15 Jahre im All und fit wie beim Start – der deutsche Radarsatellit TerraSAR-X
14. Juni 2022 | Radardaten für die Fernerkundung
15 Jahre im All und fit wie beim Start – der deutsche Radarsatellit TerraSAR-X
15 Jahre – Happy Birthday TerraSAR-X!
Das Radarbild zeigt den DLR-Standort Oberpfaffenhofen, das der Satellit TerraSAR-X zu seinem 15. Betriebsjubiläum im All aufgenommen hat. Zur Erinnerung an diesen besonderen Tag wurden insgesamt 18 Reflektoren, wie sie zur Kalibrierung des Radarinstruments verwendet werden, so aufgestellt, dass sich die Zahl Fünfzehn ergibt. Jeder einzelne Reflektor ist deutlich als heller Punkt bzw. als Kreuz im Bild zu sehen.
Die Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X im Formationsflug
Die Satellitenzwillinge im Formationsflug auf ihrer polaren Umlaufbahn um die Erde. TerraSAR-X startete am 15. Juni 2007, TanDEM-X folgt ihm seit dem 21. Juni 2010. Beide Radarsatelliten liefern Bilder mit dem Verfahren des Synthetic Aperture Radar, als auch interferometrische Radaraufnahmen zur dreidimensionalen Abbildung der Erdoberfläche.
Antarktis: Eisdynamik und Massenverlust am Ekblad Gletscher
Das Bild zeigt einen Teil der Queen Elizabeth Range im Transantarktischen Gebirge vom Oktober 2021. In der Bildmitte ist der Ekblad Gletscher zu sehen, der in das Ross Schelfeis fließt. Der schöne goldene Bogen rechts zeigt Gletscherspalten um Cape Maude. TerraSAR-X liefert Informationen über die Oberflächenstruktur der Gletscher und die Eisdynamik und aus dem Vergleich von wiederholten Aufnahmen deren Änderungen. Daraus können Aussagen über die Fließgeschwindigkeit und den Massentransport im gemacht werden, aber auch zum Schmelzen von Gletschern und dem damit verbundenen Massenverlust.
15 Jahre – wer hätte das gedacht! Der deutsche Radarsatellit TerraSAR-X war für eine Lebensdauer von fünfeinhalb Jahren ausgelegt, bis Ende 2012, als er am 15. Juni 2007 um 8:14 Uhr Ortszeit vom Kosmodrom Baikonur in Kasachstan startete. Seitdem liefert er unabhängig von Wetterbedingungen, Wolkenbedeckung und Tageslicht, Daten mit herausragender Qualität. Die wissenschaftliche Mission TerraSAR-X sowie der Satellit werden vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) betrieben.
Das Geburtstagskind hat die Erde bisher 83.050 Mal umkreist und dabei rund 3,59 Milliarden Kilometer zurückgelegt. Eine enorme Strecke. Würde sich der Satellit geradlinig von der Erde entfernen, hätte er Ende 2018 die Bahn des Uranus gekreuzt und befände sich jetzt etwa in der Mitte zwischen den Bahnen von Uranus und Neptun. Mit seinen stolzen 15 Jahren ist TerraSAR-X dabei fit wie am ersten Tag.
Dank seines robusten Designs, bei gleichzeitig höchster Messgenauigkeit und -stabilität, gewinnen wir bis heute Radarbilder, die die Missionsanforderungen noch immer weit übertreffen. Der hochauflösende und kontinuierliche Blick von TerraSAR-X erlaubt es Forscherinnen und Forschern weltweit, die Veränderungen unseres Planeten zu dokumentieren und besser zu verstehen. So lässt sich auch frühzeitig zu erkennen, wo irreversible Schäden entstehen und Eingriffe notwendig sind. Die Daten sind somit auch essenzielle Grundlage für die Entwicklung von Maßnahmen auf politischer und gesellschaftlicher Ebene.
Datenschatz und Forschungsobjekt
In seinem Leben hat TerraSAR-X über 400.000 Radaraufnahmen ausgeführt und dabei eine Datenmenge von 1,34 Petabyte gesammelt. Dies entspricht 1.340.000 Gigabyte oder dem Streaming von rund 270.000 hochaufgelösten Spielfilmen, die dann etwa 60 Jahre lang durchlaufen würden. Das Vermächtnis des Satelliten wird mit jedem Tag umfangreicher, wertvoller und dabei ausgiebig genutzt: Über 1.100 Projektleitende aus 64 Ländern rufen die Daten ab und bearbeiten sie im Rahmen von derzeit 1.875 Forschungsprojekten. Das Anwendungsspektrum umfasst nicht nur sämtliche Geowissenschaften, wie etwa die Geologie, Glaziologie, Ozeanographie, Meteorologie oder Hydrologie. Die Radardaten sind auch essenziell für die Umweltforschung, Landnutzung, Vegetationsüberwachung sowie Stadt- und Infrastrukturplanung. Aber auch die Kartografie, Navigation, Logistik, Krisenmanagement sowie Verteidigung und Sicherheit setzen auf TerraSAR-X Daten.
Auch der Satellit selbst ist Gegenstand von Forschung und Entwicklung, vor allem auf dem Gebiet der Radartechnik. Das Radarsystem mit seiner flexiblen Auslegung lässt es zu, dass nachträglich mit neuen Abbildungsmodi experimentiert werden kann. Dazu gehören etwa ein „Superweitwinkel-“ und ein „Super-Zoom“-Modus, ähnlich wie bei einer Kamera mit unterschiedlichen Objektiven. Die korrekten Fachbegriffe sind „WideScanSAR“ und „Staring Spotlight Mode“, die im Laufe der Mission implementiert und den Nutzern zur Verfügung gestellt wurden. Es werden auch weiterhin Radarexperimente durchgeführt, um neue Methoden zu erproben, die möglicherweise bei künftigen Radarmissionen eingesetzt werden.
Dritte Dimension mit TanDEM-X
Seit dem 21. Juni 2010 wird TerraSAR-X vom nahezu baugleichen Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X begleitet. TanDEM-X und TerraSAR-X formen seitdem das erste konfigurierbare SAR-Interferometer (Synthetisches Apertur Radar) im Weltall und erfassen präzise Höheninformationen für digitale Höhenmodelle. Das heißt, TerraSAR-X dient nunmehr zwei Missionen – nach wie vor der ursprünglichen TerraSAR-X-Mission und zusätzlich der TanDEM-X-Mission für die dreidimensionale Kartierung der Erdoberfläche.
Trotz seiner beispiellosen Vitalität wird TerraSAR-X seine Aufgaben eines Tages nicht mehr erfüllen können – spätestens, wenn unwiederbringliche Ressourcen wie Treibstoff und Batteriekapazität zur Neige gehen. Kommt es zu keinen außergewöhnlichen Zwischenfällen, könnte TerraSAR-X somit noch bis Ende dieses Jahrzehnts im Einsatz bleiben.
Umweltbeobachtung der Zukunft: Tandem-L
Mit den Satellitenmissionen TerraSAR-X und TanDEM-X hat das DLR neue Standards in der Radarfernerkundung gesetzt. Die Expertinnen und Experten arbeiten daher bereits an der nächsten Generation von Radarsatelliten für Klimaforschung und Umweltbeobachtung: Tandem-L, ein Vorschlag für eine hochinnovative Radarsatellitenmission. Deutschland könnte damit ein Instrument zur objektiven Erfassung unserer Umwelt und Beobachtung von Umweltveränderungen international bereitstellen. Ziel ist es, dringend benötigte Informationen zur Lösung hochaktueller Fragestellungen zu liefern. So fordert etwa der aktuelle Bericht des Weltklimarats IPCC eindringlich die Entwicklung von Klimaschutzmaßnahmen und die Überprüfung der getroffenen Maßnahmen in globalem Maßstab.
Mit Tandem-L wäre die Erfassung einer Vielzahl dynamischer Prozesse in der Bio-, Geo-, Kryo- sowie Hydrosphäre in einer bisher nicht erreichten Qualität und Auflösung möglich. Die neue Satellitenkonstellation könnte im Wochenrhythmus eine aktuelle Abbildung der gesamten Landmasse der Erde in 3D liefern. Dabei könnten sieben sogenannte essenzielle Klimavariablen gleichzeitig gemessen werden. Tandem-L würde somit maßgeblich zum besseren Verständnis von Prozessen beitragen, die heute als Treiber der lokalen und globalen Klimaänderung gesehen werden.
Die Mission TerraSAR-X wurde im Auftrag des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie realisiert. Es ist der erste deutsche Satellit, der im Rahmen einer so genannten Public Private Partnership (PPP) zwischen dem DLR und der Airbus Defence and Space GmbH (vormals Astrium) realisiert wurde. Die Airbus Defence and Space GmbH beteiligte sich an den Kosten für Entwicklung, Bau und Einsatz des Satelliten. Die Programmlinie "Geo-Intelligence" bei Airbus D&S (vormals Infoterra GmbH), übernimmt die kommerzielle Vermarktung der Daten. Seit 2016 wird das Projekt im Rahmen einer Fortsetzungsvereinbarung mit Airbus weitergeführt.
