Ein Beitrag von Roland Rischer. Quelle: NASA, USGS.

Nach dem erfolgreichen Start von LDCM (künftig Landsat 8) am 11. Februar 2013 von Vandenberg aus ist es still geworden um den Satelliten. Das ist nicht ungewöhnlich, zwischen Start und ersten mediengerechten Bildern oder Arbeitsergebnissen vergehen in der Regel Wochen, in denen der vorgesehene Orbit angesteuert wird und umfangreiche Prozeduren zur Inbetriebnahme des Satelliten ablaufen. Der jüngste Statusbericht zu LDCM vom 16. April 2013 besagt, dass alle Systeme normal laufen. Inzwischen ist auch die endgültige Umlaufbahn in 705 km Höhe erreicht.
Bei Beobachtungssatelliten wie LDCM kommt vor Aufnahme der Arbeit noch die Kalibrierung der Bildaufnahmetechnik hinzu. An Bord des LDCM befinden sich der Operational Land Imager (OLI) für Bilder vom sichtbaren und nah- beziehungsweise ferninfraroten Bereich und ein Thermal Infrared Sensor (TIRS) zur Messung der Oberflächentemperatur.

Bei der Kalibrierung geht es nicht nur darum, dass die OLI-Aufnahmen Farben so wiedergeben, wie sie auch am Boden wahrgenommen werden. Die Bilder müssen auch mit früheren Landsat-Bildern vergleichbar bleiben. Inzwischen existiert eine über vierzigjährige Bilddatenhistorie. Ein großer Teil davon, 652.000 Aufnahmen aus den Jahren 1972 bis 1992, wurde 2011 bei der UNESCO als Weltkulturerbe registriert mit der kurzen Begründung „einzigartig“. Die langjährige Landsat-Bilderserie erlaubt inzwischen wissenschaftlich gesicherte Aussagen zu langfristigen Trends bei der Entwicklung von Klima, Vegetation und Besiedlung der Erde. Die Landsat-Daten werden vom U.S. Geological Survey (USGS) verwaltet und archiviert.

Der Red Lake Playa in Arizona spielt bei der Kalibrierung des OLI eine entscheidende Rolle. Der Trockensee wurde von den Wissenschaftlern des NASA Goddard Space Flight Center ausgewählt, weil sich Störungen durch Dunst und Luftverschmutzung in engen Grenzen halten. Außerdem verändert sich die Umgebung auch auf längere Sicht nur marginal, so dass der ehemalige See über Jahre für die Kalibrierung von optischen Aufnahmegeräten im Weltraum geeignet erscheint.

Ende März 2013 wurde die Region von Landsat 7 und LDCM (auf niedrigerer Umlaufbahn) mehrere Tage lang gemeinsam überflogen, um von den Lichtverhältnissen her vergleichbare Aufnahmen zu bekommen. Die mit diesen rund 1.000 Aufnahmen mögliche Anpassung des OLI wird verfeinert durch Daten, die von einem Team vor Ort am Boden und von einem Flugzeug aus aufgenommen werden. Zur Anwendung kommt ein Solar and Lunar for Absolute Reflectance Imaging Spectrometer (SOLARIS). Das Instrument erlaubt die Analyse der Eigenschaften des vom Boden reflektierten Lichtes wie etwa Intensität, Ausbreitungsrichtung, Farbspektrum oder Polarisation. Im Flugzeug befindet sich das Goddard Lidar, Hyperpectral and Thermal Instrument (G-LiHT). Lidar steht für Light Detection and Ranging (angelehnt an Radar – Radio Detection…), wobei mit „Light“ ein Laserstrahl gemeint ist. Mit dem G-LiHT werden hauptsächlich Bodenstrukturen und -bedeckung sowie Oberflächentemperaturen untersucht.

Diese Vor-Ort-Bilddaten dienen nicht nur der Optimierung der OLI-Sensoren. Weil der neueste Satellit auch detailliertere Bilder liefert, können und müssen oft auch alte Bilder neu interpretiert werden. Die am Red Lake Playa gewonnenen Daten sind dabei Referenz bei Abweichungsanalysen zwischen alten und neuen Landsat/LDCM-Bilddaten, damit Sensor-bedingte Unterschiede zwischen den Bildern nicht als Landschaftsveränderungen interpretiert werden.

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• Landsat Data Continuity Mission auf Atlas V AV035

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: NASA, ULA.

LDCM steht für Landsat Data Continuity Mission und beschreibt die Aufgabe des neuen Satelliten: Die Gewährleitung der Datenkontinuität im Landsat-Programm. Das künftig auch als Landsat 8 bezeichnete Raumfahrzeug auf Basis eines Satellitenbusses von General Dynamics soll nach aktuellem Planungsstand am 11. Februar 2013 auf eine Umlaufbahn um die Erde gelangen.
Die US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtagentur (NASA) hatte das LDCM-Projekt zusammen mit dem Geologischen Dienst der USA (U.S. Geological Survey, USGS) begonnen, und dem seit 1972 laufenden Landsat-Programm damit ein weiteres Kapitel hinzugefügt. Das Programm ermöglicht Nutzern rund um den Erdball, Beobachtungen der Landmassen unseres Planeten vorzunehmen. Eine künftig zur Verfügung stehende weiter verbesserte Bildqualität kommt zu einer Zeit, in der ausgezeichnete Erdbeobachtungsdaten wichtig und hilfreich sind.

Die Geschwindigkeit der Veränderung der Landnutzung durch den Menschen war noch nie so hoch wie heute. Erklären lässt sich dies insbesondere mit den gestiegenen Bevölkerungszahlen und den weiterentwickelten technischen Möglichkeiten der Menschheit.

Damit LDCM die erwarteten Daten liefern kann, wird das Raumfahrzeug von einer zweistufigen Trägerrakete des Typs Atlas V in der Version 401 in den Weltraum transportiert. Die zunächst auf fünf Jahre angesetzte Mission beginnt mit einem Start von der Luftwaffenbasis Vandenberg (VAFB) in Kalifornien an der Westküste der Vereinigten Staaten von Amerika. Wenn die Arbeiten zur Überprüfung und Inbetriebnahme des Satelliten im All dann maßgebliche Fortschritte gemacht haben, wird LDCM offiziell die Bezeichnung Landsat 8 erhalten. Mit der Umzeichnung des Satelliten einher gehen wird die Übernahme seiner Steuerung und Überwachung durch ein Kontrollzentrum des USGS.

Bis dato wurden seit 1972 sechs Satelliten im Rahmen des Landsat-Programms erfolgreich in den Weltraum gebracht. Mehr als vier Jahrzehnte lieferten Satelliten des Programms quasi ununterbrochen Bilder von der Oberfläche der Erde. Landsat 7, der jüngste Späher des Programms, umrundet die Erde seit April 1999.

LDCM baut auf den bewährten Entwicklungen für seine Vorgänger auf, und ist mit zwei fortschrittlichen wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattet, die klarere Bilder bereitstellen sollen. Ein OLI für Operational Land Imager genannter Bildgeber kann Licht im sichtbaren Bereich sowie im nahen und fernen Infraroten verarbeiten. Die als TIRS für Thermal Infrared Sensor bezeichnete Messeinrichtung ist dazu gedacht, Informationen über die Temperatur der Erdoberfläche zu sammeln. Im Unterschied zu Instrumenten auf älteren Erdbeobachtungssatelliten arbeiten OLI und TIRS nicht mit oszillierenden Spiegeln, die Strahlung zum eigentlichen Detektor senden, sondern mit großen Gruppen aus zahlreichen Detektoren, die in der Fokusebene des jeweiligen Instruments verteilt sind.

OLI und TIRS sollen im Dauereinsatz Daten erfassen. Bei seinem Flug auf einem annähernd kreisförmigen, fast polaren Orbit in rund 705 Kilometern über der Erde wird LDCM also einen konstanten Datenstrom aufzuzeichnen haben. Um einmal die komplette Erdoberfläche abzutasten, werden bei einer Abtastbreite von rund 185 Kilometern 16 Tage benötigt.

Damit beim Transport von LDCM auf die gewünschte Umlaufbahn während kritischer Flugphasen keine Landmassen überquert werden müssen, wählte man die Luftwaffenbasis Vandenberg für den Start. Seit Terra, einem am 18. Dezember 1999 gestarteten Erdbeobachtungssatelliten der NASA, wurde kein NASA-Satellit mehr von Vandenbergs Startrampe SLC 3 in den Weltraum gebracht. Jetzt steht die Atlas-V-Rakete mit einer Centaur-Oberstufe und LDCM an ihrer Spitze dort bereit.

Atlas V und Centaur wurden im Oktober 2012 aufgerichtet. LDCM erreichte Vandenberg im Dezember 2012 und wurde nach der erfolgreichen Beendigung abschließender Vorstarttests am 25. Januar 2013 mitsamt der vier Meter durch-messenden Nutzlastverkleidung auf die Rakete mit der Seriennummer AV035 gesetzt.

Das Startfenster am 11. Februar 2013 öffnet sich um 1:02 Uhr MEZ und ist etwa eine dreiviertel Stunde lang. Funktioniert die Trägerrakete wie vorgesehen, wird LDCM rund 78 Minuten nach dem Abheben auf einem Orbit mit einem Perigäum, dem der Erde nächstliegenden Bahnpunkt, von 660 km, und einem Apogäum, dem erdfernsten Bahnpunkt, von 677 km, ausgesetzt. Die zu erreichende Bahnneigung gegen den Erdäquator beträgt 98,2 Grad.

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• Landsat Data Continuity Mission auf Atlas V AV035

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Ein Beitrag von Simon Plasger. Quelle: NASA.

Das Thermal Infrared Sensor (TIRS) genannte Instrument wird mit einer neuen Technologie, welche die Quantenphysik anwendet, die Temperatur der Erde an verschiedenen Stellen messen. Dabei dauerte es nur 43 Monate, um aus einem Entwurf auf dem Papier ein weltraumtaugliches Instrument zu bauen, was laut Betsy Forsbacka, der TIRS Instrument Managerin, ein Jahr weniger ist, als eingeplant war.

TIRS benutzt sogenannte Quantum Well Infrared Photodetectors (QWIPs), um langwelliges Licht, welches von der Erde ausgestrahlt wird, zu messen. Die Stärke dieses Lichtes hängt dabei von der jeweiligen Oberflächentemperatur ab. Die Wellenlänge liegt zudem weit außerhalb des Sichtbarkeitsbereichs des menschlichen Auges.

Die Detektoren bedienen sich dabei der komplexen Grundsätze der Quantenmechanik: Galliumarsenid-Halbleiterchips, in denen die Elektronen von Licht bestimmter Wellenlängen auf eine höhere Bahn gehoben werden. Dabei entstehen elektrische Signale, welche in ein digitales Bild umgewandelt werden können. Das TIRS-Instrument benutzt für die Messungen Sensoren, welche in zwei Wellenlängenbereiche empfindlich sind, um die Temperatur der Erde von der der Atmosphäre zu trennen.

Der Satellit LCDM soll im Januar 2013 von der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien aus ins All starten und wird dabei neben TIRS ein weiteres Instrument an Bord haben: Der Operational Land Imager (OLI) wird Aufnahmen im sichtbaren sowie im nahen und kurzwelligen Infrarotbereich anfertigen.

Die Mission ist die achte des Landsat-Programms, welches seit 1972 globale Erdbeobachtungen durchführt. Die dabei entstehenden Daten sind frei im Internet einsehbar.

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