TanDEM-X Blog
 
 

Der Countdown läuft!

29. April 2010, 11.00, Stefan Buckreuß, 3 Kommentar/e
Noch 54 Tage, dann beginnt eine der spektakulärsten Fernerkundungsmissionen, die es bisher gegeben hat. Noch nie zuvor wurden zwei Satelliten in einer derart engen Formation - der minimale Abstand beträgt 200 Meter - geflogen. Diese Satelliten sind TerraSAR-X, der schon seit drei Jahren die Erde umkreist, und sein nahezu baugleicher Zwilling TanDEM-X, der ihm ab dem 21. Juni 2010 folgen wird. Zusammen sind sie zwei Augen vergleichbar, die eine perspektivische Sicht ermöglichen, denn das Missionsziel lautet: Vermessung der Erde in zweieinhalb Jahren.

Die beiden Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X sind zwei "Radaraugen", die allerdings in einem Bereich des elektromagnetischen Spektrums arbeiten, der für das menschliche Auge unsichtbar ist. Es ist der Bereich der Mikrowellen (die Wellenlänge beträgt 3,2 Zentimeter), in dem auch der Mobilfunk, Handys, WLAN und der Mikrowellenherd arbeiten, der hier zur Anwendung kommt. Der große Vorteil von Mikrowellen ist ihre Eigenschaft, dass sie Wolken fast mühelos durchdringen können, das Radar also durch Wolken "hindurchsehen" kann. Erst die damit einhergehende, verlässliche Planbarkeit der Aufnahmen, erlaubt es, das hochgesteckte Ziel - Erstellung eines hochgenauen, digitalen Geländemodells der gesamten Landoberfläche der Erde in drei Jahren - anvisieren zu können. Angestrebt wird ein Geländemodell mit einer Messpunktdichte von zwölf Metern und einer Höhengenauigkeit von zwei Meter.

Das Verfahren zur Erfassung der dritten Dimension, also der Geländehöhe, ist als Interferometrie schon lange bekannt. Beide Satelliten werden zur Bildung eines Interferometers in enger Formation fliegen und Aufnahmen des gleichen Gebietes aus leicht unterschiedlicher Perspektive liefern. Durch die pixelgenaue Überlagerung beider Bilder, die neben der Rückstreuintensität auch die Laufzeit beziehungsweise Phaseninformation beinhalten, kann in einem ersten Schritt die Laufzeitdifferenz des Radarsignals vom Boden zu den beiden Satelliten extrahiert und in einem zweiten Schritt die Höhe aller Bildpunkte über einer Referenzfläche berechnet werden. Dann liegt das digitale Geländemodell vor. Das Prinzip ist recht einfach, aber die Tücke liegt wie immer im Detail und ein wahrer Berg von technischen Herausforderungen ist zu bewältigen, um das hochgesteckte Missionsziel zu erreichen.

Spannende Herausforderungen

Satellit TanDEM-X Ganz klar: Der Formationsflug ist die spannendste Herausforderung, denn beide Satelliten werden sich bis auf 200 Meter annähern - und das bei einer Geschwindigkeit von 28.000 Kilometern in der Stunde! Die Kollegen aus dem Bereich Flugdynamik, die für die Steuerung der Satelliten und die Orbitkontrolle zuständig sind, stehen spätestens einen Monat nach dem Start im Rampenlicht, wenn die Satelliten zunächst auf 20 Kilometer aneinander herangeführt werden und weitere zwei Monate später in die endgültige Konfiguration gesteuert werden. Aber auch die Missionsplanung, eine logistische Aufgabe, muss gemeistert werden. Man versteht darunter die Aufnahmeplanung, die Verwaltung der Satellitenressourcen wie zum Beispiel verfügbarer Speicherplatz, Downlinkmöglichkeit, Batteriezustand, Thermalhaushalt und noch viele weitere Parameter, die berücksichtigt werden müssen. Dies geschieht in engem Zusammenspiel mit der Abstimmung der Radarinstrumente, die einerseits eine optimale Bildqualität liefern und andererseits synchron zueinander arbeiten müssen, wobei ein Satellit sendet und beide die Radar-Echos empfangen. Erst wenn die Satelliten in den Sichtbarkeitsbereich einer Bodenstation kommen, können sie die gespeicherten Bilder wieder loswerden, beziehungsweise zur Bodenstation senden und Platz schaffen für neue Aufnahmen. In der TanDEM-X Mission wird zur optimalen Auslastung der Satelliten ein globales Netzwerk von drei Bodenstationen betrieben.

Nach dem Empfang der Daten müssen diese schritthaltend zu Bildern prozessiert, zu digitalen Geländemodellen verarbeitet und archiviert werden. Die erwartete Datenmenge liegt bei 1,5 Petabyte (1 Petabyte = 1.000.000 Gigabyte), eine Datenmenge, die erstmal beherrscht werden muss. Und schließlich müssen alle Arbeitsprozesse perfekt aufeinander abgestimmt, den Zahnrädern eines Uhrwerks gleich, ineinandergreifen.

Noch steht TanDEM-X bei der Firma IABG in Ottobrunn bei München. Hier fanden Tests unter simulierten Weltraumbedingungen statt sowie Rüttel- und Schallfestigkeitstests. Aber auch das Zusammenspiel des Satelliten mit dem Kontrollraum in Oberpfaffenhofen wurde bereits erfolgreich via Datenleitung erprobt. In den nächsten Tagen aber wird TanDEM-X für den Transport in einen Spezialcontainer verpackt und am 11. Mai 2010 vom Münchner Flughafen in Richtung Baikonur starten. Mehr zu den nächsten Ereignissen möchten meine Kollegen und ich gerne in weiteren Blogbeiträgen verraten, wenn es soweit ist. Wir freuen uns auf Ihren Besuch!

Bild oben: Die Zwillingssatelliten TanDEM-X und TerraSAR-X fliegen in geringer Entfernung voneinander über die Erde. Quelle: DLR.

Bild unten: TanDEM-X wurde in einer öffentlich-privaten Partnerschaft zwischen dem DLR und dem europäischen Raumfahrtunternehmen Astrium in Friedrichshafen gebaut. Quelle: Astrium


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Kommentare
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  • Von Daniel Schiller am 07.05.2010
    Hallo, gibt es genauere Informationen zum Betrieb der beiden Satelliten im Formationsflug? Bei länger andauernden Abständen bis hinunter zu 200m sind aus meiner Sicht bestimmte Betriebsstrategien und -prozeduren notwendig, um einen sicheren Betrieb, ein schnelles Erkennen von Anomalien und eine schnelle Reaktion auf Abweichungen zu realisieren. Bei Ko-Lokationsstrategien im GEO wird eine Abstimmung der Strategien zwischen den Satelliten schon bei wenigen Kilometern Abstand notwendig. 200m ist da aus meiner Sicht eine echte Herausforderung. Vielen Dank.
  • Von Stefan Buckreuß am 10.05.2010
    Die Umlaufbahnen von TerraSAR-X und TanDEM-X sind wie die Stränge einer Doppelhelix gegeneinander verdreht. Sie liegen so im Raum, dass sie über dem Äquator horizontal und über den Polen vertikal versetzt sind. Dadurch kreuzen sich die Bahnen niemals und ermöglichen so einen sicheren Betrieb ohne die Notwendigkeit einer autonomen Kontrolle. Die passive Stabilität des Helix-Orbits verhindert grundsätzlich Kollisionen. Dennoch erfordert ein derart enger Formationsflug spezielle Maßnahmen, um das Kollisionsrisiko zu minimieren. Ein zusätzlicher Sicherheitsmodus, der ein künstliches Magnetfeld und das Magnetfeld der Erde (Magnet-Torquer) zur Lageregelung benutzt, wird auf beiden Satelliten eingeführt. Die Magnet-Torquer sind in der Lage, moderate Drehraten der Satelliten zu stabilisieren. Im Gegensatz zur Lagekontrolle über das Hydrazin-Antriebssystem führt ein Übergang in diesen Modus zu keiner Orbitänderung. Der zusätzliche Sicherheitsmodus wird durch ein angepasstes Betriebskonzept mit sechsstündigen Bodenstationskontakten ergänzt, um eine ausreichend schnelle Reaktion auf Probleme mit dem Raumsegment zu gewährleisten.