Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft 1. August 2022.

1. August 2022 – Am 1. April 2022 um 18:24 Uhr mitteleuropäischer Zeit war es soweit: Der deutsche Umweltsatellit »EnMAP« – kurz für »Environmental Mapping Analysis Program« – startete vom US-Raumflughafen Cape Canaveral seine Reise ins All. Von dort aus soll er fünf Jahre lang die Erde analysieren und u.a. Daten zu Klimawandelauswirkungen, der Verfügbarkeit und Qualität von Wasser oder Änderungen der Landnutzung liefern. Die ersten Daten, die der Satellit zur Erde sandte, stammten vom Bosporus: Analysiert wurde das Frequenzspektrum, das typisch für Algenanreicherungen im Wasser ist. Auf diese Weise wollen Forschende die Algenwanderung und den Algenbesatz untersuchen. Möglich werden solcherlei Analysen unter anderem durch Fraunhofer-Technologie in gleich zweifacher Ausführung.

Herzstück des Satelliten: Ein Doppelspalt aus dem Fraunhofer IMM
Für seine Analysen detektiert der Satellit das Licht der Sonne, das von der Erde reflektiert wird. Allerdings ist der Wellenlängenbereich von 420 bis 2420 Nanometer, also vom sichtbaren Licht bis ins tiefe Infrarot, zu groß, um ihn mit nur einem Spektrometer aufzunehmen. Hier hilft eine Technologie des Fraunhofer IMM. »Wir haben einen hochpräzisen Doppelspalt gefertigt, der das einfallende Licht in zwei Detektoren lenkt«, erläutert Stefan Schmitt, Gruppenleiter am Fraunhofer IMM in Mainz. Da die beiden Spalte naturgemäß räumlich ein wenig voneinander entfernt sind, blicken sie nicht auf die gleichen Stellen der Erde. »Es dauert also den Bruchteil einer Sekunde, bis der zweite Spalt dieselbe Stelle der Erde betrachtet wie der erste«, sagt Schmitt. Dieser Versatz muss genauestens bekannt sein, um die Aufnahmen überlagern zu können und die gewünschte Auflösung von 30 Metern zu erreichen.

Der Clou liegt zum einen in der äußerst präzisen Fertigung des Doppelspalts, was nur mit Siliziumtechnologie möglich ist. »Zwar sind die Techniken, über die wir am Institut verfügen, recht gut geeignet, um diese Anforderungen zu erfüllen, dennoch gab es zahlreiche herausfordernde Details«, erinnert sich Schmitt. Beispielsweise erwiesen sich die anfangs rechteckigen Spalte mechanisch als nicht stabil genug. Die Forscherinnen und Forscher fertigten daher Spalte mit einem gestuften Querschnitt. »Trotz umfangreicher Simulationen und Analysen unserer Partner mussten wir das Design und weitere Anforderungen während der laufenden Prozessphase ändern. Solche Dinge passieren gelegentlich, wenn man Neuland betritt, aber wir sind darauf vorbereitet«, sagt Schmitt. Auch weitere Komponenten der Baugruppe – etwa zur Lichtumlenkung oder zur Unterdrückung von Streulicht – mussten die Forschenden mit höchster Präzision aus weltraumgerechten Materialien wie Aluminium, Edelstahl, Nickel und Invar fertigen, deren Eigenschaften präzise vermessen und dokumentiert wurden. Trickreich war zudem der Zusammenbau der Baugruppe mit dem Doppelspalt. »Die Toleranzen waren kleiner als fünf Mikrometer, also kleiner als ein Zehntel eines Haars«, erläutert Schmitt. All dies ist hervorragend gelungen.

Leicht und präzise: Metallspiegel aus dem Fraunhofer IOF
Auch das Fraunhofer IOF brachte seine Expertise in den Satelliten ein: Als einer der besten Metalloptik-Entwickler der Welt wurden alle Metallspiegel der EnMAP-Optik am IOF hergestellt. »Für Weltraumanwendungen müssen die Spiegel nicht nur eine extrem glatte Oberfläche aufweisen und äußerst präzise geformt sein, sondern auch ein möglichst geringes Gewicht aufweisen«, sagt Dr. Stefan Risse, Projektleiter am Fraunhofer IOF in Jena. »Dabei konnten wir die Anforderungen sogar übertreffen: Statt der geforderten Rauheit von 1 Nanometer RMS (Root Mean Square) weisen unsere Metallspiegel, im Weißlicht (Vergrößerung 50x) gemessen, eine Rauigkeit von weniger als 0,5 Nanometer RMS auf. Auch die zulässige Formabweichung konnten wir nicht nur auf 18 Nanometer RMS, sondern zum Teil sogar auf unter 10 Nanometer RMS genau einhalten.« Dazu nutzten die Forscherinnen und Forscher Aluminium, auf das sie eine röntgenamorphe Metalllegierung aus Nickel und Phosphor abschieden. Diese Dickschicht hat strukturell ähnliche Eigenschaften wie Glas und lässt sich mit Diamantwerkzeugen sehr gut bearbeiten und brillant polieren. Was die finale Form der Metallspiegel angeht, so stellte das Forscherteam diese durch Korrekturverfahren wie das Ionenstrahlpolieren (IBF, eng. Ion Beam Figuring) ein.

Ein weiteres wichtiges Qualitätsmerkmal der Spiegel neben der geringen Oberflächenrauigkeit ist ihr Leichtgewicht. Auch hier punktete das Verfahren des Fraunhofer IOF. »Wir konnten die Masse über ein von uns patentiertes Verfahren um mehr als 40 Prozent reduzieren – mittlerweile sind durch den Einsatz von additiven Verfahren bereits bis zu 70 Prozent Einsparung möglich«, sagt Risse. Das gelang dem Team, indem es die Struktur des Spiegels wie ein Kapitell in einer Kirche anlegte: Kreuzungsbohrungen, die orthogonal aufeinandertreffen, verbinden die Vorder- und Rückseite des Spiegels, die entstehende Säulenstruktur stützt die Flächen. Vorder- und Rückseite des Spiegels sind geschlossen, was dem Element eine große mechanische Steifigkeit verleiht. Insgesamt stellte das Team elf ultrapräzise Metallspiegel inklusive hochreflektiver Silber- und Goldschichten für »EnMAP« her und vergütete zudem die Glasoptiken, wobei auf das Glas eine dünne Schicht mit geringerer Brechkraft aufgebracht wurde.

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• EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) auf Falcon 9

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Quelle: OHB SE 23. Mai 2022.

Bonn / Bremen, 23. Mai 2022. Es ist eine der wichtigsten Missionen im Kampf gegen den Klimawandel: Die CO2M-Mission des europäischen Erdbeobachtungsprogramms Copernicus wird erstmals die von Menschen erzeugten CO2-Emmissionen weltweit messen und überwachen. Die OHB System AG, ein Tochterunternehmen des Raumfahrt- und Technologiekonzerns OHB SE, wurde bereits vor zwei Jahren von der Europäischen Weltraumorganisation ESA mit der Realisierung dieser besonderen Erdbeobachtungsmission beauftragt. Heute unterzeichneten ESA und OHB während des „Living Planet Symposiums“ in Bonn die Vertragsanpassung zur Aktivierung der nächsten Entwicklungsphasen. Somit sind die beiden zu liefernden Satelliten jetzt vollumfänglich beauftragt und das finale Design und der Bau der neuen Klima-Wächter können beginnen.

„Wir freuen uns und sind auch stolz, dass wir mit unseren Satelliten zur weltweiten Überwachung des CO₂-Ausstoßes beitragen werden und diese für unseren Planeten so wichtige Mission als Hauptauftragnehmer entwickeln können“, sagte Dr. Wolfgang Paetsch, Vorstand der OHB System AG, anlässlich der Vertragsunterzeichnung in Bonn. Der Auftrag bestätige zudem einmal mehr die hohe Expertise von OHB in der Erdbeobachtung.

„Ich freue mich, dass wir bei dieser Vertragsunterzeichnung mit OHB, dem Hauptauftragnehmer für die Copernicus CO2M-Mission, dabei sind, und ich freue mich auf die erfolgreiche Durchführung dieser wichtigen Mission zusammen mit unseren Partnern, der Europäischen Kommission und Eumetsat“, sagte Simonetta Cheli, Direktorin für Erdbeobachtungsprogramme und Leiterin des ESA-Zentrums für Erdbeobachtung.

Unbestechlicher Blick aus dem All
In der CO2M-Mission wird der Blick aus dem All wieder einmal unbestechlich sein: Die neuen Erdbeobachtungsatelliten, die bei OHB entwickelt und gebaut werden, sollen gezielt erfassen, wie viel klimaschädliches CO₂ tatsächlich durch menschliche Aktivitäten in die Atmosphäre gelangt. Mit Hilfe von Instrumenten, die Messungen im infraroten Wellenlängenbereich vornehmen, können die Klima-Wächter die Konzentration von Kohlenstoffdioxid, Methan und Stickstoffdioxid in der Atmosphäre sehr präzise messen. Die Daten werden dann verlässliche Aussagen über die Emissionen einzelner Länder, Regionen und Städte liefern und damit auch helfen, zu überprüfen, ob die Ziele des Pariser Klimaabkommens umgesetzt und erreicht werden.

„Satelliten zu bauen, die unseren Blick auf die Erde weiten und uns Daten liefern, mit denen wir unseren Planeten noch besser verstehen und schützen können, ist eine besondere Aufgabe. Wir freuen uns daher sehr, dass wir die hohen Anforderungen dieser komplexen Mission erfüllen und nun mit dem finalen Design und dem Bau der CO2M-Satelliten beginnen können. Der nächste wichtige Meilenstein, das sogenannte Critical Design Review, in dem das endgültige Design der Satelliten begutachtet und bestätigt wird, ist für 2023 geplant“, sagt der CO2M-Projektleiter Robert Hook.

Start ins All ab Ende 2025
Das Projekt CO2M wird von einem Industriekonsortium unter OHB-Leitung umgesetzt. Als Hauptauftragnehmer trägt die OHB System AG die Verantwortung für die Gesamtsysteme und entwickelt die Satellitenplattformen. Der Gesamtwert des Auftrags beläuft sich auf 445 Millionen Euro. Wichtigster Unterauftragnehmer ist Thales Alenia Space als Lieferant für die Nutzlasten. Die fast zwei Tonnen schweren CO2M-Satelliten sollen ab Ende 2025 nach einander auf ihren Orbit in 735 Kilometer Höhe starten, um dann 2026 einsatzbereit zu sein.

Das Copernicus-Programm
Copernicus ist neben Galileo das zweite große europäische Raumfahrtprogramm und stellt eine unabhängige Infrastruktur für die Erdbeobachtung bereit. Die von Messeinrichtungen an Land, zu Wasser, in der Luft und im Weltraum gesammelten Daten dienen in erster Linie der Überwachung von Umwelt und Klima, helfen aber auch bei der Bewältigung von Naturkatastrophen und liefern Antworten in Bezug auf sicherheitsrelevante Fragen.

Das Copernicus-Programm wird von der Europäischen Union und der ESA finanziert.

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• Planet Erde

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Quelle: DLR 4. Mai 2022.

4. Mai 2022 – Seit ihrem Start am 1. April 2022 ist die deutsche Umweltsatellitenmission EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program), die von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geführt wird, gut einen Monat im All und hat jetzt die ersten hochaufgelösten Satellitenbilder geliefert. Nachdem die Mission die „Launch and Early Orbit Phase“ erfolgreich abgeschlossen hatte, wurden Stück für Stück die einzelnen Subsysteme des hochkomplexen Hyperspektral-Instrumentes unter Kontrolle des Deutschen Raumfahrtkontrollzentrums (GSOC) in Betrieb genommen. Nun hat EnMAP erstmals einen Streifen von etwa 30 Kilometern Breite und 180 Kilometern Länge über Istanbul am Bosporus in der Türkei mit Europa und Asien aufgenommen und die Daten dann über die DLR-Bodenstation in Neustrelitz zur Erde heruntergesendet.

„Schon die ersten Daten von EnMAP zeigen, was der deutsche Umweltsatellit leisten kann“, freut sich Dr. Sebastian Fischer, EnMAP-Gesamtprojektleiter in der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. Zwar befinde man sich mit der Mission erst in der ersten Phase, in der das Instrument kalibriert und exakt eingestellt werde. „Diese ersten Bilder geben uns aber schon einen sehr guten Vorgeschmack darauf, was Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf der ganzen Welt erwarten dürfen. Sie zeigen, dass EnMAP einen großen Beitrag dazu leisten kann, die Folgen des Klimawandels aufzuzeigen und der fortschreitenden Umweltzerstörung entgegenzuwirken.“

Empfangen wurden die ersten Daten vom Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) sowie dem DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung, die die Bilder auch prozessieren und archivieren. Denn die Daten, die der Satellit zur Erde schickt, sind für den Nutzer nicht direkt verwendbar. Nur wenn sie weiterverarbeitet, also kalibriert, mit Lage- und Positionsbestimmungen versehen sowie die Einflüsse der Atmosphäre korrigiert werden, können die Nutzer am Ende quantitative und qualitative Aussagen aus den Produkten ziehen. Dabei wurde die Kalibration dieser ersten Aufnahmen mit Daten, die vom Instrument im Labor gemessen wurden, durchgeführt. Im Rahmen der sogenannten Commissioning Phase, die sechs Monate dauert, werden diese Kalibrationen nun noch auf die Eigenschaften des Instrumentes im Orbit optimiert und die Datenqualität weiter verbessert.

Erste EnMAP-Bilder machen Unsichtbares für unsere Augen sichtbar
Doch was ist in den EnMAP-Bildern eigentlich sichtbar? Jedes Material auf der Erdoberfläche reflektiert das Sonnenlicht in einer für ihn charakteristischen Art und Weise und hinterlässt so eine sogenannte Spektralsignatur. Diesen „farbigen Fingerabdruck“ kann EnMAP mit Hilfe seines Messinstruments erkennen, unterscheiden und abbilden. So steht die Mission unter dem Motto „Unsere Erde in mehr als allen Farben“, weil jedes EnMAP-Bild in ganz viele kleine Wellenlängenbereiche zerteilt wird – viel mehr, als unsere Augen wahrnehmen können. „Die hohe Qualität der Daten in allen Kanälen wird gut sichtbar zum einem in typischen Spektren wie für Vegetation und zum anderen in geringem Rauschen und störenden Bildstreifen bei dem umfangreichen Dynamikbereich, welches gerade in dunklen Bereichen wie Wasser deutlich wird. Bereits basierend auf diesen ersten Daten konnten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Earth Observation Center im DLR nach Atmosphärenkorrektur und mittels inverser Modellierung vorläufige Resultate zur Verteilung der Chlorophyll-a Konzentration an der Wasseroberfläche ableiten“, ergänzt Dr. Tobias Storch, Projektleiter des EnMAP-Bodensegments am Earth Observation Center im DLR.

EnMAP – die deutsche Umweltmission und ihre Partner
Die Umweltmission EnMAP wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geführt. Mit der Entwicklung und dem Bau des Satelliten sowie des Hyperspektralinstrumentes wurde die OHB-System AG beauftragt. Die Mission steht unter der wissenschaftlichen Leitung des GeoForschungszentrums Potsdam (GFZ).

Mit dem Aufbau und dem Betrieb des Bodensegments sind drei Institute und Einrichtungen des DLR beauftragt worden: Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum in Oberpfaffenhofen wird den Satellitenbetrieb durchführen und überwachen. Das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum und das DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung werden die empfangenen Satellitendaten archivieren, prozessieren, validieren und für die Wissenschaft zugänglich machen. Auch Firmen und Behörden werden die Daten ausprobieren und damit künftige Services vorbereiten. Die zukünftige Nutzung der EnMAP-Hyperspektraldaten durch Universitäten und wissenschaftliche Einrichtungen und die Entwicklung von speziellen Anwendungen werden durch BMWK-Förderprogramme unterstützt.

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• EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) auf Falcon 9

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Quelle: Beyond Gravity Austria.

15. April 2022 – Satelliten sind die Basis für eine Vielzahl von Dienstleistungen, die aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken sind. Dazu gehören Fernsehen, Navigation, Wettervorhersage und Kommunikationsverbindungen auch in dünn besiedelte Gegenden der Erde oder in Krisengebieten. Von besonderer Bedeutung sind Satellitendaten für die Beobachtung von Klimaveränderungen und für die Reaktion auf Naturkatastrophen. Das Wiener Weltraumtechnikunternehmen Beyond Gravity Austria, vormals RUAG Space Austria, ist an allen europäischen Weltraumsatelliten-Programmen von ESA, EU und EUMETSAT mit wesentlichen Beiträgen beteiligt und ist gefragter Zulieferer für Satelliten-Hersteller in den USA und in Asien.

Schlüsseltechnologien für europäische und internationale Umweltsatelliten
Klimaschutzministerin Leonore Gewessler erhielt vor Ort einen Einblick in die Meidlinger Entwicklungs- und Produktionsstätten. „Die Klimakrise ist die große Herausforderung unserer Zeit. Um wirkungsvolle Maßnahmen dagegen setzen zu können, braucht es wertvolle Klimadaten aus dem Weltall. Österreich trägt mit wichtigen Schlüsseltechnologien entscheidend zum Funktionieren europäischer Erdbeobachtungssatelliten bei“, sagte Gewessler. So liefert etwa ein europäischer Satellit, der untersucht wie die Meeresspiegel der Ozeane ansteigen, dank der genauen Positionsbestimmungsgeräte von Beyond Gravity Austria noch präzisere Daten. „Mit unserem nationalen Weltraumprogramm tragen wir ganz wesentlich dazu bei, dass österreichische Unternehmen wie Beyond Gravity Austria ihre Produkte technologisch weiterentwickeln und damit auf dem europäischen und internationalen Markt erfolgreich sind. Von 2002 bis heute wurden insgesamt bereits 48 Projekte von Beyond Gravity Austria aus dem nationalen Weltraumprogramm gefördert und weitere werden folgen, um Empfänger und Thermoisolation ‚made in Austria‘ noch innovativer und damit wettbewerbsfähiger zu machen“, so Gewessler.

FFG: „Forschung auf Weltklasse-Niveau wirkt“
„Weltraumaktivitäten sind ein stark wachsender Wirtschaftsfaktor. Denn moderne Weltraumtechnologien sind unverzichtbar für viele Dienstleistungen. Beyond Gravity Austria betreibt Forschung und Entwicklung auf Weltklasse-Niveau. Nicht zuletzt deshalb ist das High-Tech-Unternehmen ein führender Anbieter von Technologien und Produkten für die Weltraumindustrie. Diese sind mittlerweile essenzielle Bestandteile europäischer Satelliten und auch weltweit nachgefragt. Es ist faszinierend, was hier in Wien-Meidling alles möglich ist“, betont Klaus Pseiner, Geschäftsführer der Forschungsförderungsgesellschaft FFG, deren Agentur für Luft- und Raumfahrt die Andockstation zur internationalen Weltraumszene darstellt. Die FFG fördert im Auftrag des BMK wettbewerbsfähige österreichische Weltraumkompetenz in Wissenschaft und Industrie und vertritt gemeinsam mit dem BMK die Interessen Österreichs in der Europäischen Weltraumagentur ESA, in der EU, bei EUMETSAT und der UNO. Seit 1987 ist Österreich Mitglied der europäischen Weltraumorganisation ESA. Im November 2022 versammeln sich wieder Vertreterinnen und Vertreter aller ESA-Mitgliedstaaten, um das Budget der ESA für die kommenden Jahre festzulegen.

Satelliten-Navigationsempfänger, Mechanismen und Thermalschutz
In Österreich entwickelt und produziert Beyond Gravity Austria eine Vielzahl von Produkten für Satelliten und Trägerraketen. In Wien etwa Navigationsempfänger, mit deren Hilfe die Position eines Satelliten im All auf wenige Zentimeter genau bestimmt werden kann, und hochpräzise Mechanismen für die Ausrichtung von elektrischen Satellitentriebwerken (im Einsatz etwa bei der europäisch-japanischen Merkursonde BepiColombo). In Berndorf, Niederösterreich, stellt das Unternehmen Thermalschutz für Satelliten (darunter die meisten europäischen Umweltsatelliten) und Trägerraketen wie die neue europäische Ariane 6 her. Die Thermalisolation schützt Satelliten und deren Instrumente vor den extremen Temperaturen im Weltraum von typischerweise +/- 200 Grad Celsius.

Beyond Gravity Austria ist Österreichs größter Weltraumzulieferer
Beyond Gravity Austria (vormals RUAG Space Austria) mit Sitz in Wien-Meidling ist mit rund 46 Millionen Euro Umsatz (2021) und rund 230 Mitarbeitenden das größte österreichische Weltraumtechnikunternehmen. Das Hochtechnologieunternehmen rüstet weltweit Satelliten und Trägerraketen mit Elektronik, Mechanik und Thermalisolation aus und hat eine Exportquote von rund 100 Prozent. Die Firma ist in Europa Marktführer bei Navigationsempfängern und Thermalisolation für Satelliten. Die meisten Satelliten und Raumsonden der ESA werden mit Thermalschutzhüllen von Beyond Gravity Austria ausgerüstet. Als Spin-off der Weltraumaktivitäten produziert das Unternehmen auch Thermalisolation für Anwendungen auf der Erde, zum Beispiel in der Medizintechnik (Magnetresonanztomographen).

Über Beyond Gravity: 1600 Mitarbeitende an 12 Standorten
Beyond Gravity mit Hauptsitz in Zürich, Schweiz, verbindet jahrzehntelange Erfahrung und bewährte Qualität mit Agilität, Schnelligkeit und Innovation. Rund 1600 Mitarbeitende an 12 Standorten in sechs Ländern (Schweiz, Schweden, Österreich, Deutschland, USA und Finnland) entwickeln und fertigen Produkte für Satelliten und Trägerraketen. Beyond Gravity ist der bevorzugte Lieferant von Strukturen für alle Arten von Trägerraketen und führend bei ausgewählten Satellitenprodukten, insbesondere für Satellitenkonstellationen im New Space Markt. 2021 erwirtschaftete das Unternehmen einen Umsatz von rund 319 Millionen Schweizer Franken. Mehr Informationen unter: www.beyondgravity.com

Nutzen der Raumfahrt im Alltag

• Klimaforschung: Satelliten im Weltall liefern präzise Daten für die Klimaforschung
• Energiewende: Satelliten liefern Daten für optimale Standorte von Windkraftanlagen
• Kampf gegen Umweltverschmutzung: Satellitenbilder helfen, das Ausmaß von Ölverschmutzungen auf hoher See zu bestimmen
• Kampf gegen Naturkatastrophen: Satellitendaten warnen vor anstürmenden Hurrikans
• Navigation: Auf Satellitentechnik basierende GPS-Navigationssysteme bringen Fahrzeuge sicher an ihr Ziel
• Satellitenfernsehen: Live-Übertragung der Fußball-WM mittels Satellitentechnik

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• RUAG

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Quelle: DLR.

30. März 2022 – EnMAP sieht die Welt ganz anders, als Menschen sie sehen: Der deutsche Umweltsatellit misst die Sonnenstrahlung, die von der Erdoberfläche reflektiert wird. Dabei registriert EnMAP nicht nur das sichtbare Licht, sondern auch kurzwelliges Infrarot. Mit diesen Aufnahmen sind präzise Aussagen zum Zustand und zu Veränderungen auf der Erdoberfläche möglich. Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR in Bonn leitet im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz diese einzigartige Mission. Institute und Einrichtungen im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sind an der Vorbereitung und dem Betrieb der Mission beteiligt und werten die Daten wissenschaftlich aus.

Der Hyperspektralsatellit EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) soll am Freitag, 1. April 2022, an Bord einer Falcon-9-Rakete des US-Raumfahrtunternehmens SpaceX von Cape Canaveral in Florida (USA) starten. Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC) in Oberpfaffenhofen übernimmt den Satellitenbetrieb im Auftrag der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter im GSOC führen in ihren Kontrollräumen schon seit 1969 Raumflugmissionen durch. Das GSOC hat inzwischen über 70 Missionen erfolgreich betrieben. Dazu zählt auch das Satelliten-System TerraSAR-X und TanDEM-X, das seit 2007 die Erde mit Radarwellen beobachtet. Daraus lassen sich zum Beispiel Lagekarten von Überschwemmungen und Erdbeben für den Katastrophenschutz erzeugen. Die Daten von EnMAP helfen nun, aktuelle Fragen aus den Bereichen Umwelt, Landwirtschaft, Landnutzung, Wasserqualität und Geologie zu beantworten.

242 Kanäle für mehr Farbtöne als Rot, Grün und Blau
Das Earth Observation Center (EOC) im DLR ist für die Verarbeitung der EnMAP-Daten zuständig: „Wir empfangen die Missionsdaten und verarbeiten sie weiter. Anschließend stellen wir sie über ein Webportal Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern weltweit kostenfrei zur Verfügung“, sagt Prof. Günter Strunz vom Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD). Der Satellit überträgt die Daten an die Empfangsstationen des DLR in Neustrelitz (Mecklenburg-Vorpommern) und Inuvik (Kanada). Sie werden kalibriert, korrigiert und als Bildkarte dargestellt. „Die Daten von EnMAP sind keine Bilder im klassischen Sinne, sondern spektrale Messwerte“, ergänzt Günter Strunz. Im sichtbaren Licht lassen sich alle Farben aus den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau erzeugen. Klassische Kameras nehmen wie unsere Augen das Licht nur in den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau wahr. Ein hyperspektrales System wie EnMAP unterscheidet eine Vielzahl von Farbtönen – und dies sogar in Teilen des Infrarot-Spektrums, das für das menschliche Auge unsichtbar ist. Insgesamt bildet der Satellit die Erdoberfläche in Spektren aus 242 Kanälen ab.

Störende Einflüsse der Atmosphäre werden korrigiert
Die Aufbereitung der Daten ermöglicht aussagekräftige Ergebnisse. Der letzte standardisierte Verarbeitungsschritt im EOC ist die Atmosphärenkorrektur. „Das reflektierte Signal wird durch die Atmosphäre verändert. Der Einfluss von Teilchen wie Wasserdampf und Aerosolen muss also korrigiert werden, damit wir nur die genaue Reflektanz an der Erdoberfläche erhalten“, erklärt Prof. Peter Reinartz vom DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung. Das Institut bildet gemeinsam mit dem DFD das EOC. „Aus den Ergebnissen lassen sich zum Beispiel physikalische, chemische und biologische Parameter von Böden ableiten. Eine Frage könnte sein, wieviel Kohlenstoff die Böden binden. Oder ob aus einer Pipeline Methan entweicht.“

Im DLR wird auch das Zentrum für satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) die EnMAP-Daten nutzen. Das ZKI ist in globale Netzwerke wie die Internationale Charta „Space and Major Disasters“ eingebunden. Bei großen Naturkatastrophen beschafft und analysiert das ZKI Erdbeobachtungsdaten mit dem Ziel, aktuelle Lageinformationen für Behörden und Rettungskräfte bereitzustellen. Diese Lageinformationen wurden etwa bei den Überschwemmungen in NRW und Rheinland-Pfalz im vergangenen Juli verwendet.

Technologie für das „Auge“ des Satelliten
Das DLR-Institut für Optische Sensorsysteme in Berlin hat im Unterauftrag der OHB-System AG eines der beiden „Augen“, beziehungsweise eine der sogenannten „Fokalebenen“ von EnMAP entwickelt. Die Fokalebene ist mit der Netzhaut eines menschlichen Auges vergleichbar. Bei optischen Satelliten trifft das Licht entsprechend auf die Fokalebene, wird dort in ein elektrisches Signal umgewandelt und weitergeleitet. Das Modul für den sichtbaren und Nahinfrarot-Bereich (kurz VNIR) ist nur etwa 12 x 12 x 4 Zentimeter groß und wiegt 1050 Gramm. Der gesamte Satellit hat ein Gewicht von 950 Kilogramm. „Die Fokalebene, die das Institut für EnMAP entwickelt hat, gehört zu einer langen Reihe erfolgreicher Projekte“, sagt Institutsleiter Prof. Heinz-Wilhelm Hübers. Dazu zählt ebenfalls das vom DLR entwickelte Hyperspektral-Instrument DESIS auf der Internationalen Raumstation ISS, das Daten über den Vegetationszustand der Erde liefert. Wie DESIS steht auch die Fokalebene von EnMAP für den Technologietransfer.

EnMAP – die deutsche Umweltmission und ihre Partner
Die Umweltmission EnMAP wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geführt. Mit der Entwicklung und dem Bau des Satelliten sowie des Hyperspektralinstrumentes wurde die OHB-System AG beauftragt. Die Mission steht unter der wissenschaftlichen Leitung des GeoForschungszentrums Potsdam (GFZ).

Mit dem Aufbau und dem Betrieb des Bodensegments sind drei Institute und Einrichtungen des DLR beauftragt worden: Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC) in Oberpfaffenhofen wird den Satellitenbetrieb durchführen und überwachen. Das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) und das DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung (IMF) werden die empfangenen Satellitendaten archivieren, prozessieren, validieren und für die Wissenschaft zugänglich machen. Auch Firmen und Behörden werden die Daten ausprobieren und damit künftige Services vorbereiten. Die zukünftige Nutzung der EnMAP-Hyperspektraldaten durch Universitäten und wissenschaftliche Einrichtungen und die Entwicklung von speziellen Anwendungen werden durch BMWK-Förderprogramme unterstützt.

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• EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) auf Falcon 9

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Quelle: DLR.

2. März 2022 – Der deutsche Umweltsatellit EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program), der erste in Deutschland entwickelte und gebaute Hyperspektralsatellit, ist am 27. Februar 2022 um 13:05 Uhr Ortszeit (19:05 Uhr Mitteleuropäische Zeit) sicher auf dem NASA-Raumflughafengelände in Florida gelandet. In den Hallen des US-Raumfahrtunternehmens SpaceX wird er nun für den Flug vorbereitet und auf die Falcon-9-Rakete integriert. An deren Spitze soll EnMAP voraussichtlich Anfang April 2022 zu seinem Zielorbit aufbrechen.

Der Hyperspektralsatellit soll mindestens fünf Jahre lang Daten über den Zustand unseres Heimatplaneten erheben. „Wir sind sehr froh, dass EnMAP jetzt sicher in Florida angekommen ist. Es war ein tolles Gefühl, das Flugzeug mit EnMAP landen zu sehen und den Satelliten dort in Empfang zu nehmen. Jetzt gehen wir mit großen Schritten auf den Start zu“, freut sich Dr. Sebastian Fischer, EnMAP-Projektleiter in der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR, der vor Ort in Florida ist.

Los ging es in den Abendstunden des 24. Februar 2022. Um 21:00 Uhr verließen zwei Schwertransporter mit einem 8,9 (Länge) mal 2,8 (Höhe) mal 3,2 (Breite) Meter großen Spezialcontainer für den Satelliten und einem weiteren Container mit Testequipment im Gepäck das Werksgelände der OHB System AG in Bremen. Als Ziel hatte der EnMAP-Tross den Flughafen Hannover-Langenhagen. Dort wurde der Container mit dem EnMAP-Satelliten nach seiner Ankunft um 24:00 Uhr dann in ein Transportflugzeug umgeladen.

Nach dem Start am 25. Februar um 16:00 Uhr ging es dann über Keflavik im Südwesten von Island und den Portsmouth International Airport at Pease in New Hampshire (USA) zur Space Shuttle Landebahn des NASA Kennedy Space Center. Dort wurde der Satellit dann am 28. Februar 2022 aus dem Container ausgeladen und in die Integrationshalle von SpaceX gebracht, wo er für seine Reise an der Spitze einer Falcon-9-Rakete vorbereitet wird.

Neues EnMAP-Video erklärt die Mission
Bei der deutschen Umweltmission EnMAP geht es darum, das Ökosystem unserer Erde besser zu verstehen. Wie und wem die Mission genau dabei hilft, erklären Dr. Walther Pelzer, Vorstandsmitglied des DLR und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR, und Dr. Sebastian Fischer, EnMAP-Projektleiter in der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR, gemeinsam mit den Partnern in unserem EnMAP-Video auf dem YouTube-Kanal der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR.

EnMAP – die deutsche Umweltmission und ihre Partner
Die Umweltmission EnMAP wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geführt. Mit der Entwicklung und dem Bau des Satelliten sowie des Hyperspektralinstrumentes wurde die OHB-System AG beauftragt. Die Mission steht unter der wissenschaftlichen Leitung des GeoForschungszentrums Potsdam (GFZ).

Mit dem Aufbau und dem Betrieb des Bodensegments sind drei Institute und Einrichtungen des DLR beauftragt worden: Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum in Oberpfaffenhofen wird den Satellitenbetrieb durchführen und überwachen. Das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum und das DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung werden die empfangenen Satellitendaten archivieren, prozessieren, validieren und für die Wissenschaft zugänglich machen. Auch Firmen und Behörden werden die Daten ausprobieren und damit künftige Services vorbereiten. Die zukünftige Nutzung der EnMAP-Hyperspektraldaten durch Universitäten und wissenschaftliche Einrichtungen und die Entwicklung von speziellen Anwendungen werden durch BMWK-Förderprogramme unterstützt.

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• EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) auf Falcon 9

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Quelle: DLR.

Farewell für den ersten deutschen Hyperspektralsatelliten in Bremen
2. Februar 2022 – Noch steht der deutsche Umweltsatellit EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program), der erste in Deutschland entwickelte und gebaute Hyperspektralsatellit, in einer Reinraumhalle in Bremen. Letzte Arbeiten werden durchgeführt, man ist auf der Zielgeraden. Wenn alles planmäßig läuft, soll der neue deutsche Umweltsatellit Ende Februar 2022 mit einem Iljuschin Il-76 Transportflugzeug zum NASA-Raumflughafen nach Florida gebracht werden. Von dort soll EnMAP voraussichtlich Anfang April 2022 an Bord einer Falcon-9-Rakete des US-Raumfahrtkonzerns SpaceX zu seinem Zielorbit aufbrechen. Der Hyperspektralsatellit soll mindestens fünf Jahre lang Daten über den Zustand unseres Heimatplaneten erheben.

Aus rund 650 Kilometern Höhe wird EnMAP unsere Erde fest im Blick behalten und mit einzigartigen Aufnahmen aus dem Weltraum unseren Planeten in „mehr als allen Farben“ aufnehmen. Dafür analysiert er die von der Erdoberfläche reflektierte Sonnenstrahlung. Seine spektral hochauflösenden Aufnahmen können eine wichtige Rolle im Kampf gegen Klimawandel und Umweltzerstörung spielen und wertvolle Hinweise für Gegenmaßnahmen liefern. Die Mission wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geführt.

„Deutschland ist bei der Erdbeobachtung weltweit führend – das beweist der heutige Tag einmal mehr. Dank der innovativen Hyperspektral-Sensorik von EnMAP lässt sich die Erde zukünftig in einer noch nie dagewesenen Detailtiefe beobachten“, erläutert Dr. Anna Christmann (MdB), Koordinatorin der Bundesregierung für die Luft- und Raumfahrt, und ergänzt: „Mit Daten aus dem All können wir unseren Planeten schützen. EnMAP wird uns dabei helfen, die globale Landnutzung nachhaltig zu gestalten, die Folgen des Klimawandels aufzuzeigen und der fortschreitenden Umweltzerstörung entgegenzuwirken. Der Satellit ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie modernste Raumfahrttechnik zum Wohle der Menschheit und der Umwelt eingesetzt werden kann.“

Unsere Erde verändert sich ständig. Satelliten sind ein wichtiges Werkzeug, um den Klimawandel und andere Wechsel zu registrieren und zu dokumentieren. Beispiel „Precision Farming“: Hier kann EnMAP dazu beitragen, die Nährstoff- und Wasserversorgung der Pflanzen sowie Bodeneigenschaften präzise zu bestimmen. Das kann beim Thema globale Ernährungssicherheit helfen, aber auch bei Fragen von nachhaltigem Rohstoffabbau und -lagerung.

„Die Spektrometer von EnMAP basieren auf Technologien für die Erdbeobachtung, die seit Jahren in Deutschland erfolgreich entwickelt und eingesetzt werden. Diese lassen uns die Erde mit anderen Augen sehen“, betont Prof. Anke Kaysser-Pyzalla, die Vorstandsvorsitzende des DLR. „Die Daten, die EnMAP liefern wird, eröffnen Wissenschaftlern neue Möglichkeiten. Insbesondere beziehen sich diese unter anderem auf das Überwachen des globalen Ökosystems, das Monitoring und die Suche nach Ressourcen, sowie eine Verbesserung der Reaktion auf humanitäre Krisen. Das Management solcher anspruchsvollen Missionen, der wissenschaftliche Umgang mit Daten, deren Bearbeitung und Auswertung, sowie in der Missionskontrolle, demonstrieren die vielfältigen und interdisziplinären Fähigkeiten des DLR als nationales Forschungszentrum für Luft- und Raumfahrt.“

Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstandsmitglied und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR in Bonn, betont: „EnMAP hat für uns technologische, wissenschaftliche und industriepolitische Zielstellungen: Er ist unser Wegbereiter für die hyperspektrale Fernerkundung, eine Sensorik, die bisher nur vom Flugzeug aus eingesetzt wurde. Wir setzen diese Technologie nun erstmals für eine operationelle Satellitenmission ein. Wir ‘messen‘ zum Beispiel wirklich quantitativ die Zusammensetzung von Bestandteilen der Erdoberfläche – also die stoffliche Zusammensetzung, das funktioniert nur mit hyperspektraler Fernerkundung. EnMAP hat zudem mehr als 220 Farbkanäle, die aus 650 Kilometern Höhe eine Auflösung von 30 Metern am Boden erreichen können. Zum Vergleich: Ein handelsüblicher Fotoapparat hat eine dreikanalige Kamera.“ Die NASA bereite ebenfalls eine Hyperspektralmission vor und tausche sich mit den deutschen Experten aus, so Pelzer weiter. Auf europäischer Ebene werde diese in Deutschland entwickelte und gebaute Technologie in den künftigen Copernicus-Missionen Anwendung finden.

Mit der Entwicklung und dem Bau des Satelliten sowie des Hyperspektralinstrumentes wurde die OHB-System AG beauftragt. „Die Satellitenplattform aus Bremen und das hochkomplexe EnMAP-Instrument, das am OHB-Raumfahrtzentrum ‘Optik & Wissenschaft‘ im bayerischen Oberpfaffenhofen erdacht und gefertigt wurde, legen die Basis für eine ganz neuartige globale Erdbeobachtungsmission. Wir haben am Rande des technisch Machbaren gearbeitet und mit Sachverstand, Erfahrung und Leidenschaft ein leistungsfähiges Instrument erschaffen. Dabei haben wir Pionierarbeit geleistet und unsere Expertise enorm erweitert. Dieses Wissen bringen wir in andere Satellitenmissionen ein. EnMAP wird einen wertvollen Beitrag im Kampf gegen den Klimawandel und für mehr Umweltschutz leisten, denn seine Daten werden eindeutige Handlungsempfehlungen zur Bewältigung der drängenden Fragen unserer Zeit liefern“, ergänzt Marco Fuchs, Vorstandsvorsitzender der OHB SE.

EnMAP wurde als wissenschaftliche Mission entwickelt und stellt daher primär Wissenschaftlern und Entwicklern aus Forschung und Unternehmen Daten zur Verfügung. Klassische Anwendungsgebiete sind hier Forst- und Landwirtschaft, Geologie und Böden, sowie Wassermanagement und Detektion von Umweltverschmutzung. Aber auch aus der Atmosphären- und Treibhausgasforschung gibt es ein klares Interesse an den EnMAP-Daten. Das Anwendungsspektrum der Daten ist sehr breit. „Der Start des Satelliten markiert einen Meilenstein in der GFZ-Geschichte“, sagt der Direktor des GFZ-Departments „Geodäsie“, Prof. Harald Schuh. „Die Kolleginnen und Kollegen arbeiten seit vielen Jahren gemeinsam mit der internationalen EnMAP Science Advisory Group am Forschungsprogramm der Mission.“ Das Potsdamer Team koordiniert auch das umfangreiche EnMAP-PI-Projekt zur wissenschaftlichen Nutzungsvorbereitung und Unterstützung. Es wird gemeinsam mit den Partnerinstitutionen Humboldt-Universität Berlin, Universität Greifswald, AWI Bremerhaven und LMU München getragen.

Wie funktioniert EnMAP?
Jedes Material auf der Erdoberfläche reflektiert das Sonnenlicht in einer für ihn charakteristischen Art und Weise, einer sogenannten Spektralsignatur. Diese Signatur kann EnMAP mit Hilfe seines Messinstruments „lesen“. Um es aber nicht mit anderen Elementen zu verwechseln, müssen diese Signaturen sehr genau abgetastet werden. Dies macht man mithilfe von vielkanaligen Bildern (sogenannte Hyperspektralbilder), mit speziellen Auswerteverfahren können dann die Materialien und Zusammensetzung verschiedener Landoberflächen, natürlichen wie städtischen, identifiziert und qualifiziert werden. Als ein Beispiel: man kann damit nicht nur erkennen, welche Fruchtart auf einem Acker angebaut wird, sondern auch, wie gut diese mit Nährstoffen versorgt ist. Auch können Mineralien in Böden erkannt und quantifiziert werden, oder Algen und Schwebstoffe in Gewässern.

EnMAP – die deutsche Umweltmission und ihre Partner
Die Umweltmission EnMAP wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geführt. Mit der Entwicklung und dem Bau des Satelliten sowie des Hyperspektralinstrumentes wurde die OHB-System AG beauftragt. Die Mission steht unter der wissenschaftlichen Leitung des GeoForschungszentrums Potsdam (GFZ).

Mit dem Aufbau und dem Betrieb des Bodensegments sind drei Institute und Einrichtungen des DLR beauftragt worden: Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum in Oberpfaffenhofen wird den Satellitenbetrieb durchführen und überwachen. Das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum und das DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung werden die empfangenen Satellitendaten archivieren, prozessieren, validieren und für die Wissenschaft zugänglich machen. Auch Firmen und Behörden werden die Daten ausprobieren und damit künftige Services vorbereiten. Die zukünftige Nutzung der EnMAP-Hyperspektraldaten durch Universitäten und wissenschaftliche Einrichtungen und die Entwicklung von speziellen Anwendungen werden durch BMWK-Förderprogramme unterstützt.

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• EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) auf Falcon 9

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Quelle: OHB SE.

Bremen, 2. Februar 2022 – Voraussichtlich Anfang April 2022 wird EnMAP an Bord einer Falcon-9-Rakete von SpaceX vom Kennedy Space Center aus in den Weltraum aufbrechen. Aus rund 650 Kilometern Höhe wird EnMAP unsere Erde fest im Blick behalten und mit einzigartigen Aufnahmen aus dem Weltraum unseren Planeten in mehr als allen Farben aufnehmen. Dafür analysiert er die von der Erdoberfläche zurückgeworfene Sonnenstrahlung. Seine spektral hochauflösenden Aufnahmen aus übergeordneter Perspektive können eine zentrale Rolle im Kampf gegen Klimawandel und Umweltzerstörung spielen und wertvolle Handlungshinweise für Gegenmaßnahmen liefern.

„Wir haben viel Herzblut und Leidenschaft in den EnMAP-Satelliten gelegt, um unserem Kunden einen höchst leistungsfähigen Satelliten mit einem weltweit einzigartigen hyperspektralen Sensor übergeben zu können. Eigentlich haben wir EnMAP für die ganze Welt gebaut – jeder Erdenbürger und jede Erdenbürgerin profitiert schließlich davon, wenn in Zukunft sorgsamer mit unserer Erde umgegangen wird“, sagt Marco Fuchs, Vorstandsvorsitzender der OHB SE. „OHB ist auch in europäischen Erdbeobachtungsprogrammen ein gefragter Partner. Die Daten und Bilder aus dem All werden sowohl der Wissenschaft als auch Politik und Gesellschaft stichhaltige Argumente pro Klima- und Umweltschutz an die Hand geben und dazu beitragen, für die wesentlichen Herausforderungen unserer Zeit Lösungen zu erarbeiten.“

„EnMAP hat für uns technologische, wissenschaftliche und industriepolitische Zielstellungen: Er ist unser Wegbereiter für die hyperspektrale Fernerkundung, eine Sensorik, die bisher nur vom Flugzeug aus eingesetzt wurde. Wir setzen diese Technologie nun erstmals für eine operationelle Satellitenmission ein“, erklärt Dr. Walther Pelzer, Vorstandsmitglied des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. „Wir ‚messen‘ zum Beispiel wirklich quantitativ die Zusammensetzung von Bestandteilen der Erdoberfläche – also die stoffliche Zusammensetzung, das funktioniert nur mit hyperspektraler Fernerkundung. Ein handelsüblicher Fotoapparat hat eine dreikanalige Kamera. EnMAP hat hingegen mehr als 220 Farbkanäle, die aus 650 Kilometern Höhe eine Auflösung von 30 Metern am Boden erreichen können.“

„Deutschland ist bei der Erdbeobachtung weltweit führend – das beweist der heutige Tag einmal mehr. Dank der innovativen Hyperspektralsensorik von EnMAP lässt sich die Erde zukünftig in einer noch nie dagewesenen Detailtiefe beobachten“, erläutert die virtuell zugeschaltete Dr. Anna Christmann, Koordinatorin der Bundesregierung für die deutsche Luft- und Raumfahrt die Bedeutung der Mission und ergänzt: „Mit Daten aus dem All können wir unseren Planeten schützen. EnMAP wird uns dabei helfen, die globale Landnutzung nachhaltig zu gestalten, die Folgen des Klimawandels aufzuzeigen und der fortschreitenden Umweltzerstörung entgegenzuwirken. Der Satellit ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie modernste Raumfahrttechnik zum Wohle der Menschheit und der Umwelt eingesetzt werden kann.“

„Der Start des Satelliten wird einen Meilenstein in der Geschichte des GeoForschungsZentrum GFZ Potsdam setzen“, sagt der Direktor des GFZ-Departments „Geodäsie“, Prof. Harald Schuh. „Die Kolleginnen und Kollegen arbeiten seit vielen Jahren gemeinsam mit der internationalen EnMAP Science Advisory Group am Forschungsprogramm der Mission. Sie koordinieren auch das umfangreiche EnMAP-PI-Projekt zur wissenschaftlichen Nutzungsvorbereitung und Unterstützung, das gemeinsam mit den Partnerinstitutionen Humboldt-Universität Berlin, Universität Greifswald, AWI Bremerhaven und LMU München getragen wird.“

„EnMAP ist ein einzigartiger Satellit, an dem viele Partner und Teams mitgearbeitet haben und ihnen allen gilt unser großer Dank! Dass ein so hochkomplexes System uns und alle Beteiligten an die Grenze des technisch Machbaren geführt hat, hat auch allen Mitwirkenden bei OHB, in der Deutschen Raumfahrtagentur, aber natürlich auch beim GFZ und den vielen Zulieferern und letztendlich auch bei unseren Kunden oft viel abverlangt“, sagt Sabine von der Recke, Vorständin OHB System AG.

Das Analyselabor im Weltraum
Satelliten können die Erde rund um die Uhr, mit globalem Fokus und über einen langen Zeitraum hinweg beobachten. So können Klimawandel und andere Veränderungen der Erde, sei es zu Wasser oder zu Lande, registriert und dokumentiert werden. Deutschland ist beim wissenschaftlichen und industriellen Engagement in der Erdbeobachtung weltweit führend und baut dies mit der hyperspektralen Satellitenmission EnMAP weiter aus: Mit Hyperspektraldaten lässt sich die Erde in einer vorher nicht möglichen Detailtiefe beobachten. EnMAP kann gezielt Aufschluss geben, welche Mineralien oder Schadstoffe sich in einem Gebiet befinden, was an einer bestimmten Stelle wächst, wie es um die Versorgung bestimmter Pflanzen mit Nährstoffen steht oder wie verschmutzt ein Gewässer ist. Die Datenreihen und Datenprodukte, die daraus erhoben werden können, werden einen weiteren wesentlichen Baustein für Handlungsempfehlungen an Politik und Gesellschaft darstellen. Das „System Erde“ wird immer besser verstanden werden.

Die Partner hinter EnMAP
Der hyperspektrale Erdbeobachtungssatellit EnMAP wird im Auftrag der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz von der OHB System AG entwickelt und gebaut. Die wissenschaftliche Leitung liegt beim Deutschen GeoForschungsZentrum in Potsdam. Das Bodensegment wird durch das DLR in Oberpfaffenhofen aufgebaut und betrieben. EnMAP und vor allem die neuartigen hyperspektralen Daten werden sehnlichst von vielen Akteuren in Deutschland und der ganze Welt erwartet.

EnMAP Datenblatt des DLR
EnMAP
Der deutsche Hyperspektralsatellit

Die Entstehung des EnMAP-Instruments im Zeitraffer

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• EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) auf Falcon 9

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Quelle: DLR.

17. Dezember 2021 – Seine Reise hat begonnen: Der deutsche Umweltsatellit EnMAP, der im Auftrag der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWi) in Deutschland entwickelt und gebaut und für seinen Einsatz im All getestet wurde, ist bereit für seinen Start. „EnMAP hat als deutsche Umweltmission vor allem den Klimawandel und seine Auswirkungen auf alle Ökosysteme im Visier – zu Land wie zu Wasser. Auch Deutschland bleibt von diesen Veränderungen nicht verschont. Gerade die Wälder sind hierzulande stark betroffen, denn durch negative Umwelteinflüsse hat der ‚Stress‘ für unseren Wald zugenommen. Die Schäden werden bislang vor Ort durch die Forstbeamten größtenteils visuell erhoben – eine Mammutaufgabe, denn 90 Milliarden Bäume verteilen sich über eine Fläche von 11,4 Millionen Hektar“, verdeutlicht Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstand und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR.

Ein Drittel der Fläche Deutschlands sind mit Wald bedeckt: „Hier kann EnMAP helfen. Sein Hyperspektralinstrument wird mit 242 Kanälen auch die Waldgebiete ‚abtasten‘ und so den Gesundheitszustand der Bäume und Pflanzen aus 640 Kilometern Höhe bestimmen“, verdeutlicht Pelzer. Mit der EnMAP-Mission wolle Deutschland einen wichtigen Beitrag zur globalen Überwachung von Umweltveränderungen in der Land- und Forstwirtschaft, der Bodenkunde, Geologie oder auch in der Erforschung der Küstengebiete und Inlandsgewässer leisten. Der Satellit selbst wurde von der OHB System AG entwickelt und gebaut und von der IABG mbH für seinen Einsatz im All getestet. Die wissenschaftliche Leitung der Mission liegt beim Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ, ebenso wie das DLR ein Helmholtz-Zentrum. Das Bodensegment wird durch das DLR in Oberpfaffenhofen entwickelt. EnMAP soll mit seinem präzisen Blick aus dem All helfen, Lösungen für die Herausforderungen des Klimawandels zu finden.

So ließe sich beispielsweise künftig großflächig der Pflanzenstoffwechsel untersuchen und erkennen, in welchen Gebieten bestimmte Nährstoffe fehlen oder welche Luftschadstoffe den Pflanzen zusetzen. „Durch die Informationen aus dem All können – trotz sich verändernder Klima- und Umweltbedingungen – Wälder und Felder künftig ökonomisch besser und ökologisch nachhaltiger bewirtschaftet werden. Deswegen werden nicht nur Forst- sondern auch Landwirte stark von den EnMAP-Daten profitieren“, erklärt Dr. Sebastian Fischer, EnMAP-Projektleiter in der Deutschen Raumfahrtagentur.

Vom Gelände der OHB System AG in Bremen soll der Satellit Ende Februar 2022 mit einem Iljuschin Il-76 Transportflugzeug zum NASA-Raumflughafen Cape Canaveral in Florida gebracht werden. Von dort soll EnMAP dann im April 2022 an Bord einer Falcon-9-Rakete des US-Raumfahrtkonzerns SpaceX zu seinem Zielorbit aufbrechen. EnMAP soll mindestens fünf Jahre lang Umweltdaten erheben.

Umwelttests als Basis für eine erfolgreiche Mission
„Um seinen Flug und den Aufenthalt im Weltraum unbeschadet zu überstehen, musste EnMAP vorher auf Herz und Nieren getestet werden. Denn der ‚Ritt‘ auf der Rakete, extreme Temperaturschwankungen und die harte Strahlung im Weltraum fordern den äußerst empfindlichen Instrumenten auf dem Satelliten einiges ab“, sagt Projektleiter Sebastian Fischer. Daher wurde der Satellit einer mehrmonatigen Prüfkampagne im Raumfahrttestzentrum der IABG in Ottobrunn bei München unterzogen. „Die Tests hat EnMAP mit Bravour gemeistert. Die Instrumente und die gesamte Technik haben unter Extrembedingungen hervorragend funktioniert.“

Mit 242 Kanälen Umweltveränderungen auf der Spur
Doch was ist das Besondere an EnMAP, wie funktioniert dieser Satellit? Alle Materialien auf der Erdoberfläche reflektieren das Sonnenlicht in einer charakteristischen Art und Weise, einer sogenannten Spektralsignatur. Diese Signatur kann EnMAP mit Hilfe seines Messinstruments „lesen“. Um aber Verwechslungen mit anderen Elementen zu vermeiden, müssen diese Signaturen sehr genau erkannt werden. Dies geschieht mithilfe von vielkanaligen Bildern, so genannten Hyperspektralbildern. Dieses Verfahren erlaubt somit die direkte Identifikation der aufgezeichneten Materialien und deren Quantifizierung. Ein Beispiel: man kann so nicht nur erkennen, welche Fruchtart auf einem Acker angebaut wird, sondern auch, wie gut diese mit Nährstoffen versorgt ist. Auch können Mineralien in Böden erkannt und quantifiziert werden.

Großflächig und hoch detailliert
EnMAP hat nicht nur die Landfläche im Visier. Das Hyperspektralinstrument wird mit seinen zwei abbildenden Spektrometern einen Wellenlängenbereich von 420 bis 2.450 Nanometer auch die Küstengebiete und Binnengewässer genau unter die Lupe nehmen. Mit einer spektralen Auflösung von 6,5 Nanometern im sichtbaren und nahinfraroten Bereich und bei zehn Nanometern im kurzwelligen Infrarotbereich sieht EnMAP Details, die dem menschlichen Auge verborgen bleiben. Sein Hyperspektralinstrument macht zum Beispiel Schadstoffe in Seen und Küstengewässern sichtbar und lässt sie quantitativ genau bestimmen.

Wo früher aufwendig Wasserproben entnommen wurden, reicht künftig also ein Blick aus dem All, um die Wasserqualität großflächig zu ermitteln. Gleiches gilt für mineralische Proben, um zum Beispiel den Grad der Bodenverschmutzung zu erheben. Das kann zum Beispiel nach Unglücken in Chemiefabriken nützlich sein. „Statt Menschen der Gefahr auszusetzen, Proben vor Ort einzusammeln, reicht künftig ein risikofreier Blick aus dem All. Da der EnMAP-Satellit um 30 Grad geschwenkt werden kann, kann er jeden beliebigen Punkt auf der Erdoberfläche alle vier Tage mit einer räumlichen Auflösung von 30 Metern unter die Lupe nehmen. So lassen sich vergleichsweise schnell ablaufende räumlich-zeitliche Veränderungen, wie etwa Erosionsvorgänge oder Pflanzenwachstum, sehr gut dokumentieren“, erläutert Sebastian Fischer.

EnMAP – die deutsche Umweltmission und ihre Partner
Die Umweltmission EnMAP wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWi) geführt. Mit der Entwicklung und dem Bau des Satelliten sowie des Hyperspektralinstrumentes wurde die OHB-System AG beauftragt. Die Mission steht unter der wissenschaftlichen Leitung des GeoForschungszentrums Potsdam (GFZ). Mit dem Aufbau und dem Betrieb des Bodensegments sind drei Institute und Einrichtungen des DLR beauftragt worden: Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum in Oberpfaffenhofen wird den Satellitenbetrieb durchführen und überwachen. Das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum und das DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung werden die empfangenen Satellitendaten archivieren, prozessieren, validieren und für die Wissenschaft zugänglich machen. Auch Firmen und Behörden werden die Daten ausprobieren und damit künftige Services vorbereiten. Die zukünftige Nutzung der EnMAP-Hyperspektraldaten durch Universitäten und wissenschaftliche Einrichtungen und die Entwicklung von speziellen Anwendungen werden durch BMWi-Förderprogramme unterstützt.

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• EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) auf Falcon 9

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Quelle: DLR.

Informationen von Erdbeobachtungssatelliten haben große Vorteile: Sie sehen unsere Welt mit ihren verschiedenen Instrumenten aus der „Vogelperspektive“ und haben dadurch einen idealen Überblick. Gleichzeitig überfliegen sie regelmäßig in kürzesten Abständen dieselben Areale, wodurch sehr lange Zeitreihen mit hervorragender räumlicher Abdeckung entstehen und sich somit ganz neue Möglichkeiten des Monitorings anbieten. Dank der Sentinel-Satelliten des europäischen Copernicus-Programms lassen sich zum Beispiel Algenmengen und Trübstoffgehalte des 536 Quadratkilometer großen Bodensees ideal aus dem All überwachen. Dies ist eine wichtige Aufgabe, denn durch die Dynamik im Ökosystem und den Rhein als Zu- und Abfluss ändern sich laufend diese Werte des größten deutschen Binnengewässers. „Durch die regelmäßigen Satellitenüberflüge und daran anschließende Datenauswertung sind zahlreiche, wesentliche Umweltinformationen vom gesamten Beobachtungsgebiet an jeder gewünschten Stelle nahezu aktuell und auf einen Blick verfügbar. Diesen Vorteil haben auch die zuständigen Landesumweltämter erkannt und uns auf dem Nationalen Forum für Fernerkundung und Copernicus 2018 angesprochen, ob sie diesen Datenschatz nicht künftig für ihre Arbeit nutzen können. So ist die Idee zu den beiden Leuchttürmen Binnengewässer‘ undGrünlandmonitoring‘ entstanden. Heute leisten sie einen signifikanten Beitrag zum Natur-, Umwelt- und Klimaschutz in Deutschland“, erklärt Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstand und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR.

Stille Wasser sind detailtief
Wie warm und wie trüb ist das Wasser in unseren Seen und Talsperren? Wie viele Algen sind vorhanden und sind auch gefährliche Cyanobakterien (Blaualgen) darunter? Wie gut ist die Wasserqualität von sensiblen Wasserressourcen wie zum Beispiel unseren Trinkwassertalsperren oder an öffentlichen Badestellen? Alle diese Fragen können Copernicus-Satelliten aus dem Weltraum beantworten und damit zur Klärung der Schlüsselfrage beitragen: Wie gesund sind unsere Binnengewässer wirklich? Diese Frage nach dem ökologischen Zustand und den Schadstoffkonzentrationen lässt sich nur – wie von der EG-Wasserrahmenrichtlinie gefordert – ganzheitlich und unter Einbeziehung von biologischen, hydromorphologischen und chemisch-physikalischen Eigenschaften beantworten. Damit gibt diese Richtlinie den rechtlichen Rahmen für die Wasserpolitik der Europäischen Union vor und richtet diese stärker auf eine nachhaltige und umweltverträgliche Wassernutzung aus.

„Die klassische Gewässerüberwachung ist noch immer mit enormem Aufwand versehen und benötigt umfangreiche Personal- und Laborressourcen“, sagt Karsten Rinke vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Magdeburg. „Wir sind deshalb überzeugt, dass die Nutzung der Fernerkundung einen enormen Schritt nach vorne bedeutet und die Überwachung von wesentlich mehr Gewässern und in besserer zeitlicher Abdeckung erlaubt“, betont Rinke weiter. Bisher wird die Fernerkundung von den zuständigen Behörden nur punktuell und exemplarisch eingesetzt. Insgesamt sollen 100 Binnengewässer im Leuchtturmprojekt „Erfassung der Wasserqualität und Wasserflächenausdehnung von Binnengewässern durch Fernerkundung“ (BIGFE) beobachtet werden, um die Möglichkeiten und Grenzen der Satellitendaten auszuloten und eine länderübergreifende, abgestimmte Datenbereitstellung zu erarbeiten.

Dauergrünes Deutschland
Rund die Hälfte der Fläche Deutschlands ist von Landwirtschaft geprägt. Davon ist nach Ackerland das sogenannte Dauergrünland die zweithäufigste Nutzungsform und stellt damit einen beachtlichen Teil des Potenzials für den Erhalt der Biodiversität bereit. Denn Dauergrünland kann mehr als der Hälfte aller in Deutschland vorkommenden Tier- und Pflanzenarten eine Heimat bieten. Vor allem weniger intensiv bewirtschaftetes Dauergrünland leistet hier einen wichtigen Beitrag zum Erhalt der Artenvielfalt und erbringt darüber hinaus eine Vielzahl an „Dienstleistungen“ für unseren Naturhaushalt. So sorgt zum Beispiel die ganzjährige Vegetationsdecke für mehr Kapazität der natürlichen Wasserspeicher und verhindert gleichzeitig Bodenerosion. Darüber hinaus schützt Grünland als Nähr- und Schadstoffpuffer unsere Gewässer und ist durch die Anreicherung von Humus ein klimastabilisierender Kohlenstoffspeicher. Doch dieser wichtige Schutzraum ist bedroht.

Denn immer mehr Flächen des Dauergrünlands werden intensiviert, in Siedlungsgebiete und Verkehrstrassen oder in Äcker umgewandelt. Mit dem Verlust dieser Lebensräume für zahlreiche Tier- und Pflanzenarten werden zunehmend auch andere Ökosysteme geschädigt – zum Beispiel durch ausbleibende oder stark verringerte Bestäubung – Stichwort Insektensterben. „Leider wissen die Landesumweltämter über die Ausdehnung und den ökologischen Zustand von Dauergrünland außerhalb von Naturschutzgebieten aber viel zu wenig“, betont Dr. Dirk Hinterlang, Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen (LANUV-NRW), Projektkoordinator von „CopGruen“. „Fernerkundung ist ganz praktisch die einzige Möglichkeit, diese Wissenslücken zu schließen.“ Mit dem Leuchtturmprojekt „CopGruen“ werden wie bei BIGFE die Möglichkeiten und Grenzen der Satellitendaten ausgelotet und bundesweit nutzbare Dienste entwickelt, die den Arbeitsablauf in den Landesumweltämtern modernisieren, unterstützen und effizienter gestalten.

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• Copernicus (früher GMES)

Der Beitrag Sa­tel­li­ten im Ein­satz für den Um­welt­schutz erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA.

31. Juli 2020 – OHB wird als Leiter des Industriekonsortiums mit dem Bau der beiden Satelliten beginnen und einen Auftrag im Wert von 445 Millionen Euro erhalten. OHB trägt als Hauptauftragnehmer die Gesamtverantwortung und entwickelt auch die Satellitenplattformen. Thales Alenia Space liefert die Messinstrumente, das Nahinfrarot- und das Kurzwellen-Infrarot-Spektrometer zur Messung des Kohlenstoffdioxidausstoßes.

Als erste Mission dieser Art ist sie bedeutsam und wird messen, wie viel Kohlendioxid speziell durch menschliche Aktivitäten in die Atmosphäre freigesetzt wird.

Durch die Messungen am Boden konnten zwar allgemeine Veränderungen des Kohlenstoffdioxidgehalts in der Atmosphäre verfolgt werden, aber es ist nicht möglich, zuverlässige Aussagen über die anthropogenen Emissionen einzelner Länder oder gar einzelner Regionen und Städte zu machen. Die weltraumgestützten Messungen werden außerdem global vergleichbare Daten ermöglichen.

Diese Lücke soll mit der Copernicus Kohlenstoffdioxid-Überwachungsmission, kurz CO2M, geschlossen werden. Die von CO2M gesammelten Daten werden wiederum dazu dienen, die im Pariser Abkommen festgelegten Ziele zu verfolgen und umzusetzen.

Der Direktor für Erdbeobachtungsprogramme der ESA, Josef Aschbacher, sagte: „Wir freuen uns sehr über die Vertragsunterzeichnung, damit OHB im nächsten Schritt die Entwicklung der Mission vorantreiben kann. Der Klimawandel ist eindeutig etwas, das uns allen Sorgen bereitet und die CO2M-Mission ist dazu bestimmt, bei der Überwachung der Emissionen eine entscheidende Rolle zu spielen, damit wichtige Informationen für die politische Entscheidungsfindung zur Verfügung stehen.“

Der Vorstandsvorsitzende des OHB-Konzerns, Marco Fuchs, betonte: „Die Aufgabe, die CO2M-Mission als Hauptauftragnehmer umzusetzen, macht mich sehr stolz. Die Frage, wie sich der Gehalt des Kohlenstoffdioxids in der Atmosphäre in den kommenden Jahrzehnten entwickeln wird, wird auch das Schicksal des Weltklimas bestimmen“.

Der Vertrag über die CO2M-Mission ist der erste, der unterzeichnet wird, nachdem der Industrieausschuss der ESA Anfang des Monats der Entwicklung sechs neuer Copernicus-Missionen zugestimmt hat.

Diese neuen Missionen werden an den Sentinel-Missionen anknüpfen, die derzeit im Mittelpunkt des EU-Umweltüberwachungsprogramms Copernicus stehen. Die Weltraumkomponente von Copernicus wird von den Mitgliedstaaten der EU und der ESA mitfinanziert. Copernicus ist der weltweit größte Anbieter von Erdbeobachtungsdaten und während die EU dieses Umweltüberwachungsprogramm leitet, entwickelt, baut und startet die ESA die entsprechenden Satelliten. Sie betreibt auch einige der Missionen und stellt die Verfügbarkeit von Daten aus Missionen Dritter sicher.

Über die ESA
Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) ist das Tor Europas zum Weltraum. Sie ist eine 1975 gegründete zwischenstaatliche Organisation, deren Aufgabe darin besteht, europäische Raumfahrtkapazitäten zu entwickeln und sicherzustellen, dass die Investitionen in die Raumfahrt den Bürgern in Europa und weltweit zugutekommen.

Die ESA hat 22 Mitgliedstaaten: Österreich, Belgien, die Tschechische Republik, Dänemark, Estland, Finnland, Frankreich, Deutschland, Griechenland, Ungarn, Irland, Italien, Luxemburg, die Niederlande, Norwegen, Polen, Portugal, Rumänien, Spanien, Schweden, die Schweiz und das Vereinigte Königreich. Slowenien ist assoziiertes Mitglied.

Die ESA arbeitet förmlich mit sieben anderen EU-Mitgliedstaaten zusammen. Auch Kanada nimmt im Rahmen eines Kooperationsabkommens an bestimmten ESA-Programmen teil.

Mehr über die ESA erfahren Sie unter https://www.esa.int/.

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• Copernicus (früher GMES)

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Quelle: OHB SE.

Bremen, 31. Juli 2020. Die OHB System AG, ein Tochterunternehmen des Raumfahrt- und Technologiekonzerns OHB SE, hat heute den Vertrag über die Realisierung der Erdbeobachtungsmission CO2M unterschrieben. Die Mission ist ein Teil des europäischen Copernicus-Programms und wird in ihrer ersten Ausbaustufe aus zwei Satelliten bestehen, mit denen die durch menschliche Aktivitäten verursachten Kohlenstoffdioxid-Emissionen gezielt gemessen werden können. Der Gesamtwert des Auftrags beläuft sich auf 445 Millionen Euro, Vertragspartner ist die Europäische Weltraumorganisation ESA.

Copernicus: Das zweite große europäische Raumfahrtprogramm
Copernicus ist neben Galileo das zweite große europäische Raumfahrtprogramm und stellt eine unabhängige Infrastruktur für die Erdbeobachtung bereit. Die von Messeinrichtungen an Land, zu Wasser, in der Luft und im Weltraum gesammelten Daten dienen in erster Linie der Überwachung von Umwelt und Klima, helfen aber auch bei der Bewältigung von Naturkatastrophen und liefern Antworten in Bezug auf sicherheitsrelevante Fragen. Finanziert wird das Programm von der Europäischen Union EU und der ESA.

Die Emissionen einzelner Länder und Städte sollen messbar werden
Bei CO2M handelt es sich um eine Mission, mit der erstmals gezielt gemessen werden soll, wie viel klimaschädliches Kohlenstoffdioxid tatsächlich durch menschliche Aktivitäten in die Atmosphäre gelangt. Bisher ist es durch Messungen am Boden zwar möglich, die generellen Veränderungen des Kohlenstoffdioxidgehalts in der Atmosphäre zu verfolgen, allerdings können keine verlässlichen Aussagen über die Emissionen einzelner Länder oder gar einzelner Regionen und Städte getroffen werden. Mit der CO2M-Mission soll diese Lücke im verfügbaren Datenmaterial geschlossen werden. Dadurch soll es auch möglich werden, die im Klimaabkommen von Paris festgelegten Ziele besser nachzuhalten und umzusetzen.

Das Projekt CO2M wird von einem Industriekonsortium umgesetzt, das von OHB geführt wird. „Die Aufgabe, die CO2M-Mission als Hauptauftragnehmer umzusetzen, macht mich sehr stolz“, betont Marco Fuchs, Vorstandsvorsitzender des OHB-Konzerns. „An der Frage, wie sich in den kommenden Jahrzehnten der Anteil von Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre entwickeln wird, wird sich auch das Schicksal der Weltklimas entscheiden.“ Als Hauptauftragnehmer trägt OHB die Verantwortung für die Gesamtsysteme und entwickelt die Satellitenplattformen. Wichtigster Unterauftragnehmer ist Thales Alenia Space als Lieferant für die Nutzlasten.

Der Start der CO2M-Mission ist für Ende 2025 geplant.

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• Copernicus (früher GMES)

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Autor: Thomas Weyrauch. Quelle: NASA, JUA APL.

Bisherige Klimamodelle hatten vorhergesagt, dass ein Anstieg von Kohlendioxid (CO₂) in der Atmosphäre über den Globus verteilt mehr oder weniger gleichmäßig erfolgen würde.

Die Beobachtung der CO₂-Verteilung über der Erde ist nicht nur für die Verbesserung von Klimamodellen wichtig, sie findet Eingang bei der Planung von Satelliten-Orbits.

Statt wie nahe des Erdbodens für eine Erwärmung zu sorgen, bewirkt CO₂ in der Hochatmosphäre eine Temperaturabsenkung, und damit eine Verringerung der Restatmosphäre. Weniger Restatmosphäre sorgt für eine geringere Abbremsung von Erdtrabanten, die in entsprechenden Flughöhen unterwegs sind.

Eine in den Geophysical Research Letters am 5. September 2015 veröffentlichte Studie berichtet von der Arbeit mit Radiometer-Daten, die mit TIMED innerhalb von 14 Jahren gewonnen wurden (TIMED steht für Thermosphere, Ionosphere, Mesosphere Energetics and Dynamics).

Vor dem Start von TIMED am 7. Dezember 2001 wurden ausschließlich Höhenforschungsraketen eingesetzt, die jeweils nur eine sehr kurze Einsatzdauer an Bord befindlicher CO₂-Sensoren erlaubten. Langfristige Messkampagnen waren vor TIMED nicht möglich, wird Jia Yue, Forscher an der Hampton Universität in Hampton im US-amerikanischen Bundesstaat Virginia, in einer Meldung der NASA zitiert.

CO₂ wird auf Grund menschlicher Aktivitäten in die Atmosphäre eingebracht. Solche sind zum Beispiel die Abholzung von Waldflächen und das Verbrennen fossiler Energieträger wie Kohle, Öl, etc..

Ein Anstieg des CO₂-Gehalts in tiefen Atmosphärenschichten erfolgt mit einer Rate von 5 Prozent alle 10 Jahre. Das bestätigen Daten, die in einem Zeitraum von 56 Jahren gewonnen wurden.

In der Hochatmosphäre etwa bei 112 Kilometern stieg der CO₂-Anteil teilweise mit bis zu 12 Prozent alle 10 Jahre. Und obwohl man erwartet hatte, dass trotz einer höheren CO₂-Emission auf der Nordhalbkugel in der Hochatmosphäre wegen Vermischung und Diffusion eine gleichmäßige CO₂-Verteilung herrschen würde, erfolgte der Anstieg in der Hochatmosphäre über der Nordhalbkugel schneller als über der Südhalbkugel.

Diego Janches, TIMED-Projektwissenschaftler vom Goddard-Raumflugzentrum (GSFC) der NASA in Greenbelt im US-amerikanischen Bundesstaat Maryland, denkt, dass man die Beziehungen zwischen tiefen Atmosphärenschichten und solchen in großer Höhe offensichtlich noch nicht ganz verstehe.

Bisher war man in Wissenschaftlerkreisen laut Janches geneigt, die Beobachtung der Atmosphäre auf verschiedene Disziplinen zu verteilen. Die Erforschung tiefer Atmosphärenschichten könnte man beispielsweise als eine Disziplin der Geowissenschaften verstehen, die Beobachtung der Hochatmosphäre als eine Disziplin der Sonnenphysik. Benötigt wird gemäß Janches aber ein Verständnis der Atmosphäre als Gesamtsystem.

Die Daten aus der im September veröffentlichten Studie korrespondieren gut mit Daten eines Messsatelliten der Kanadischen Raumfahrtagentur. SCISAT 1 kreist seit dem 12. August 2003 um die Erde und lieferte erste Anhaltspunkte für einen beschleunigten Anstieg des CO₂-Gehalts in der Hochatmosphäre über einen Zeitraum von acht Jahren. Die Zuverlässigkeit der Daten beider Satelliten wird durch die Tatsache unterstützt, dass die Raumfahrzeuge auf unterschiedliche Messmethoden zur Ermittlung des CO₂-Anteils zurückgreifen

Sensor- oder Datenverarbeitungsfehler an Bord von TIMED können also sehr wahrscheinlich ausgeschlossen werden. Der beobachtete schnelle Anstieg ist laut Jia Yue von der Universität Hampton damit bestätigt, er ist ein physikalischer, real vorhandener Trend. Die Bestimmung dieses Trends war nur Dank des sehr lange funktionsfähigen Radiometers namens SABER (Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry) an Bord von TIMED möglich. Das Gerät an Bord des vom Labor für angewandte Physik (Applied Physics Laboratory, APL) der Johns Hopkins Universität (JHU) in Laurel in Maryland gebauten Satelliten funktioniert aktuell weiterhin wie vorgesehen.

Die Mission von TIMED, dessen Auslegungsbetriebsdauer zwei Jahre betrug, wurde bereits sechs Mal verlängert. Die letzte Verlängerung sieht einen Betrieb bis 2017 vor. Beteiligte Wissenschaftler sind allerdings zuversichtlich, dass TIMED auch darüber hinaus zum Datensammeln eingesetzt werden wird.

Diego Janches vom GSFC betont, dass Langzeitmissionen notwendig sind, um Trends wie den jetzt Bestätigten zu verstehen. Dank der langen Standzeit von TIMED ergaben sich über die Zeit völlig veränderte wissenschaftliche Möglichkeiten.

TIMED, Masse beim Start rund 587 Kilogramm, ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 26.998 sowie als COSPAR-Objekt 2001-055B. Der Satellit kreist auf einer 74,1 Grad gegen den Äquator geneigten Bahn auf Höhen zwischen 610 und 615 Kilometern um die Erde.

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Ein Beitrag von Daniel Maurat. Quelle: NASA. Vertont von Peter Rittinger.

Der Start erfolgte heute um 11:09 Uhr MEZ von der Vandenberg Air Force Base (VAFB) bei Los Angeles im US-Bundesstaat Kalifornien. Der Flug lief zunächst wie geplant, bis bei T+5 Minuten die Nutzlastverkleidung nicht wie geplant abgeworfen wurde, sondern an der Rakete befestigt blieb. Diese konnte durch das Zusatzgewicht der Nutzlastverkleidung ihren Orbit nicht erreichen und stürzte schließlich in den südlichen Pazifischen Ozean. Die NASA will nun die Ursachen des Fehlstarts genauer untersuchen.

Dies ist nun schon der zweite Fehlstart der Taurus in Folge. Beim letztes Start am 24. Februar 2009 kam es auch zu einem Versagen bei der Abtrennung der Nutzlastverkleidung und der NASA-Umweltsatellit OCO ging verloren.

Die Nutzlast, der Umweltsatellit GLORY, sollte im Rahmen der NASA-Forschung die Veränderung der Sonneneinstrahlung auf der Erde messen sowie die Aerosole in der Erdatmosphäre im sichtbaren und infraroten Bereich des Lichtspektrums untersuchen. GLORY sollte in eine spezielle Bahn, der des sogenannten A-Train, gestartet werden. Auf dieser Bahn befinden sich schon fünf Satelliten, nämlich Aqua, Aura, CloudSat, PARASOL und CALIPSO. Da sie kurz nacheinander ihre Ziele überfliegen, ist eine genaue Beobachtung der Erde möglich. Auch OCO, der beim vorherigen Fehlstart der Taurus verloren ging, sollte zum A-Train stoßen.

Verwandte Webseite:

• NASA-Bericht zum Fehlstart
• Spaceflightnow

Raumcon:

• Taurs-XL mit Glory

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Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: NOAA, ESA, eigene Recherche. Vertont von Peter Rittinger.

Patrick Cullis und Marc Weekley haben gerade ein volles Jahr lang in der Antarktis gearbeitet. Nicht immer konnten die Stratosphärenballons starten, wenn etwa gerade ein Sturm mit 130 Kilometern in der Stunde über das South Pole Observatory fegte. Einmal pro Woche starteten die US-Wissenschaftler der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) einen Ballon und vermaßen dabei die vertikale Ausdehnung der Ozonschicht. In diesem Jahr erreichte es am 26. September seine maximale Ausdehnung und war mit 23,8 Millionen Quadratkilometern so groß wie der nordamerikanische Kontinent.

Das Ozonloch entstand durch die Freisetzung sehr stabiler halogenierter Kohlenwasserstoffe (FCKWs). Diese gelangten nach einiger Zeit in die Stratosphäre, die sich aufgrund anderer Temperatur- und Strömungseigenschaften nur wenig mit der unteren Luftschicht, der Troposphäre, austauschen kann. FCKWs können in der Stratosphäre ungestört mit Ozonmolekülen reagieren, was Halogenradikale wie Chlor, Brom oder Fluor freisetzt. Diese sind äußerst reaktionsfreudig und tragen als Katalysatoren zum effektiven Abbau der Ozonschicht bei.

Ganz so schlimm sieht Diego G. Loyala R. vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) die Lage nicht: „In den letzten 14 Jahren gab es einen schwachen aber positiven Trend.“ Er hatte zusammen mit Kollegen aus ganz Europa Daten verschiedener Umweltsatelliten und bodengestützter Messungen ausgewertet. Viele Observatorien haben ständig ein wachsames Auge auf die Ozonschicht, darunter die ESA-Satelliten ERS-2, Envisat oder der schwedische Odin. Auch Material der US-Instrumente SBUV, SAGE I und SAGE II sowie HALOE kam zum Einsatz. Dabei wurde die Größe des Ozonlochs über die vergangenen 14 Jahre rekonstruiert.

Die Geschichte des Ozonlochs lässt sich in zwei Perioden untergliedern. Von 1979 bis 1997 stieg die Größe des Ozonlochs über der Antarktis um rund sieben Prozent pro Jahrzehnt. Die ungehemmte Freisetzung von FCKWs setzte nicht sofort mit der Ratifizierung des Montreal-Protokolls aus, zudem ist die Atmosphäre ein äußerst träges System. Die Stratosphäre merkt nicht sofort, wenn der Mensch weniger Schadstoffe in die Troposphäre abgibt.

Die zweite Periode begann 1997 und dauert bis heute an. In einem guten Jahrzehnt ging die Größe des Ozonlochs um durchschnittlich 0,8 bis 1,4 Prozent zurück. „Das ist statistisch gesehen nicht viel mehr als ein Nullsummenspiel“, sagte Jo Urban von der schwedischen Chalmer-Universität. „Wir hoffen aber, in den nächsten Jahren mit längerfristiger Datenbasis auch einen deutlicheren Rückgang des Ozonlochs zu sehen.“

Erstmalig sind nun auch Daten für den Anteil von Halogenradikalen in der Stratosphäre verfügbar. François Hendrick vom belgischen Institut für Atmosphärenforschung hat Ergebnisse des Envisat-Instruments SCIAMACHY ausgewertet. Envisat startete 2002 und misst seitdem kontinuierlich die Konzentration von Brommonoxid in der Stratosphäre, einem sehr effektiven Katalysator für Ozonabbaureaktionen.

Hendrick stellte seine Ergebnisse im September auf einer Konferenz zur Atmosphäreforschung in Barcelona vor. „Wir konnten die Messdaten des Satelliten mit Bodenstationen in hohen und mittleren Breiten bestätigen. Wir haben eine verifizierte Brommonoxid-Trendkurve aufgezeichnen können. Das sind die ersten direkten Beweise dafür, dass die Ergebnisse des Montreal-Protokolls nun auch die obere Stratosphäre erreicht haben“, so der Forscher.

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