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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Ein Beitrag von Patrick Schemel. Quelle: ExoLaunch, SpaceX, TU Berlin.

Der eigentlich bereits für letzte Woche angesetzte Start hatte im Vorfeld mit einigen Verzögerungen zu kämpfen, zunächst erfolgte eine Verschiebung um einige Tage, um zusätzliche Überprüfungen durchzuführen, ein Startversuch am 29. Juni 2021 musste spät im Countdown (11 Sekunden vor dem Start) abgebrochen werden, nachdem es zu einer Verletzung des gesperrten Luftraums durch einen Hubschrauber gekommen war. Auch am Mittwoch musste der avisierte Starttermin aufgrund des Wetters um 20 Minuten nach hinten verschoben werden, bevor die Falcon 9 endlich von Startrampe LC-40 der Cape Canaveral Space Force Station in Florida abheben konnte. Die eingesetzte Erststufe, B1060, absolvierte mit dem Flug ihren achten erfolgreichen Einsatz, genau ein Jahr, nachdem sie am 30. Juni 2021 erstmals für den Transport eines GPS-Satelliten eingesetzt worden war. Auch die beiden Hälften der Nutzlastverkleidung hatten zuvor bereits je zwei Missionen absolviert, was ihnen auf Bildern auch durchaus anzusehen war.

Zwar war die Masse der transportierten Kunden-Nutzlast diesmal laut SpaceX größer als bei der Transporter-1-Rideshare-Mission im Januar 2021, da jedoch lediglich drei Starlink-Satelliten mitflogen (bei Transporter-1 befanden sich 10 an Bord), konnte eine Landung auf dem Landeplatz „LZ-1“ neben der Startrampe durchgeführt werden und es musste nicht auf eine Landeplattform auf hoher See zurückgegriffen werden. Da eine Landlandung deutlich mehr Energie erfordert, muss die Falcon-9-Erststufe hierfür deutlich mehr Treibstoff einsetzen, was nur möglich ist, wenn durch eine leichte Nutzlast entsprechende Reserven vorhanden sind.

Praktisch zur gleichen Zeit, zu der die Erststufe erfolgreich landete, schaltete auch die Oberstufe ihr Triebwerk das erste Mal bei T+8:24 Minuten ab. Einige Zeit später erfolgte bei T+54:13 Minuten dann eine zweite, zweisekündige Zündung der Oberstufe, die das Fahrzeug in die geplante Umlaufbahn brachte. In der folgenden halben Stunde wurden zunächst die Kundennutzlasten ausgesetzt, ganz zum Schluss dann die drei mitgeführten Starlink-Satelliten.

Insgesamt setzte die Rakete 31 Nutzlasten ab. Da sich darunter auch einige sogenannte Space Tugs (wörtlich übersetzt Weltraum-Schlepper, im Grunde Satelliten mit eigenem Antrieb, die an Bord befindliche Satelliten in den gewünschten Orbit bringen und absetzen) und Aussetzplattformen für Subsatelliten befanden, die ihrerseits wiederum Satelliten an Bord hatten, kam die Mission auf insgesamt 88 Satelliten. Der Start von 29 dieser Satelliten (die inklusive Aussetzvorrichtungen eine Masse von rund einer Tonne hatten) wurde durch das deutsche Unternehmen ExoLaunch unter der Bezeichnung „Fingerspitzengefühl“ organisiert. ExoLaunch hat als Dienstleister für ihre Kunden die Integration und den Start der Satelliten verantwortet.

Zur Mission „Fingerspitzengefühl“ gehörte auch der Start des rund 20 Kilogramm schweren Technologieerprobungssatelliten TUBIN (Technische Universität Berlin Infrared Nanosatellite), der von der TU Berlin (TUB) mit Förderung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt wurde. Unter anderem soll die Anwendbarkeit der sich an Bord befindlichen Infrarot-Sensoren zur Fernerkundung (beispielsweise der Überwachung/Erkennung von Waldbränden) erprobt sowie die dem Satelliten zugrundeliegenden Satellitenplattform, eine Weiterentwicklung des bereits beim TUB-Satelliten TechnoSat eingesetzten eigenen Busses namens TUBiX20, im All getestet werden.

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

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Quelle: TU Berlin.

Die Bodenstationen in der Antarktis und auf dem Dach des „F-Gebäudes“ der Technischen Universität Berlin haben heute Gewissheit gebracht: Der 22,5 Kilogramm schwere Mikrosatellit TUBIN mit einer Größe von etwa 31 x 47 x 47 Zentimetern hat sich nach dem Abtrennen von der Oberstufe der Rakete erfolgreich initialisiert und sendet aus seiner Umlaufbahn in 530 Kilometern Höhe Signale zur Erde. An Bord befinden sich zwei Infrarot-Kameras. Zusätzlich dazu ist noch eine Kamera für den sichtbaren Spektralbereich vorhanden.

Ziel ist die Erkennung von Waldbränden
„Nach dem geglückten Start steht nun die Erdfernerkundung im Fokus“, erklärt Nutzlastingenieur und Projektleiter Julian Bartholomäus. Die Forschenden wollen herausfinden, ob als Sensoren für die Erkennung von Waldbränden durch Satelliten auch sogenannte Mikrobolometer in Frage kommen. Sie werden zum Beispiel in handelsüblichen Wärmebildkameras verbaut und detektieren langwelliges Infrarotlicht. Für große Satelliten kamen bisher aber Sensoren zum Einsatz, die für kurzwelliges Infrarotlicht empfindlich sind. Waldbrände strahlen nämlich in diesem Wellenlängenbereich etwa zehn- bis hundertmal heller als im langwelligen Infrarot. Jedoch: Diese Sensoren müssen aufwändig gekühlt werden. Für Kleinsatelliten sind sie deshalb nicht geeignet.

Jeder Punkt auf der Welt beobachtbar
„Mikrosatelliten bieten aber viele Vorteile“, sagt Julian Bartholomäus. Sie sind nicht nur kostengünstig und könnten für Nischenanwendungen genutzt werden. Aufgrund ihres Preises ließen sich auch ganze Flotten einsetzen: Mit 12 Satelliten in drei Umlaufebenen könnte jeder relevante Punkt der Erde innerhalb von 24 Stunden beobachtet werden. Aber auch schon TUBIN allein überfliegt alle Orte der Erde, weil diese sich unter seiner Umlaufbahn hinweg dreht. „Allerdings dauert es ungefähr 9 Tage, bis man das gleiche Gebiet wieder beobachten kann“, sagt Bartholomäus. Da könne mancher Waldbrand schon erloschen sein.

Waldbrände durch den Klimawandel häufiger
Der Klimawandel sorgt in vielen Regionen der Welt für verlängerte Waldbrandperioden und eine höhere Zahl solcher Brände. Neben den jährlichen großen Vegatationsbränden im Südwesten Australiens und dem Westen der USA sind auch europäische Länder wie Deutschland immer stärker durch Großfeuer gefährdet. Die TUBIN Mission soll nun verstärkt europäische Waldbrände beobachten.

Jeder Pixel der eingesetzten Wärmekameras ist ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand. Auf dem Erdboden deckt solch ein Pixel eine Fläche von 150 x 150 Quadratmetern ab. Unter idealen Bedingungen können allerdings auch Feuer kleineren Ausmaßes detektiert werden. Dabei unterstützt die optische Kamera mit einer Auflösung von immerhin 40 x 40 Quadratmetern pro Pixel die Infrarotkameras. Bei der Charakterisierung der Aufnahmen helfen zusätzlich spezielle Algorithmen für die Erkennung von Wolken, Wasser und eben Feuer. Dabei wird auch untersucht, ob die Brände besser erkannt werden, wenn man diese Algorithmen an die jeweilige Weltregion anpasst.

Neben den Infrarotkameras trägt TUBIN ebenfalls einen neuartigen Funktransceiver an Bord, der in Deutschland entwickelt wurde (Projektname XLink IOD). Hiermit kann TUBIN seine gesammelten Bilddaten mit zehnmal höheren Datenraten an die heimische Bodenstation am Fachgebiet Raumfahrttechnik der TU Berlin senden.

Krönung für Satelliten-Jubiläum der TU Berlin
16 wissenschaftliche Mitarbeiter waren am Bau von TUBIN beteiligt; bereits 2017 startete mit TechnoSat ein Vorgänger, mit dem die neu entwickelte Kleinsatellitenplattform im Weltraum getestet wurde, die nun auch für TUBIN zum Einsatz kommt. Der Satellit trägt auch den Zweitnamen TUBSAT-27, der auf die lange Tradition der TU Berlin bei der Entwicklung von Kleinstsatelliten verweist. „Der erfolgreiche Start des 27sten Satelliten aus Berlin ist ein wunderbares Geschenk für unser nahes Jubiläum“, erklärt der Leiter des Fachgebiets Raumfahrttechnik, Prof. Dr.-Ing. Enrico Stoll. Am 17.07.1991, also vor fast genau 30 Jahren, startete der erste TUBSAT mit einer Ariane-4-Rakete. „Damit zählt die TU Berlin zu den auf diesem Gebiet führenden Universitäten der Welt“, sagt Stoll. Die orbitale Lebensdauer von TUBIN ist allerdings begrenzt – in etwa fünf bis sechs Jahren wird er durch die Reibung in der Atmosphäre abgebremst worden sein und in den tieferen Luftschichten verglühen.

Das Vorhaben wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR e.V. mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert (Förderkennzeichen TUBIN 50 RM 1102 und XLink IOD 50 YB 2009).

Erfolgreiche Aussetzung von TUBIN im Video:
Aussetzen im Bewegtbild aus SpaceX-Webcast

Webseite des Projekts an der TU Berlin:
https://www.tu.berlin/en/raumfahrttechnik/research/current-projects/tubin

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