichtig, um zu verstehen, wie sich der Meeresspiegel auf die Küstengemeinden der Welt auswirken wird“, erzählt Ian Joughin vom Polar Science Center des Applied Physics Lab von der University of Washington.

Globaler Überblick: Kohlenstoffspeicher Wald
Einen immanenten Einfluss auf das Klima haben auch unsere Wälder, indem sie als eines der wichtigsten Kohlenstoffspeicher fungieren. Bei Veränderungen wie Abholzung oder Brandrodung kann es schnell zu einem Ungleichgewicht kommen. Wieviel Kohlenstoff gespeichert wird, hängt unter anderem von der Baumhöhe ab. DLR- und NASA-Wissenschaftler arbeiten an der Erstellung einer einzigartigen globalen Waldhöhenkarte: Die NASA-Wissenschaftler arbeiten mit dem GEDI-System (Global Ecosystem Dynamics Investigation), das regional begrenzte aber sehr genaue Waldhöhendaten liefert. Das DLR-Team erstellt die Waldhöheninformationen aus der TanDEM-X-Mission, die die Daten global aber in einer reduzierteren Genauigkeit liefern kann. Einzigartig ist die Verschneidung dieser beiden Datensätze zu einem hochgenauen globalen Waldhöhenprodukt. Beim „Science-Meeting“ in Oberpfaffenhofen werden nun erste Ergebnisse dieser Kooperation gezeigt.

„Das Wissen über die genauen Waldhöhen wird die regionalen und globalen Klimamodelle zur Prognose von freiem Kohlenstoffdioxid signifikant verbessert“, erklärt DLR-Wissenschaftler Kostas Papathanassiou vom Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme.

Blick in die Zukunft: Tandem-L
Ziel der hochinnovativen Radarmission Tandem-L ist es, wichtige Umwelt- und Klimaparameter global und in hoher zeitlicher Auflösung zu erfassen: Alle acht Tage sollen zwei Radarsatelliten die Landmasse der Erde dreidimensional abbilden. Dadurch können dynamische Prozesse der Erde zeitnah und systematisch erfasst werden. Erdbebenforscher und Risikoanalysten wären in der Lage, Deformationen der Erdoberfläche millimetergenau zu verfolgen. Gletscherbewegungen und Schmelzprozesse in den Polarregionen könnten regelmäßig und dadurch noch genauer ermittelt werden. Die Erdbeobachtungsdaten der drei Radarsysteme sollen sich komplementär ergänzen.

Im Vergleich zu den beiden aktuellen Missionen wird Tandem-L mit einer längeren Wellenlänge betrieben. Mit der Wellenlänge von rund 24 Zentimeter kann die Vegetation durchdrungen werden, so dass die Flächenstrukturen des Untergrunds sichtbar werden. Dank neuer Technologien und Aufnahmeverfahren, wie der polarimetrischen SAR-Interferometrie, kann auch ein Wald dreidimensional kartiert werden. Hieraus werden dann die Waldhöhen berechnet und die Biomasse indirekt abgeschätzt – auf globaler Ebene ist dies bisher nicht möglich.

Wissenschaftler unterschiedlicher Helmholtz-Zentren, die an den Vorstudien der Mission beteiligt sind, stellen nun ihre Ergebnisse in Oberpfaffenhofen vor und erörtern, welche tragende Rolle Tandem-L zur Beantwortung von umweltrelevanten Herausforderungen spielen kann. Mit dem „TerraSAR-X und TanDEM-X Science Meeting“ steht den insgesamt 250 internationalen Teilnehmern eine Plattform zur Verfügung, den gemeinsamen Forschungsbedarf zu identifizieren und die Zukunft der Erdbeobachtung einzuleiten.

Der Beitrag Wertvolle Umweltdaten von TerraSAR-X und TanDEM-X erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: Astrium GEO.

Die aufgenommen Bilder stammen vor allem vom französisch-italienischen Erdbeobachtungssatelliten Pléiades 1A, der seit dem 17. Dezember 2011 um die Erde kreist und unter der Ägide von EADS Astrium als Hauptauftragsnehmer entstand. Zur Verfügung gestellt werden die Bilder den adressierten Stellen über einen „GO Monitor“ genannten Monitoring- und Analyseservice, der über das Internet erreichbar ist.

Die Daten von der „GO Monitor“-Webseite ermöglichen es, Verfahren zur Behandlung kontaminierter Materialien, wie beispielsweise den Einschluss in Zement oder Glas und die Lagerung des Materials zu überwachen und zu analysieren. Ebenso erlauben es die Daten, den Fortgang von Abriss- und Bauarbeiten vor Ort zu verfolgen, sowie den Einsatz von Großgerät, wie Kränen und Baumaschinen und von Lagereinrichtungen, Anlagen und Maschinen zu beurteilen.

Beobachtende Stellen können sich dank „GO Monitor“ einen Überblick über die Aktivität der verschiedenen am Kraftwerksstandort tätigen Repräsentanten des Kraftwerksbetreibers, seiner Auftragnehmer und öffentlicher Institutionen verschaffen. Verwendet werden dabei auch Methoden wie die Abschätzung der Menge vor Ort anwesenden Personals, Auszählung im Kraftwerksbereich vorhandener Fahrzeuge und die Ermittlung des Fahrzeugtyps.

Die auf Bildern von Pléiades 1A basierende Untersuchung der Aktivitäten auf dem Kraftwerksgelände Fukushima Daiichi, das am 11. März 2011 durch das sogenannte Tōhoku-Erdbeben katastrophale Zerstörungen erlitt, ist Fortsetzung der Analysen, die mit Daten vom mit einem Satellitenbus von Astrium ausgestatteten FORMOSAT 2 der Nationalen Taiwanesischen Raumfahrtbehörde (Taiwanese National Space Program Office, NSPO) am 11. März 2011 begonnen wurden. Diese Daten können über die gleiche Webseite wie die von Pléiades 1A bezogen werden.

Seit dem Erdbeben lieferten unter Beteiligung von Astrium gebaute Satelliten den vor Ort tätigen Einsatzkräften wertvolle Informationen. SPOT 5 steuerte schon einen Tag nach dem Beben Aufnahmen von der betroffenen Küste und den dort liegenden Kraftwerksstandorten bei. Daten von FORMOSAT 2 wurden zur Untersuchung des späteren Sperrgebiets verwendet. Informationen vom Radarsatelliten TerraSAR-X erlaubten den Vergleich der Situation in der Region Sendai vor und nach dem Beben, die Visualisierung der erzeugten Trümmerlandschaft und eine Beurteilung der Zerstörungskraft.

Der Beitrag Astrium liefert Bilder zur Überwachung von Fukushima erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Die Erdbeobachtung ist eines der wichtigsten Gebiete der Raumfahrt. Sie ermöglicht vielfältige Dienste, die allen Menschen nützlich sind. So wäre beispielsweise die Wettervorhersage der nächsten Tage ohne Satelliten, welche das Geschehen in der Atmosphäre messen, nicht möglich. Auch die Erstellung von detaillierten Landkarten bezieht ihre Daten aus der Raumfahrt. Zu diesem aufregenden Thema fand in Aachen das 24. Raumfahrtkolloquium statt.

In sieben Fachvorträgen ging es um Programme wie Living Planet von der ESA und den Anteil des DLR daran, aber auch über Missionen wie GOCE oder Cryosat 2 wurde berichtet. Ein Höhepunkt war der Bericht von Gerhard Thiele, welcher im Jahr 2000 selbst mit dem Space Shuttle in den Orbit flog und von dort sowohl mit Messinstrumenten als auch mit bloßem Auge die blaue Kugel beobachten konnte.

Erdbeobachtung im deutschen Raumfahrtprogramm

Für eine Raumfahrtnation wie Deutschland stellt die Erdbeobachtung einen beachtlichen Teil des Raumfahrtprogramms dar. Dazu sprach Dr. Hans-Peter Lüttenberg vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn.

Drei bedeutende Bereiche, die Erdbeobachtung versorgt, sind der gesellschaftliche, der wirtschaftliche und der wissenschaftliche. Für die Bevölkerung stellt die Erdbeobachtung viele Dienste bereit, die das tägliche Leben in vielen Bereichen erleichtern. Ein Paradebeispiel dafür ist Google Earth, welches die Beobachtung der ganzen Erde vom heimischen PC aus ermöglicht. Auch der wirtschaftliche Sektor unterstützt, da durch den Bau von Erdbeobachtungssatelliten Arbeitsplätze entstehen können und die Raumfahrtindustrie gefördert wird. Zuletzt nutzen viele Erdbeobachtungssatelliten auch der Wissenschaft, da durch Aufnahmen in verschiedenen Spektralbereichen neue Erkenntnisse über den Aufbau der Erde gewonnen werden können.

Das DLR betreibt derzeit mehrere Satelliten zum Zweck der Erdbeobachtung. In öffentlich-privater Partnerschaft mit EADS Astrium werden beispielsweise die Zwillingssatelliten TerraSAR-X und TanDEM-X betrieben, welche im Formationsflug 3D-Bilder der Erde anfertigen können. Auf ENVISAT wird vom DLR das Instrument SCIAMACHY betrieben, welches die Spurengase in der Atmosphäre untersucht. Bereits beendet ist die Mission GRACE. Sie hat Messungen über die zeitlichen Änderungen des Schwerefeldes der Erde durchgeführt. Aufgrund ihres Erfolges ist jedoch bereits eine Nachfolgemission in Planung: GRACE-F soll in Zusammenarbeit mit der NASA gestartet werden. Eine kommerzielle Initiative, welche durch das DLR finanziell unterstützt wird, ist RapidEye. Fünf baugleiche, 2008 gestartete Kleinsatelliten beobachten die Erde im optischen Bereich. Ihr Vorteil liegt in der täglichen Wiederholrate der Aufnahmen sowie in der gesicherten Beobachtung größerer Gebiete.

Auch für die Zukunft sind weitere Missionen geplant. So soll im Jahre 2015 die Mission EnMAP starten und verschiedene Parameter des Ökosystems untersuchen. Dazu ist sie mit einem anspruchsvollen Hyperspektralinstrument ausgestattet, welches über 200 Kanäle abdeckt. 2015 oder 2016 ist es geplant, auf der französischen Plattform MYRIADE das Instrument MERLIN zu starten. Dieses soll Methanquellen am Boden auf ihre Intensität hin untersuchen. Auch soll das atmosphärische Methan genauer bestimmt werden. Als weitere sogenannte „Pickup-Nutzlast“ ist METimage geplant. Das Instrument soll 2019 auf dem EUMETSAT-Satelliten MetOp-SG starten und die Mikrophysik innerhalb von Wolken genauer bestimmen.

Aber nicht nur in Einzelarbeit betreut das DLR Projekte. Es ist auch in das Living Planet-Programm der ESA involviert. Von den 6 geplanten Missionen wurden drei bereits gestartet: GOCE (2009), SMOS (2009) und Cryosat 2 (2010, der Vorgänger Cryosat ging 2005 aufgrund eines Fehlers in der Trägerrakete verloren). Weitere geplante Missionen sind ADM-Aeolus (geplanter 2013), SWARM (2012) und EARTHCARE (2015).

GOCE – Schwerefeldbestimmung aus dem niedrigen Erdorbit

Über den ersten Satellit des Living Planet-Programms der ESA, welcher die Aufgabe hat, die Unregelmäßigkeiten im Schwerefeld zu messen, referierte Prof. Dr.-Ing. Reiner Rummel vom Institut für Astronomische und Physikalische Geodäsie in München. Der Orbit des Satelliten hat nur eine Höhe von 265 km, damit dieser sich möglichst nahe an der Erde befindet. Um die Messungen durchzuführen, befinden sich im inneren 4 kubische Testmassen. Diese bestehen aus Platin-Rhodium und haben die Maße 4 cm x 4 cm x 1 cm sowie eine Masse von 320g. Sie sitzen jeweils 50 cm vom Schwerpunkt des Satelliten entfernt, wo sie einer Beschleunigung von einem Millionstel g ausgesetzt sind. Indem die Kraft, die auf diese Platten wirkt, genau gemessen wird, können Unregelmäßigkeiten im irdischen Schwerefeld genau gemessen werden.

Da die Reibung den Satelliten aufgrund seiner niedrigen Bahnhöhe innerhalb von 14 Tagen zum Absturz bringen würde und die Abbremsung außerdem die Messungen stören würde, wird diese jederzeit genau bestimmt und durch ein sehr genaues Ionentriebwerk kompensiert. Eine weitere Messmethode ist die Ermittlung der Geschwindigkeit mithilfe des US-Amerikanischen GPS. Indem die Abbremsungen und Beschleunigungen des Satelliten gemessen werden, können Rückschlüsse auf das Schwerefeld der Erde gezogen werden.

Die Messung des Erdmagnetfeldes durch CHAMP

Das Erdmagnetfeld birgt noch viele Geheimnisse, von denen bereits einige durch CHAM gelüftet wurden. Über diesen technisch anspruchsvollen Satelliten berichtete Prof. Dr. Hermann Lühr vom Deutschen GeoForschungsZentrum in Potsdam.

Der am 15. Juli 2000 auf einer russischen Kosmos-Rakete gestartete CHAMP hatte die Aufgabe, das Erdmagnetfeld, welches zu einem großen Teil äußeren, flüssigen Teil des Kerns erzeugt wird, zu untersuchen. Er war bis zum 4.9.2010 voll funktionsfähig und verglühte 15 Tage später in Erdatmosphäre. Zu seinen Instrumenten gehörten verschiedene Magnetometer, welche teilweise an einem etwa vier Meter langen Ausleger angebracht waren. Am Schwerpunkt des Satelliten befand sich zusätzlich ein Accelerometer, welches die Beschleunigung messen konnte. CHAMP war außerdem der erste Satellit, der zur Navigation auf GPS setze und so über eine Art „Autopilot“ verfügte.

Ein wichtiges Ergebnis der CHAMP-Mission war die genauere Untersuchung des EEJ (Äquatorialer Elektrojet), welche dabei zum ersten Mal ausgeführt werden konnte. Der EEJ ist ein etwa 400 km schmaler, elektrischer Strom, der in der Ionosphäre von Ost nach West fließt. Jedoch ist die Stärke dieses Stroms nicht kontinuierlich, sondern hängt von verschiedenen Faktoren (z.B. Gewittern) ab. Problematisch beim EEJ ist, dass eine erhöhte Leitfähigkeit der Ionosphäre Funksignale wie GPS stören kann.

Auch für die Mission CHAMP ist ein Nachfolger geplant: 2012 soll die aus drei Satelliten bestehende Mission SWARM starten und das Magnetfeld noch genauer untersuchen, als es ihrem Vorgänger möglich war.

ENVISAT und die Chemie unserer Atmosphäre

Die Erdatmosphäre befindet sich ständig im Umbruch und unterliegt vielen äußeren Einflussen. Über diese und die Untersuchungen dieser berichtete Prof. Dr. John P. Burrows vom Institut für Fernerkundung an der Universität Bremen.

Sowohl der Mensch wie auch die Sonne und andere äußere Einfluss verändern ständig die chemische Zusammensetzung der Erdatmosphäre. Dies wurde und wird immer noch durch das SCIAMACHY-Instrument (Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric CHartographY) auf dem Europäischen Umweltsatelliten ENVISAT untersucht. Dieses Spektrometer untersucht die Verteilung von Spurengasen in der irdischen Lufthülle. Aus den gewonnenen Daten können globale Daten dieser Gase erstellt werden, aus denen Rückschlüsse auf die Entstehung bzw. den Ausstoß der Atmosphärenbestandteile gezogen werden können. Ursprünglich war es geplant, zwei Instrumente dieses Typs mitzuschicken, aufgrund des begrenzten Budgets war jedoch nur ein einziges möglich.

Auf den Karten der verschiedenen Gase lassen sich viele Tätigkeiten des Menschen auf der Erde erkennen. So sind beispielsweise auf der Darstellung der globalen NO₂(Stickstoffoxid)-Verteilung Schifffahrtsstraßen erkennbar. Auch Industrieländer wie das aufstrebende Südafrika sind gut sichtbar. Herausgefunden wurde bei den Untersuchungen unter anderem, dass der NO₂-Gehalt in der Erdatmosphäre saisonal schwankt und der Gehalt in Europa insgesamt über die Jahre sinkt.

Die Polkappen des blauen Planeten – Cryosat 2 bestimmt die Dicke des Arktiseis

Die Dicke des Eises im Nordpolar sinkt und das hat Folgen – positive und negative. Über dieses spannende Thema und seine Erforschung durch den europäischen Satelliten Cryosat 2 berichtete Prof. Dr. Rüdiger Gerdes vom Alfred-Wegner-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremverhaven.

Dass das Eis im Nordpolarmeer weniger wird, war schon lange bekannt. Jedoch wusste man nie, wie viel weniger. Um dies genauer zu untersuchen, wurde Cryosat-2 gestartet. Der Nachfolger der aufgrund eines Raketenfehlers verloren gegangenen Mission Cryosat untersucht mithilfe eines Radarinstruments die Eisdicken im nördlichen Polarbereich. Jedoch eignet sich der Satellit eher für die Untersuchung saisonaler Unterschiede als für tagesaktuelle Messergebnisse, da er auf seiner Umlaufbahn um die Erde 90 Tage braucht, bis er sich wieder über einem Punkt der Erdoberfläche befindet.

Um zu sichern, dass Cryosat 2 die richtigen Daten liefert, wurde an einigen Stellen vom Boden aus das Ergebnis kontrolliert. Im Rahmen der CryoVEx-Kampagne (CRYOsat Validation EXperiment) wurden unter anderem mit Flugzeugen die Eisdicke aus nächster Nähe bestimmt. Hierbei wurde festgestellt, dass die Instrumente an Bord des Satelliten ordnungsgemäß kalibriert werden konnten und die Daten für wissenschaftliche Zwecke verwendet werden können.

Die Menge des Eises sinkt seit Jahren, was viele Folgen hat: Unter anderem werden neue Schifffahrtswege frei, was die Fahrtzeit und –kosten erheblich reduziert. Jedoch wird durch die höhere Anzahl von Schiffen im Polargebiet auch mehr Ruß ausgestoßen, welcher sich auf dem Eis niedersetzt. Da dadurch mehr Sonnenlicht absorbiert wird, schmilzt mehr Eis ab und die Polkappe verkleinert sich weiter.

Der Klimawandel und seine Auswirkungen auf die Erde

Durch die Raumfahrt konnten viele Erkenntnisse über das Klima und seinen Wandel gewonnen werden. Doch welche Auswirkungen hat dieser auf die Erde? Über dieses Thema referierte Dr. habil. Helmut Kühr vom Internationalen Büro des BMBF beim DLR in Bonn.

Durch den Klimawandel entstehen verschiedene Herausforderungen, die in Zukunft noch mehr beachtet werden müssen. So sollte beispielsweise mehr in die sogenannten erneuerbaren Energien investiert werden, damit eine Stromversorgung auch nachhaltig gesichert ist. Die Nachhaltigkeit ist auch in anderen Bereichen wichtig, da z.B. die Forstwirtschaft und Fischerei sonst geschädigt werden können.

Die Erde aus der Sicht eines Astronauten – Gerhard Thiele berichtete

Nicht nur mit unbemannten Satelliten wird die Erde beobachtet, auch Astronauten schauen auf die blaue Kugel. Der deutsche Gerhard Thiele war bei der Space-Shuttle-Mission STS-99 dabei und berichtete in Aachen von seiner Mission.

Während der SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) konnte ein hochgenaues Höhenprofil der Erde erstellt werden. Dazu wurde ein etwa 60 Meter langer Mast mitgeführt, an dessen Ende eine Radarantenne befestigt war. Zusammen mit einer zweiten im Inneren der Nutzlastbucht konnten so dreidimensionale Aufnahmen der Erdoberfläche angefertigt werden, aus denen genaue Höhen aller Punkte auf der Erde berechnet werden konnten.

Dazu mussten jedoch zwei Parameter genauestens bekannt sein: Der Abstand zwischen Boden und Shuttle und der Abstand der beiden Kameras. Während die Entfernung zum Boden durchgehend vom Boden gemessen wurde, war die Bestimmung des Kameraabstands eine der Hauptaufgaben der Crew. Durch temperaturabhängige Ausdehnung und Schwingungen bei Triebwerksmanövern veränderte sich die Länge des Mastes ständig, jedoch war für die Genauigkeit der Daten eine Kenntnis unabdingbar.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR, International Charter Space and Major Disasters.

Bei der „International Charter Space and Major Disasters“, zu deutsch „Internationale Charta für Weltraum und Naturkatastrophen“, handelt es sich um ein internationales Abkommen zwischen verschiedenen Weltraumbehörden und Satellitenbetreibern. Mit dem Beitritt zu der Charta bekunden die Unterzeichner ihre Bereitschaft, ihre jeweiligen Weltraum-Infrastrukturen im Katastrophenfall zur Unterstützung des Krisenmanagements zur Verfügung zu stellen.

Die Beteiligung basiert auf dem Prinzip, dass jedes Mitglied seine Systeme nach besten Kräften in den Mechanismus der Charta einbringt. Bis vor Kurzen hatte die Charta 10 Vollmitglieder, zu denen unter anderen die Europäische Weltraumorganisation ESA, die französische Weltraumagentur CNES, die Raumfahrtagenturen von Kanada, Japan, China und Indien sowie die US-amerikanischen Behörden National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) und United States Geological Survey (USGS) gehören.

Seitdem sie am 1. November 2000 offiziell in Kraft getreten ist, wurde die Charta über 280 mal aktiviert. Dies geschah zum Beispiel im Fall des Elbe-Hochwassers im Jahr 2002, im Anschluss an den Tsunami im Indischen Ozean im Dezember 2004 oder während der Überschwemmungen in Pakistan im vergangenen Sommer. Nach einer erfolgten Aktivierung der Charta können Katastrophenschutz, Rettungskräfte und Sicherheitsorgane schnell und unbürokratisch auf die Satellitendaten der von den Vertragspartnern eingesetzten Erdbeobachtungssatelliten zurückgreifen und die erforderlichen Rettungs- und Hilfsmaßnahmen einleiten und koordinieren. Die bisher letzte Aktivierung der Charta erfolgte am 21. Oktober 2010 als Reaktion auf den Taifun Megi, welcher über die Philippinen zog.

Im Rahmen einer Festveranstaltung in Paris zum zehnjährigen Bestehen der Charta unterzeichnete Prof. Dr. Johann-Dietrich Wörner, der Vorstandsvorsitzende des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), die Charta. Damit erklärte sich das DLR als elftes Vollmitglied dazu bereit, seine Kompetenzen und Ressourcen, insbesondere im Bereich der Erdbeobachtung, zur Bewältigung von Naturkatastrophen und großen Unfällen beizusteuern. „Die Charta hat in den zehn Jahren ihres Bestehens bewiesen, wie wertvoll die Erdbeobachtung aus dem Weltraum in Katastrophenfällen ist. Diese Aktivitäten haben Menschenleben gerettet und Leiden gelindert“, würdigte Prof. Wörner die Verdienste der Charta.

Mit dem Beitritt zur Charta ergänzt das DLR in seiner Rolle als Raumfahrt-Agentur das breite Engagement Deutschlands im Rahmen der Satelliten-Nutzung im Fall von Naturkatastrophen, Großunfällen oder humanitären Hilfsaktionen. Der zentrale Beitrag des DLR wird zunächst aus der Bereitstellung von Radarbilddaten des TerraSAR-X-Satelliten bestehen. „TerraSAR-X liefert sehr schnell detaillierte Bilder und nimmt unabhängig von Wolken oder Tageszeit auf. Gerade für Überschwemmungen eignet er sich daher sehr gut“, erläuterte Dr. Stefan Voigt, Koordinator des Zentrums für Satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) des DLR, am Rande der Veranstaltung.

Das ZKI ist weltweit eines der wichtigsten Zentren für die Aufbereitung von Informationen aus Satellitendaten zur Anwendung in Krisenfällen. Daneben entwickelt das Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe seit Jahren als wichtiger Nutzer den Notfall-Dienst des europäischen „Global Monitoring for Environment and Security (GMES)“-Programms mit. Das DLR hat darüber hinaus mit dem Projekt „DeSecure“ die Entwicklung technischer Kapazitäten in diesem Bereich gefördert und die Bundesregierung unterstützt mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) das Programm „Platform for Space-based Information for Disaster Management and Emergency Response“ der Vereinten Nationen, UN-SPIDER. Diese verschiedenen Aktivitäten haben das Ziel, die Verfügbarkeit und den Einsatz von Satelliteninformationen für die Notfall-Reaktion und Krisenbewältigung weltweit zu verbessern.

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Ein Beitrag von Daniel Schiller. Quelle: DLR.

Nach einem Dammbruch im Osten Nepals am 18. August 2008 am Fluß Koshi kam es zu weitreichenden Überschwemmungen, von denen insgesamt über drei Millionen Menschen in mehr als 250.000 Häusern in 1.600 Ortschaften betroffen sind. Zerstörte Straßen und überflutete Bahngleise behindern die laufenden Hilfsmaßnahmen stark.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) erstellte am 30. August und 1. September für das Zentrum für satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) die Aufnahmen mittels des vor einem Jahr gestarteten deutschen Radarsatelliten TerraSAR-X. Die erzeugte Karte zeigt das Überschwemmungsgebiet südlich des Dammbruchs mit überfluteten Siedlungen, landwirtschaftlichen Nutzflächen und zerstörter Infrastruktur. Die Daten sollen den Hilfsmannschaften vor Ort helfen zerstörte und intakte Infrastruktur zu identifizieren und eine genaue Lagebeurteilung durchführen zu können.
Die normale „Blickrichtung“ des Satelliten weist nach rechts von der Flugbahn. Um das Intervall zwischen den beiden Aufnahmen deutlich zu verkürzen, wurde der sogenannte „Left-Looking“-Modus aktiviert, bei dem Aufnahmen von Gebieten links der Flugbahn erfolgen. Hierfür war eine spezielle Programmierung der Satelliten notwendig.

Das Zentrum für satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) ist ein Service des Deutschen Fernerkundungsdatenzentrums des DLR. Seine Aufgabe ist die schnelle Beschaffung, Aufbereitung und Analyse von Satellitendaten bei Natur- und Umweltkatastrophen, für humanitäre Hilfsaktivitäten und für die zivile Sicherheit.

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Ein Beitrag von Daniel Schiller. Quelle: DLR.

Während der mehrmonatigen Kampagne werden ausgewählte Autobahnabschnitte in Deutschland, Österreich, der Schweiz und in Kalifornien bei Überflügen des Satelliten beobachtet. Ziel ist die Entwicklung eines Verfahrens zu Erfassung von Verkehrsdaten aus dem All, ohne Installationen am Boden zu benötigen. Aktualität sowie schnelle Auswertung und Weitergabe der Daten an Informationsdienste sind weitere Aspekte des Programms. Das Verfahren soll Vorteile bei der Aktualität und Abdeckung bieten. Vor allem ist man wetterunabhängig und kann grenzüberschreitend arbeiten. Mit den gewonnen Daten kann nicht nur die Verkehrsdichte, sondern auch die durchschnittliche Geschwindigkeit am Boden bestimmt werden.

Die Autobahnabschnitte A4 westlich von Dresden, das Dreiländereck Deutschland-Österreich-Schweiz, später auch das Ruhrgebiet, die A5 und A8 bei Karlsruhe sowie die Interstate 5 in Kalifornien nordwestlich von Los Angeles in den USA, sollen aufgenommen werden.

Durch dieses Projekt erweitert sich das Anwendungsspektrum des Radarsatelliten, dessen Daten auch zu Erdvermessung und dem Erstellen aktueller Geländeinformationen genutzt werden.

TerraSAR-X wurde am 15. Januar 2007 gestartet. Seitdem hat er mehr als 20.000 Radarbilder der Erde erzeugt, welche vor allem im Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) in Neustrelitz bei Berlin ausgewertet und aufbereitet werden. Als Erweiterung zu TerraSAR-X ist der Start eines identischen Satelliten TanDEM-X vorgesehen.

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Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: DLR.

[Update vom 23.06.2007:]
Einer Pressemitteilung vom Donnerstag dieser Woche zufolge konnte das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt bereits vier Tage nach dem Start des Satelliten – und damit noch vor Erreichen der endgültigen Umlaufbahn – erste hochaufgelöste Radarbilder von TerraSAR-X empfangen. Die erste Aufnahme mit einer Auflösung von 15 Metern – von der hier ein kleiner Ausschnitt zu sehen ist – zeigt den russischen Fluss Don etwa 50 Kilometer westlich von Wolgograd (dem früheren Stalingrad). Beachtenswert ist hierbei, dass die Aufnahme bei dichter Bewölkung gemacht worden ist – was für das Radarsystem des Satelliten kein Hindernis darstellt. Alleine extreme Wetterereignisse wie beispielsweise sehr starke Gewitterschauer (hier sichtbar als heller Schleier rechts der Mitte am oberen Rand des Bildausschnitts) können die Abbildungsleistung des Radarsystems beeinflussen.

Am rechten Bildrand ist der Don als dunkle Fläche zu erkennen. Bereits bei dieser mit mittlerer Auflösung gewonnenen ersten Aufnahme ist der Detailreichtum gut zu sehen, den die TerraSAR-X-Aufnahmen zu liefern im Stande sind. Deutlich sind in der Uferregion Areale mit verschiedener Helligkeit zu unterscheiden: Landwirtschaftliche Anbauflächen, die mit verschiedenen Nutzpflanzen von unterschiedlichem Reifegrad bepflanzt sind. Schon dieser kleine Ausschnitt lässt erahnen, welche Fülle an Informationen in Zukunft von dem neuen Erdbeobachtungssatelliten zu erwarten sind – und das bei jedem Wetter.
Dementsprechend euphorisch fielen auch die Reaktionen der Missionsverantwortlichen nach dem Empfang der ersten Radaraufnahmen aus: „Ich bin begeistert! Diese Mission dokumentiert einmal mehr die führende internationale Stellung Deutschlands in der Radarfernerkundung. Unsere Daten werden eine wichtige Quelle für die geowissenschaftliche Forschung einerseits und für kommerzielle Anwendungen andererseits sein. TerraSAR-X wird aber auch eine maßgebliche Rolle im europäischen Erdbeobachtungsprogramm GMES spielen“, so Professor Johann-Dietrich Wörner, Vorstandsvorsitzender des DLR.

Die Aufnahmen konnten bereits 30 Minuten nach dem Empfang der Daten durch die Bodenstation Neustrelitz auf den Monitoren im DLR-Raumfahrtzentrum Oberpfaffenhofen begutachtet werden. Obwohl der Satellit erst Ende nächster Woche seine endgültige Umlaufbahn erreichen soll, weisen diese – eigentlich nur zu Testzwecken – aufgezeichneten Daten bereits eine überraschend hohe Qualität und Detailschärfe auf. Nach erfolgter Kalibrierung des Gesamtsystems dürfte noch einmal eine Steigerung der Darstellungsqualität erreichbar sein. In voller Größe können Sie die nun veröffentlichten Testaufnahmen mit weiteren Erläuterungen versehen in dieser DLR-Pressemitteilung bewundern.[Ende Update]

Der gut 1,2 Tonnen schwere Satellit wurde als Nutzlast einer russischen Dnepr-Trägerrakete – einer ehemals unter dem Namen SS-18 bekannten umgerüsteten Interkontinentalrakete – gestartet und soll die Erde mindestens fünf Jahre lang in 514 Kilometern Höhe umkreisen. Wichtigstes und einziges Instrument des Satelliten zur Erdbeobachtung ist ein hoch entwickeltes „Synthetic Apertur Radar (SAR)“, das unabhängig vom Satelliten ausgerichtet und in drei verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden kann. Neben der wissenschaftlichen Nutzung ist auch eine kommerzielle Verwertung der Radardaten durch eine eigens zu diesem Zweck vom Satellitenhersteller EADS Astrium gegründete Vermarktungsfirma vorgesehen. Die Steuerung von TerraSAR-X übernimmt das deutsche Raumfahrt-Kontrollzentrum in Oberpfaffenhofen, der Empfang der Radardaten läuft über die Bodenstation Neustrelitz des Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Mecklenburg-Vorpommern.

Für die Erdbeobachtung bietet ein radargestütztes System wie TerraSAR-X den insbesondere in tropischen Breiten und Hochgebirgsregionen nicht zu unterschätzenden Vorteil, dass Beobachtungen weitgehend wetterunabhängig durchgeführt werden können. Die 4,8 Meter lange und 80 Zentimeter breite Radarantenne von TerraSAR-X sendet permanent kurze elektromagnetische Impulse mit einer Frequenz von 9,65 GHz zur Erde, während der Satellit mit rund 7,6 km/sek. die Erde überfliegt. Die von der Erdoberfläche reflektierten Radarstrahlen werden aufgefangen, in einem 256 GBit großen Speicher an Bord des Satelliten gepuffert und schließlich mit einer Bandbreite von 300 MBit/sek. zur Empfangsstation Neustrelitz übertragen. Die Radarantenne kann in drei verschiedenen Betriebsarten „gefahren“ werden: Im „Spotlight-Modus“ wird eine Auflösung von bis zu einem Meter für ein maximal 10 mal 10 Kilometer großes Gebiet erreicht, der „Stripmap-Modus“ erlaubt die Abtastung eines 30 Kilometer breiten und bis zu 1.500 Kilometer langen Beobachtungsstreifens mit einer maximalen Auflösung von drei Metern, während der so genannte „ScanSAR-Modus“ bei einer auf 100 Kilometer erweiterten Streifenbreite eine Auflösung von 16 Metern bietet.

Wichtige Daten für verschiedenste Wissenschaftszweige
Die Daten des hochauflösenden Radars sind für verschiedenste wissenschaftliche Zwecke interessant. So können mit ihrer Hilfe Aussagen über die Verteilung und Zusammensetzung der Vegetation am Boden getroffen werden, was für unterschiedlichste Disziplinen von Interesse ist. Insbesondere die extrem hohe räumliche Auflösung der Radaraufnahmen – die bisher nur von militärischen Satellitensystemen erreicht worden sind – erlaubt dabei neue Anwendungsgebiete. Auch bei der Beobachtung verschiedener Auswirkungen der globalen Klimaveränderungen kann TerraSAR-X wertvolle Dienste leisten: Sein tageszeit- und wetterunabhängiges Radar erlaubt eine kontinuierliche Beobachtung der Polarregionen unseres Planeten, die einen gewichtigen Einfluss auf das Weltklima haben. Die Bahn des Satelliten ist so gewählt, dass er nach jeweils elf Tagen wieder über demselben Punkt der Erdoberfläche steht und jeder Punkt auf der Erdoberfläche spätestens alle vier Tage vom Radarsystem des Satelliten – wenn auch nicht unter demselben Blickwinkel – beobachtet werden kann.

Außer dem Radarsystem sind noch zwei Sekundär-Instrumente mit an Bord von TerraSAR-X: Ein experimentelles „Laser Communication Terminal“, das Daten mit hoher Bandbreite zu einer entsprechend ausgerüsteten Bodenstelle senden kann (beziehungsweise zu einem anderen, entsprechend ausgestatteten Satelliten), sowie ein „Tracking, Occultation and Ranging Experiment“ (TOR). Dieses System besteht aus einem GPS-Empfänger sowie einer Laser-Reflektoreinheit und erlaubt eine Positionsbestimmung des Satelliten mit bis zu 10 Zentimetern Genauigkeit – was wiederum den Wert der von TerraSAR-X gewonnenen Daten erhöht und beispielsweise die Erstellung hochgenauer Höhenmodelle der Erdoberfläche ermöglicht. Weiterhin werden durch TOR die Funksignale von nahe dem Horizont befindlichen GPS-Satelliten analysiert, die auf ihrem Weg durch die Erdatmosphäre mit dieser wechselwirken und dabei spezifische Veränderungen erfahren. Durch Auswertung dieser Veränderungen können für die Klimaforschung interessante Daten über Druck, Temperatur, Wasserdampfgehalt und Elektronendichte der entsprechenden Atmosphärenschichten gewonnen werden.

Ausblick in der Zukunft
Abhängig vom (kommerziellen) Erfolg von TerraSAR-X ist bereits jetzt eine Nachfolgemission angedacht, die den Satelliten am Ende seiner Lebensdauer ersetzen soll. Der Nachfolgesatellit soll dabei gänzlich aus privatwirtschaftlichen Mitteln der Raumfahrtindustrie finanziert werden. Weiterhin wird derzeit bereits ein TanDEM-X genanntes Missionsszenario untersucht. Dabei würde ein fast baugleicher Satellit in nur einigen hundert Metern Abstand zu TerraSAR-X fliegen und sowohl autonome wie auch gemeinsame Beobachtungen – in Zusammenarbeit mit seinem Vorgänger – durchführen. Sollte TanDEM-X realisiert werden, würde dieser Satellit wieder öffentlich-privat kofinanziert werden.

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