40 Jahre angewandte Fernerkundung im DLR

Damals hieß das DLR noch DFVLR: die Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt. Filme wurden in einem der öffentlichen-rechtlichen Programme oder auf Leinwand im Kino gezeigt, im Fernseher lief „Was bin ich? – Heiteres Beruferaten“ mit Robert Lembke, Helmut Schmidt war Bundeskanzler und das Tastentelefon war gerade erst eingeführt.

In den Anfängen war das einzige elektrische Gerät im Büro ein Telefon – noch mit Wählscheibe. Entwürfe, Dokumentationen oder Berechnungen erfolgten per Hand. Den Abteilungsrechner teilte man sich. Er wurde über ein alphanumerisches Terminal bedient, daran angeschlossen war ein Typenraddrucker. Technik wie „Rahmensynchronisierer“ und „Kommunikationselemente“, die Datenströme aus dem Weltall empfangen sollten, mussten zum größten Teil selbst entwickelt und gebaut werden. Sie wurden als Schnittstelle zu den damals wenig leistungsfähigen Rechnern benötigt. Ein Highlight im Jahr 1985 war die deutsche Spacelab Mission (D-1). Für das Labor an Bord des Space Shuttles „Challenger“ bauten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der damals noch jungen Einrichtung eine sogenannte Data Selection Unit (DSU). Mit dieser ließen sich gezielt Daten des Spacelabs für die Übertragung nach Deutschland auswählen. Für den gesamten Datenstrom war die Übertragung via Satellit noch viel zu teuer.

Mit den ersten europäischen Erdbeobachtungssatelliten, ERS-1 (1991) und ERS-2 (1995) begann nicht nur für Europa, sondern auch für den Vorläufer des EOC, eine neue Zeit. Die Daten der damaligen Sensoren konnten nicht an Bord der Satelliten gespeichert werden. Um Regenwälder, Wüsten und Eismassen kartieren zu können, war man also auf strategisch gelegene Bodenstationen für den Datenempfang in der Nähe über den Beobachtungsgebieten angewiesen.
Mit nationaler Förderung wurde 1991 die erste Satellitenempfangsstation auf dem antarktischen Kontinent, die German Antarctic Receiving Station (GARS), nahe der chilenischen Station Bernado O’Higgins in Betrieb genommen. Sie empfing die Daten der ERS-Satelliten über der Antarktis. Nach dieser logistischen und technischen Meisterleistung wurden weitere, temporäre Empfangsstationen vom DFD errichtet: beispielsweise in Gabun in Westafrika, in Kirgisien, in der Mongolei oder in Mexiko. Heute umfasst das Empfangsnetzwerk neben den Antennen in Oberpfaffenhofen und Neustrelitz die Stationen GARS O’Higgins und eine weitere polarnahe Station in Inuvik, in der kanadischen Arktis. Solche polaren Standorte haben sich mittlerweile wegen ihrer häufigeren Kontaktzeiten zu den Satelliten für die maximale Ausbeute an Daten bewährt.

Mitten in diesem extrem dynamischen Umfeld bewegt sich das heutige EOC. Über 40 Jahre hat die Einrichtung mit ihren Vorläufern die Erdbeobachtung mitgeprägt. Beispielsweise wurde Teile des Bodensegments der ESA von den dortigen Teams entworfen. Nach wie vor ist das EOC im Auftrag der ESA für den Empfang, die Verarbeitung und das Management von Satellitendaten verantwortlich und konnte sich behaupten in einem mittlerweile kommerzialisierten Markt. Auch für die Verarbeitung der Daten in der Cloud entwickelt es aktuell in Zusammenarbeit mit dem Leibniz-Rechenzentrum der Bayerischen Akademie der Wissenschaften eine zukunftsträchtige Alternative zu den großen kommerziellen Anbietern. Diese Anwendung soll die Souveränität bei Zugriff und Prozessierung von Satellitendaten wahren.

Das EOC und seine Vorgängereinrichtungen sind gemeinsam mit der ESA und ihrem Raumfahrtprogramm groß geworden. Ganz besondere Kraft hat das EOC jedoch auch aus den nationalen Radar-Missionen und Programmen geschöpft: 1994 startete mit SIR C/X-SAR das weltweit erste Radarsystem, das im Frequenzbereich X-Band arbeitete, 2000 hatte das erste SAR-Interferometer (Synthetic Aperture Radar) auf der Fernerkundungsmission SRTM Premiere. Mit diesem Sensor konnten erstmals Geländemodelle der Erde erstellt werden. 2007 startete der Satellit TerraSAR-X. Er trägt einen Radarsensor, der in verschiedenen Modi betrieben werden kann. Drei Jahre später folgte sein Zwillingssatellit TanDEM-X. Die beiden fliegen in enger Formation und ermöglichen so zeitgleiche Aufnahmen der Erdoberfläche (sog. bistatisches Interferometer). Keine andere Raumfahrtnation hatte es zuvor gewagt, zwei Satelliten mit nur wenigen hundert Metern Abstand in einer Helix umeinander kreisen zu lassen, um erstmals ein hochauflösendes, einheitliches globales Geländemodell zu erzeugen. Die TanDEM-X Mission offenbarte, wie kein anderes Projekt zuvor, das Alleinstellungsmerkmal des DLR, seine Systemfähigkeit: Satellitensteuerung, Instrumentenentwicklung, Datenprozessierung und Auswertung aus einer Hand. Für all diese nationalen Missionen aber auch für alle Atmosphärenmissionen der ESA, konnte das EOC die Verarbeitungsalgorithmen vom ersten Sensor bis hin zum Nutzerprodukt entwickeln und die gesteckten Ziele deutlich übertreffen. Deutschland gelangte so weltweit an die Spitze der Radarfernerkundung. Auch die Datenmengen dieser Missionen stellten alles Dagewesene in den Schatten. Dank dieses „Trainings“ kann das EOC heute auch die viel gewaltigeren Datenmassen des europäischen Copernicus-Programms verarbeiten.