TerraSAR

TerraSAR-X ist ein Satellit für die Fernerkundung der Erde mit Radar. Er wurde in Deutschland entwickelt – erstmals in öffentlich-privater Partnerschaft. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) beteiligte sich als öffentliche Einrichtung mit ca. 100 Mio. EUR, ca. 30 Mio. EUR wurden privatwirtschaftlich vom Unternehmen EADS Astrium aufgebracht. Der Start sollte ursprünglich bereits 2006 und dann mit einer Dnepr-1-Rakete am 27. Februar 2007 ^[1] vom Weltraumbahnhof Baikonur aus erfolgen. Aufgrund von Problemen mit der Trägerrakete wurde der Start jedoch mehrfach verschoben und fand schließlich erfolgreich am 15. Juni 2007 statt ^[2].

Der Radarsatellit arbeitet im X-Band (Wellenlänge 31 mm, Frequenz 9,6 GHz) und heißt deshalb TerraSAR-X. Die kurze Wellenlänge macht zwar die technische Entwicklung anspruchsvoll, erlaubt aber eine hohe Auflösung der digitalen Radarbilder, die auf der Erdoberfläche bis zu 1 Meter erreichen kann.

Als sekundäre Nutzlast trägt TerraSAR-X eine Laser-Übertragungsstation (LCT) der Firma Tesat. Mit dieser werden Downlink-Experimente durchgeführt werden (Datenrate: >1 GBit/s).

Der Name TerraSAR-X steht für

• Terra – die Erde (lat.), welche das Untersuchungsobjekt ist
• SAR – für eine spezielle Radartechnik namens Synthetic Aperture Radar
• X – für den Wellenlängenbereich, in dem das Radar arbeitet (X-Band).

Es wurde im Vorfeld der geplante „Dual Use“ betont – hier die Nutzung von TerraSAR-X sowohl für wissenschaftliche als auch für kommerzielle Zwecke. Tatsächlich bezeichnet der Terminus Dual-Use üblicherweise allerdings die Verwendung einer Technik sowohl für zivile als auch militärische Zwecke. Dies ist auch bei der Technik von TerraSAR-X der Fall, allerdings benutzt die deutsche Bundeswehr nicht TerraSAR-X, sondern eigene, bauähnliche Satelliten namens SAR-Lupe, deren erster noch vor TerraSAR-X ins All geschossen wurde ^[3].

Radartechnik, Vor- und Nachteile

RADAR steht für Radio Detecting and Ranging und beinhaltet traditionell

• Distanzmessung (EDM) mittels Laufzeitmessung reflektierter Signale,
• Richtungsmessung über die Ausrichtung der Antenne, und neuerdings
• auch andere Analysen wie SAR, Polarisation, Interferometrie etc.

Satelliten mit Radartechnik sind noch relativ neu, verglichen mit optischen Kamerasystemen. Die Auflösung (Detailschärfe) ist prinzipiell geringer, aber Radar hat auch Vorteile, vor allem die weitgehende Unabhängigkeit von Bewölkung und Niederschlag sowie die Einsetzbarkeit zu jeder Tageszeit aufgrund der aktiv aussendenden Radarantenne.

Frühe Radarsatellitentechniken waren z. B. die Altimetrie (Höhenmessung über dem Meer), Bestimmung von Wellen / Wind oder von Bodendaten. Heute misst man u. a. Satellitengeschwindigkeiten auf mm/Sekunde genau (siehe GRACE). Das Militär kennt Radarsatelliten seit 1988 (Lacrosse im Space Shuttle). Auch die langsame Verformung von Vulkanen kann mit einer Genauigkeit im Zentimeterbereich erfasst werden.

Innovationen bei TerraSAR-X

TerraSAR-X weist einige technisch-wissenschaftliche Neuheiten auf. Eine dieser Innovationen ist eine Art Zoom, mit dem die Auflösung umgekehrt proportional zum Abtastbereich im Verhältnis 1:10 veränderbar ist. Damit kann entweder ein größeres Gebiet mit niedriger Auflösung oder ein kleineres Gebiet mit hoher Auflösung erfasst werden.

Ferner lässt sich der Antennenstrahl über die Antennenelektronik innerhalb eines Winkelbereichs ausrichten und so der Blickwinkel ändern (vgl. Phased-Array-Antenne). Frühere Radarsatelliten konnten den Antennenstrahl nur in eine Richtung abstrahlen.

Größe, Scanning und geplante Bahn

TerraSAR-X ist fünf Meter hoch und 1.000 kg schwer und umkreist auf einer fast polaren Umlaufbahn die Erde in rund 500 km Höhe. Dabei nutzt er – wie auch andere geodätisch-geografische Satelliten – eine Besonderheit der Himmelsmechanik aus:

Die Bahn von Satellitenbahnen verläuft genähert nach den Kepler-Gesetzen, sodass ihre Ebenen im umgebenden Raum (Bezugssystem der Sterne) weitgehend raumfest sind, unabhängig von der Erdrotation. Daher dreht sich unser Heimatplanet unter dieser Bahn hinweg – mit der Folge, dass TerraSAR die Erdoberfläche nach und nach in zusammenhängenden Bildstreifen abtasten kann.

Durch das schwenkbare Radar und andere Feinheiten der Bahn (Präzession durch die Erdabplattung) kann innerhalb von ein bis drei Tagen jede beliebige Stelle auf der Erde bevorzugt beobachtet werden.

Genauer gesagt sind die Bahnparameter so gewählt, dass sich ein sonnensynchroner Orbit einstellt, d. h. die Bahnebene dreht sich im Lauf eines Jahres so, dass die Sonne im Mittel unter demselben Winkel zur Bahnebene verbleibt. Das gemeinsame Vielfache von Umlaufzeit und Erddrehung sind bei TerraSAR-X exakt 11 Tage: Alle 11 Tage wird derselbe Punkt der Erdoberfläche überflogen.

Technische Daten

Kenngröße	Daten
Größe	4,88 m
Durchmesser	2,4 m
Gewicht b. Start	1.230 kg
davon Nutzlast	ca. 400 kg
Radarfrequenz	9,65 GHz
Energieverbrauch	800 Watt (gemittelt)
Auflösung	1 m, 3 m, 16 m (abh. von Bildgröße)
Höhe der Umlaufbahn	514 km
Neigungswinkel gegen Äquator	97,4° (sonnensynchron)
Lebensdauer	mindestens 5 Jahre

Quelle ^[4]

Bodensegment

Die Bodenbetriebseinrichtung, das Bodensegment, für den TerraSAR-X wurde beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Oberpfaffenhofen aufgebaut. Es besteht aus der Missionsbetriebseinrichtung (Mission Operations Segment), dem Nutzlastbodensegment (Payload Ground Segment) und der Instrumentbetriebs- und Kalibrierungseinrichtung (Instrument Operation and Calibration Segment). An dem Aufbau dieses Bodensegments sind das German Space Operations Center (GSOC), das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) sowie das Institut für Methodik der Fernerkundung (IMF) und das Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme (HR), alles Einrichtungen des DLR, beteiligt.

Anwendungen und Nutzungsbereiche

• Geodäsie und Geodynamik (Erfassung von Höhenänderungen der Erdoberfläche)
• Geologie (Erfassung von Bewegungen der Erdkruste wie z. B. bei Erdbeben, Erfassung der Bewegungen von Gletschern)
• Geografie (Herstellung bzw. Aktualisierung von Landkarten)
• Andere Geowissenschaften wie Hydrologie (Bodenfeuchte usw.) und Meteorologie
• Landwirtschaft, Wald- und Landnutzung, Anbaugebiete
• Raumplanung und Beratungsbüros
• Umweltschutz und staatliche Umweltämter
• Katastrophenmanagement (z. B. Verschiebungen bei Erdbeben oder kleine Höhenänderungen bei Vulkanaktivität)
• Weitere kommerzielle Fragestellungen, etwa in der Nahrungsmittel- und Rohstoffindustrie oder für Versicherungen.

Siehe auch

• Andere SAR-Satelliten: z. B. ENVISAT, ERS-1 und -2, SAR-Lupe, ALOS, Radarsat, RADARSAT-2, COSMO-Skymed, Topex, Lacrosse, YaoGan WeiXing ...
• TanDEM-X
• Wettersatellit, Spionagesatellit, Erdbeobachtungsrakete, Liste der Erdbeobachtungssatelliten
• Bisherige Satelliten-Anwendungen: z. B. Ätna-SAR, Aufklärung, Dopplereffekt im Schwerefeld, Photogrammetrie ...
• Verwandte Techniken: EDM-Distanzmessung, Altimetrie, RapidEye, Radar der Flugsicherung, astronomische Radioteleskope, Weltraumteleskop usw.

Weblinks

• TerraSAR-X-Seite des DLR
• Infoterra Seiten zu TerraSAR-X
• Focus 2001/02 zur Satellitenaufklärung und Radar
• Wolf-Dieter Roth: Augen durch Nacht und Wolken. TELEPOLIS 22.11.2006
• [1]
• EADS: TerraSAR-X übertrifft alle Erwartungen
• EADS: TerraSAR-X liefert hervorragende Bilder – Eine deutsche Erfolgsstory
• Invent GmbH Hersteller der CFK-Hohlleiter, Basis der hochpräzisen Antenne

Quellen

1. ↑ EADS: TerraSAR-X scheduled for launch from Baikonur on 27 February 2007, 23. November 2006
2. ↑ TerraSAR-X – Deutscher Radarsatellit erfolgreich gestartet
3. ↑ Deutschland ist nun auch im All militärisch präsent
4. ↑ EADS: Terrasar-X übertrifft alle Erwartungen