Sentinel-1B: Das zweite Auge der Erdwächter im All

Mit dem Zweiten sieht man besser - das gilt auch für die beiden Radar-Augen der Sentinel-1-Mission: Am 25. April 2016 ist um 23.02 Uhr mitteleuropäischer Sommerzeit (MESZ) der Erdbeobachtungssatellit Sentinel-1B mit einer Sojus-Trägerrakete vom europäischen Raumfahrtzentrum in Kourou (Französisch-Guyana) ins All gestartet. Zusammen mit seinem Zwillingssatelliten Sentinel-1A wird er Landmassen und Ozeane überwachen und selbst kleinste Umweltveränderungen registrieren können. Der deutsche Anteil an der Mission von Europäischer Union (EU) und der Europäischen Weltraumorganisation ESA wird vom Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Mitteln der Bundesregierung finanziert. Mit an Bord war auch die französische Kleinsatellitenmission MICROSCOPE, welche die Grundlagen der Allgemeinen Relativitätstheorie überprüfen will.

Verstärkung im All für den Umweltschutz

Am 25. April 2016 um 23.26 Uhr (MESZ) wurde Sentinel-1B auf seiner Umlaufbahn in 693 Kilometern Höhe ausgesetzt. Mit bisher unerreichter Genauigkeit wird er dort zusammen mit seinem baugleichen Zwillingssatelliten Sentinel-1A, der bereits im April 2014 ins All gestartet war, die Land- und Meeresökosysteme auf der Erde überwachen: Millimetergenau registriert das Duo Umweltveränderungen und zeichnet diese auf. So können die Satelliten etwa das Abschmelzen von Gletschereis, den Wandel der Landnutzung oder den Zustand der Regenwälder über einen langen Zeitraum dokumentieren. Mindestens sieben Jahre lang wird jeder der beiden Satelliten Daten sammeln.

Eine der Aufgaben ist die Überwachung des Meereises. "Die Radarinstrumente der Satelliten sind so genau, dass sie zur Erstellung hochpräziser Eiskarten verwendet werden", erklärt Dr. Helmut Staudenrausch vom DLR Raumfahrtmanagement. "Sentinel-1-Satelliten beobachten auch die Position von Eisbergen und ermöglichen Vorhersagen zur Eisbedeckung der Ozeane. Damit sind die die Daten nicht nur für die Klimaforschung interessant, sondern sorgen insbesondere auch dafür, dass Schiffspassagen durch polare Gewässer sicherer werden."

Alle sechs Tage kann jeder Punkt der Erde kartiert werden

Besaß der erste Sentinel-Satellit bereits eine Wiederholrate von zwölf Tagen - das heißt alle zwölf Tage kann jeder Punkt der Erde Tage kartiert werden - so reduziert sich diese Zeit durch die Verstärkung von Sentinel-1B nun auf ganze sechs Tage. Damit können auch kurzzeitige Umweltbeeinträchtigungen, wie etwa Ölfilme auf dem Meer, in der dafür notwendigen Frequenz verfolgt werden. Auch im Katastrophenfall liefern sie so schnelle Hilfe: Durch aktuelle Karten von Überflutungs- und Erbebengebieten unterstützen sie die Hilfsorganisationen bei ihrer Arbeit vor Ort. Entscheidend dabei ist, dass die Sentinel-1-Satelliten mit ihren Radarinstrumenten in der Lage sind, die Erdoberfläche bei Tag und Nacht und sogar durch Wolkenschichten hindurch zu beobachten. Das an Bord befindliche Laser Communication Terminal (LCT) sorgt dabei über das Europäische Datenrelaissystem EDRS für besonders schnelle und sichere Datenübertragung zum Boden. Damit können die Daten in nahezu Echtzeit beim Nutzer zur Verfügung stehen, auch wenn der Sentinel-1 -Satellit selbst keinen Kontakt zur Bodenstation hat.

Mit Sentinel-1B ist der vierte Satellit aus dem Copernicus-Erdbeobachtungsprogramm von ESA und EU gestartet. Entwickelt und durchgeführt wird die Sentinel-1B-Mission von der ESA, die Finanzierung erfolgt in Kooperation mit der EU. Für den Bau des Satelliten ist ein Industriekonsortium von rund 60 Firmen unter Leitung von Thales Alenia Space Italy verantwortlich. Airbus Defence and Space in Friedrichshafen ist Hauptauftragnehmer für das Radarinstrument, das technische Kernstück an Bord von Sentinel-1B. Das LCT wurde von der Firma Tesat Spacecom in Backnang mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) entwickelt. Mit der Datenverarbeitung und -archivierung ist unter anderem das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum des DLR beauftragt. Für die Kalibrierung der Radarantenne ist das DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme verantwortlich. Das DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung trug unter anderem mit Algorithmen zur hochgenauen Datenprozessierung bei. Das DLR Raumfahrtmanagement ist für den deutschen Beitrag des ESA-Programms zuständig, der zum größten Teil mit Mitteln des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) finanziert wird.

MICROSCOPE überprüft Grundlagen unseres physikalischen Weltbilds

Die französische Kleinsatellitenmission MICROSCOPE (MICROSatellite à traînée Compensée pour l'Observation du Principe d'Equivalence) will eine der grundlegenden Annahmen der Einsteinschen Relativitätstheorie überprüfen: das Äquivalenzprinzip. Dieses Prinzip besagt, dass im Vakuum alle Massen gleich schnell fallen. "Das Rätsel der Gleichheit von schwerer und träger Masse fordert immer genauere Experimente", erläutert Prof. Dr. Hansjörg Dittus, DLR-Vorstand für Raumfahrtforschung und -technologie und als Wissenschaftler am MICROSCOPE-Experiment beteiligt. "Bisher wurden alle Experimente auf der Erde durchgeführt, wo wir allerdings nur begrenzte Möglichkeiten haben." MICROSCOPE ist die erste Weltraummission, die das Äquivalenzprinzip überprüfen soll - und dies mit hundertfach größerer Genauigkeit, als das bisher mit Labor-Experimenten auf der Erde möglich ist. Damit hinterfragt die Mission die Grundlagen unseres physikalischen Weltbildes und untersucht, ob und wo sich erste Unstimmigkeiten zu den theoretischen Vorhersagen zeigen.

Fallversuch in rund 700 Kilometern Höhe

Das Herzstück von MICROSCOPE ist die Experimentanlage, die zwei Beschleunigungsmesser enthält. Darin befinden sich jeweils zwei zylinderförmige Testmassen. Das erste Messgerät beinhaltet verschiedenartige Zylinder: einen aus Titan und einen aus einer Platin-Rhodium-Legierung. In rund 700 Kilometern Höhe werden Satellit und Experiment die Erde umkreisen und sich dabei in Schwerelosigkeit, also im freien Fall befinden. Das Messinstrument soll überprüfen, ob die beiden Massen im freien Fall unterschiedlich stark beschleunigt werden. Sollte dies der Fall sein, dann wäre das Äquivalenzprinzip nur begrenzt gültig. Der zweite Beschleunigungsmesser dient lediglich zur Kontrolle: Er enthält zwei Zylinder aus demselben Material. Bei korrektem Ablauf des Experiments bewegen sich beide Testmassen genau gleich schnell.

Deutsch-französische Kooperation

MICROSCOPE ist eine Kleinsatellitenmission, die von der französischen Raumfahrtagentur CNES (Centre National d'Études Spatiales) durchgeführt wird. Die Luft- und Raumfahrt-Forschungseinrichtung ONERA (Office National d’Etudes et Recherches Aérospatiales) ist für die Entwicklung der Nutzlast und die wissenschaftliche Leitung zuständig. Das Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen ist verantwortlich für die Überprüfung der Beschleunigungssensoren sowie die Entwicklung der Computersimulation zur Auswertung der Missionsdaten und wird auch an der Missionsdatenanalyse beteiligt sein. Die Testmassen wurden Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig gefertigt. Das DLR Raumfahrtmanagement finanziert mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) den überwiegenden Teil des deutschen Beitrags zu MICROSCOPE.

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