Satellit Sentinel 1A Radarfalle im All gegen Umweltsünder auf der Erde

Redakteur: Peter Koller

Mit dem europäischen Satelliten Sentinel 1A gibt es seit April dieses Jahres im Orbit einen ganz besonderen Wächter über die Umwelt auf unserem Planeten.

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Startet heute ins All: Sentinel 1A, der erste von sechs Satelliten des Copernicus-Programms
Startet heute ins All: Sentinel 1A, der erste von sechs Satelliten des Copernicus-Programms
(ESA)

Mit dem Start des Radarsatelliten Sentinel 1A an Bord einer Sojus-Trägerrakete vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana begann die operationelle Phase des europäischen Erdbeobachtungsprogramms Copernicus. Dahinter steckt das bislang komplexeste und weitreichendste Programm zur „ganzheitlichen“ Erkundung und Überwachung unseres Heimatplaneten. Sentinel 1 bildet zugleich den Auftakt einer vielfältigen Reihe neuer Fernerkundungssatelliten, die in den kommenden Jahren im Rahmen des Copernicus-Programms gestartet werden.

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Die zehn wichtigsten Fragen und Antworten zu Sentinel und Copernicus:

Was genau macht Sentinel 1

Sentinel 1 ist eine für ein breites Aufgabenspektrum in den Bereichen Umwelt, Verkehr, Wirtschaft und Sicherheit ausgelegte bildgebende Radarsatellitenmission. Der Name „Sentinel“ – deutsch „Wächter“ – ist dabei wörtlich zu nehmen. Mit dem an Bord befindlichen Radarinstrument können unabhängig von Tageslicht und Wolkenbedeckung Land- und Meeresoberflächen unseres Heimatplaneten rund um die Uhr überwacht werden. Zudem ist Sentinel 1 der einzige europäische Satellit, der speziell auf die Unterstützung bei Naturkatastrophen wie Überschwemmungen und Erdbeben ausgerichtet ist.

Wie arbeitet Sentinel 1?

Als Hauptinstrument dient ein abbildendes Radar vom Typ SAR (Synthetic Aperture Radar), das von Airbus Space and Defence gebaut wurde. Das im C-Band arbeitende aktive Radar mit einer Wellenlänge von sechs Zentimetern besteht aus einer 12,3 x 0,9 Meter großen Hauptantenne, die sich aus 560 miteinander gekoppelten Einzelantennen zusammensetzt. Die ausgesandten Radarstrahlen dringen durch die Vegetation bis zum Erdboden. Dadurch können Veränderungen der Oberfläche – speziell Bewegungen – im Zentimeter- und sogar im Millimeterbereich wahrgenommen werden.

Im Fokus stehen dabei Eisbeobachtungen in den Polarregionen, vulkanische Aktivitäten, Erdbeben, Erdrutsche, Überschwemmungen, das Aufspüren von Bodensenkungen und -hebungen sowie das Beobachten von Meeresoberflächen, um Behinderungen durch Meereis oder etwa Ölverschmutzungen frühzeitig zu erkennen.

Als dauerhafter Datenlieferant unterstützt Sentinel Aufklärung und Einsatzunterstützung in Katastrophenfällen. Überall dort, wo aktuellste Informationen in kürzester Zeit benötigt werden, können Bilddaten bereits innerhalb von 60 Minuten zur Verfügung gestellt werden. Das ist eine deutliche Verbesserung gegenüber bisherigen SAR-Systemen.

Wo fliegt Sentinel über der Erde?

Der 2,3 Tonnen schwere Satellit soll die Erde in einer Höhe von 700 Kilometern umrunden. Seine Umlaufbahn führt ihn bei jedem Orbit über beide Pole, so dass das Radarinstrument die unter ihm drehende Erde mühelos streifenweise abtasten kann. Hierbei kann das „Radarauge“ ein Gebiet von bis zu 400 Kilometern Breite auf einmal überblicken und Objekte bis zu fünf Metern Größe erkennen.

Das Gerät arbeitet in vier verschiedenen Beobachtungsmodi, so dass Sentinel 1 auf unterschiedlichste Anforderungen reagieren kann. Das neue Radarinstrument ist erstmals in der Lage, auch technisch rund um die Uhr Bilddaten zu generieren. In der höchsten Leistungsstufe muss es allerdings nach jeweils 25 Minuten abgekühlt werden. In dieser Phase werden aber weiterhin Bilder – mit geringerer Auflösung – erstellt.

Was kommt nach Sentinel 1A?

2015 soll der baugleiche Radarsatellit Sentinel-1B in den Weltraum gelangen. Er wird die Erde auf einer identischen polaren Umlaufbahn umrunden, jedoch um 180 Grad zeitversetzt. Damit verdoppelt sich die Aufnahmekapazität. Wenn beide Satelliten im Orbit sind, kann jeder Punkt auf der Erde alle sechs Tage kartiert werden. Die Missionsdauer von Sentinel-1A und -1B ist jeweils auf sieben Jahre ausgelegt. Der mitgeführte Treibstoff würde jedoch Verlängerungen um bis zu fünf Jahre ermöglichen.

Sentinel-2 ist die optische Mission im Copernicus-Programm und besteht ebenfalls aus zwei Satelliten. Sentinel-2A soll 2015 starten, Sentinel-2B folgt voraussichtlich im Jahr darauf. Gemeinsam werden die beiden Satelliten in der Lage sein, die gesamte Landfläche der Erde in nur fünf Tagen zu erfassen.

Die Sentinel-3-Satelliten sollen per Infrarot-Radiometrie hochpräzise Temperaturmessungen, exakte Höhenmessungen mittels Radar sowie multispektrale Aufnahmen mit 500 bis 1.000 Metern Bodenauflösung liefern. Die Mission dient der globalen Beobachtung von Ozeanen und Landflächen.

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Die Mission Sentinel-4 wird sich auf die Analyse der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre und die Überwachung der Luftqualität konzentrieren. Hauptaufgabe ist die Messung der Konzentration von Aerosolen und Spurengasen sowie der Wolkendecke in der untersten Schicht der Atmosphäre (Troposphäre).

Was passiert mit den Daten, die Sentinel aufnimmt?

Das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum in Oberpfaffenhofen baut im Auftrag der Europäischen Raumfahrtagentur ESA ein Prozessierungs- und Archivierungszentrum (PAC) für die Copernicus-Satelliten der Serien 1 und 3 auf.

Von den Empfangsstationen in Europa und Nordamerika und über das europäische geostationäre Datenrelaissystem EDRS treffen allein von dem ersten Sentinel-1 Satelliten etwa drei Terabyte an Rohdaten pro Tag in Oberpfaffenhofen ein. Ab Frühjahr 2015 wird eine ähnlich große Datenmenge noch vom Sentinel-3 Satelliten empfangen werden. Nach einem Jahr werden diese Sentinels um einen jeweils zweiten Satelliten der Serien ergänzt, so dass allein beim Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) in Oberpfaffenhofen bis zu zehn Terabyte pro Tag archiviert und verarbeitet werden müssen. Um diese Datenmenge zu archivieren, wurde letztes Jahr am DFD ein neuer Archivroboter in Betrieb genommen. Dieser besitzt in der ersten Ausbaustufe eine Kapazität von 50 Petabyte. "Diese Datenmenge entspricht dem Speicherbedarf von ungefähr fünf Millionen Kinofilmen in HD-Bildqualität", erklärt Prof. Dr. Stefan Dech, Direktor des DFD.

Diese Rohdaten werden am PAC durch Multi-Prozessorsysteme in digitale Produkte umgewandelt und über das neue 10-Gigabit-Netzwerk an die europäischen und internationalen Nutzer verteilt. Zwei redundante 10Gb-Glasfaserleitungen sorgen für den reibungslosen Transfer der Satellitendaten im Rahmen des Copernicus-Programms.

Was ist die Aufgabe von Copernicus?

Ziel ist es, den aktuellen Zustand unseres blauen Planeten kontinuierlich zu erfassen und die Daten über Ozeane, Landoberflächen, die Atmosphäre und den Klimawandel den verschiedenen Nutzergruppen, wie Behörden, Unternehmen, Institutionen, Umweltämtern und Bürgern zeitnah zur Verfügung zu stellen. Hierfür werden die thematisch bearbeiteten Daten in sechs „Kerndiensten“ gebündelt. Sie sind das Herz von Copernicus:

  • Landüberwachung
  • Überwachung der Meeresumwelt
  • Überwachung der Atmosphäre
  • Überwachung des Klimawandels
  • Katastrophen- und Krisenmanagement
  • Sicherheitsdienste

Wer steht hinter Copernicus?

Copernicus ist ein Gemeinschaftsvorhaben der Europäischen Kommission und der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Es stellt ein weitreichendes Programm zur Sammlung, Aufbereitung und gezielten Auswertung von Fernerkundungsdaten der Erde dar. Es wird – nach dem europäischen Satellitennavigationssystem Galileo – gern als zweites Flaggschiff europäischer Weltraumpolitik angesehen.

Findet Copernicus nur im All statt?

Nein, um kontinuierlich zuverlässige Daten auf einheitlicher Grundlage im globalen Rahmen zu erhalten, sieht Copernicus den Auf- und Ausbau auch einer „In-situ“-Komponente zur Etablierung eines komplexen Netzwerkes vor. Unter dem Begriff „in situ“, also „an Ort und Stelle“, werden alle Beobachtungssysteme zusammengefasst, die nicht im Weltraum betrieben werden. Dazu gehören beispielsweise boden- oder seegestützte Sensoren, meteorologische Messeinrichtungen und Messbojen.

Gehören nur die Sentinel-Satelliten zu Copernicus?

Nein, zu den geplanten sechs verschiedenen Sentinel-Satelliten der ESA kommt eine Reihe nationaler Fernerkundungssatelliten – beispielsweise aus Deutschland, Frankreich, Italien, Spanien, Kanada und den USA – die als beitragende Missionen Daten liefern. Hier verhandelt die ESA mit den jeweiligen Eigentümern über den benötigten Datenzugriff und die Nutzungslizenzen. Derzeit stehen bereits über 30 Satelliten als beitragende Missionen zur Verfügung.

Muss man für die Copernicus-Daten bezahlen?

Die Sentinel-Daten und die Produkte der Kerndienste sind frei zugängig und kostenlos nutzbar. Mit dieser offenen Datenpolitik setzt die EU die Prinzipien zum freien Datenaustausch um. Die Politik will die breite Verwertung der Copernicus-Daten fördern und auf diese Weise selbst kleinsten Unternehmen den Einstieg mit neuen Geschäftsmodellen auf Basis der Daten ermöglichen.

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