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Raumfahrt Zwei deutsche Satelliten sollen Erdoberfläche vermessen

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Überlagerung mehrerer Bilder. Unbewegte Objekte (Brücke) erscheinen weiß, die nur zu einem Aufnahmezeitpunkt vorhandenen Schiffe farbig Quelle: DLR

Versicherungsunternehmen beispielsweise können die Schadensberechnung nach Sturmschäden per Satelliten-Scan beschleunigen. Händler an den nordamerikanischen Warenterminbörsen wiederum bewerten lange vor der Ernte anhand der Satelliten-Aufnahmen den wahrscheinlichen Ertrag, den die Weizen- und Maisanbauregionen des Landes abwerfen werden, um so die Preisentwicklung der Produkte zu prognostizieren. „Und die Brüsseler Agrarkontrolleure können per Argusauge aus dem All ohne viel Aufwand kontrollieren, ob die Äcker, für deren Nicht-Nutzung europäische Bauern Stilllegungsprämien kassieren, tatsächlich brachliegen“, so ein Experte aus dem Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie.

Um derart exakte Erdaufnahmen zu erhalten, bedienen sich die Satellitenbauer eines technischen Kniffs. In den frühen Fünfzigerjahren des vergangenen Jahrhunderts hatten Wissenschaftler entdeckt, dass sich mehrere von bewegten Antennen abgestrahlte und empfangene Radarimpulse zusammenfügen lassen. So lässt sich eine räumliche Auflösung der Radaraufnahmen erzeugen, die sonst nur mit deutlich größeren Antennen möglich wäre.

„Bei der Verfeinerung und beim Einsatz dieser ,Synthetic Aperture Radar‘ (SAR) genannten Technologie sind deutsche Wissenschaftler und Raumfahrtunternehmen Weltspitze“, betont BDLI-Abteilungsleiter Hess. Diese Technologie ermöglicht es auch dem deutschen TerraSAR-X mit seiner nur gut 3,8 Quadratmeter großen Radarantenne, im Vorbeiflug Land- oder Wasserflächen von 100 Kilometer Breite und bis zu 1500 Kilometern aufzuzeichnen, im sensibelsten Spotlight-Modus mit einer Auflösung von bis zu einem Meter. In nur 96 Minuten hat der Satellit einmal die Erde umkreist; in elf Tagen entsteht so ein komplettes Abbild der Oberfläche.

Ab 2006 wird erstmals die Erde als Ganzes vermessen

Noch genauere Aufnahmen als TSX liefert nach Expertenschätzung gegenwärtig wohl nur der auf gleicher Technologie basierende Militärsatellit SAR-Lupe der Bundeswehr. Dessen Details allerdings halten die Militärs strikt unter Verschluss.

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    Bis zu sechs Gigabyte groß sind die Datenpakete, die TerraSAR-X in einem Schwung aufzeichnet. Sie werden vom Satelliten über eine spezielle Hochleistungsantenne zur Erde gesendet. Auch das ist ein technologisches Meisterstück: Denn während der Satellit mit mehr als der 22-fachen Schallgeschwindigkeit um die Erde rast, werden die Bilder mit bis zu 300 Megabit pro Sekunde zum Boden überspielt. Das ist gut 18-mal schneller, als eine 16.000er Turbo-DSL-Internet-Verbindung.

    Bald bekommt TerraSAR-X Unterstützung. In der großen Fertigungshalle von Astrium in Immenstaad – nur einen Steinwurf von den Infoterra-Büros entfernt – wird eine fast identische Kopie des Radar-trabanten gebaut: TanDEM-X. Dieser ausführlich „TerraSAR-X add-on for Digital Elevation Measurements“ genannte Zwilling soll seinem Bruder im kommenden Jahr in den Orbit folgen und einen weiteren Markstein in der Erderkundung setzen.

    Auf zwei nur um wenige Hundert Meter verschobenen Flugbahnen werden die beiden Satelliten von 2009 an um die Erde jagen und erstmals unseren Planeten als Ganzes vermessen. Während einer der beiden Flugkörper Radarimpulse zur Erde schickt und empfängt, nimmt der zweite die reflektierten Signale auf seiner Flugbahn leicht versetzt stereoskopisch auf. Das so erzeugte Bild der Erde wird so exakt und detailgetreu sein wie keines zuvor. Das gegenwärtige Höhenmodell entstand im Jahr 2000. Damals umkreiste die Raumfähre Endeavour die Erde zwischen den 60. Breitengraden und lieferte alle 30 Meter einen auf sechs Meter genauen Höhenpunkt. Nicht nur, dass die deutschen Satelliten erstmals auch die Pole digitalisieren und so etwa die Entwicklung des Polareises verfolgen können. Vor allem liefern die Adleraugen im All alle zwölf Meter einen auf zwei Meter exakten Höhenpunkt – ein Qualitätssprung der Geodaten fast um den Faktor 20!

    Das neue Höhenmodell soll zum Beispiel in ein Forschungsprojekt des DLR einfließen, bei dem die Wissenschaftler daran arbeiten, Flugzeugpiloten eine künstliche Außensicht ins Cockpit zu spielen. Gestützt auf Geländedaten der Satelliten, würden die Piloten dann auch bei Nacht oder schlechter Sicht jedes Detail der überflogenen Landschaft angezeigt bekommen. Bisher sind die notwendigen exakten Höheninformationen nicht flächendeckend verfügbar.

    Magere Qualität bisheriger Daten

    Auch anderen professionellen Anwendern bereitet die teils magere Qualität der bisherigen Daten handfeste Probleme. So stellen beispielsweise Mobilfunkbetreiber beim Bau ihrer Sendernetze immer wieder fest, dass die reale Netzabdeckung von den zuvor am Computer mithilfe digitaler Höhenmodelle berechneten Plänen abweicht. Nicht minder ungenau sind derzeit auch noch vielerorts Gefahrenkarten, mit denen Katastrophenschützer die Überflutungsrisiken bei Hochwasser oder Sturmfluten vorausberechnen. Und auch die Hersteller von Navigationssoftware, die die 3-D-Optik ihrer Programme in Zukunft um die Darstellung von Bergen und Tälern ergänzen wollen, warten sehnlichst auf die Höhendaten des deutschen Radarduos.

    „Egal, ob im kommerziellen Einsatz oder bei staatlichen Aufgaben – die neuen globalen Höhendaten von TerraSAR-X und TanDEM-X werden eine ganz neue Qualität weltweiter Geländeinformationen liefern“, verspricht Infoterra-Chef Herrmann. Und es soll noch besser kommen. Die Bundesregierung und Astrium haben sich im Grundsatz darauf geeinigt, dass den aktuellen Radarspähern in fünf bis sieben Jahren noch leistungsstärkere Satelliten folgen sollen – dann größtenteils privatwirtschaftlich finanziert. Die Kommerzialisierung der Erdbeobachtung wäre damit geschafft.

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