Die Fi­re­BIRD-Sa­tel­li­ten - Ein Duo auf Kurs zur Feu­er­früh­er­ken­nung

FireBIRD zur Waldbrandfrüherkennung
Fi­re­BIRD zur Wald­brand­früh­er­ken­nung
Credit: DLR (CC-BY 3.0).

FireBIRD zur Waldbrandfrüherkennung

Die Klein­sa­tel­li­ten BI­ROS (Bispec­tral In­fra­Red Op­ti­cal Sys­tem) und TET-1 (Tech­no­lo­gie-Er­pro­bungs­trä­ger) bil­den in der Missi­on Fi­re­BIRD (Fi­re Bispec­tral In­fra­Red De­tec­tor) ein hoch­ef­fi­zi­en­tes Tan­dem zur Wald­brand­früh­er­ken­nung. Mit ih­rem neu­ar­ti­gen In­fra­rot-Sen­sor­sys­tem las­sen sich die Aus­brei­tung und Hit­ze­ent­wick­lung von Feu­ern sehr ge­nau mes­sen.

Die Satelliten TET-1 (Technologie-Erprobungsträger 1) und BIROS (Bispectral InfraRed Optical System) sind die Mission FireBIRD. Sie umkreisen die Erde in einer Höhe von etwa 500 Kilometern in einem polaren Orbit, der die Satelliten über die Pole führt.

Diese Orbits werden auch sonnensynchron genannt, weil die Satelliten auf ihnen den Äquator stets zur gleichen Ortszeit überqueren - TET-1 um 11:30 Uhr und BIROS um 09:30 Uhr. Zueinander sind die Satelliten um einen halben Orbit versetzt, so dass der eine um 9:30 Uhr den nullten Breitengrad von Nord nach Süd passiert, während der andere um 11:30 Uhr von der Süd- auf die Nordhalbkugel wechselt. Für eine Umrundung benötigen sie 90 Minuten, schaffen somit pro Tag 16 Umrundungen entlang der Längengrade. Nach etwa 20 Tagen haben sie die Erdoberfläche mit ihren hochempfindlichen Sensorsystemen vollständig über alle Breitengrade abgetastet. Zueinander bewegen sie sich in einer freien Konstellation, nicht in fester Formation wie die Satelliten der TanDEM-X-Mission.

Herzstück der beiden FireBIRD-Orbiter

Hauptnutzlast der FireBIRD-Satelliten
Hauptnutzlast der FireBIRD-Satelliten
Das Hot Spot Recognition System (HSRS) ist die Hauptnutzlast der FireBIRD-Satelliten.
Credit: DLR

Auf beiden Satelliten befinden sich baugleiche Kamerasysteme: Sie bestehen jeweils aus einer optischen und zwei Infrarotkameras, dem Hot Spot Recognition System (HSRS). Das bi-spektrale Infrarot-Sensorsystem (linke und rechte Öffnung) besteht aus zwei identischen Infrarotsensoren. Sie unterscheiden sich lediglich in den Spektralbereichen, für die sie jeweils kalibriert wurden. Ein Sensor detektiert elektro­magnetische Strahlung im mittleren Infrarot, der andere im thermischen Infrarotbereich.

Der optische Sensor deckt zusätzlich den sichtbaren Spektralbereich ab (die mittlere, größere Öffnung). Diese Kamera verfügt über eine höhere Auflösung als die Infrarotsensoren und dient der besseren geografischen Verortung der Wärmebilder. Dazu muss das Bild der optischen Kamera zunächst über einen Verkleinerungs-Algorithmus an die Auflösung der Infrarotbilder angenähert werden.

Das heißt aber nicht, dass die Auflösung des HSRS gering ist. Ein Vergleich: Verfügt der Infrarotsensor von MODIS, dem Strahlungssensorsystem auf einem NASA-Satelliten, über eine Abtastweite von 1000 Metern, haben die Infrarotkameras der FireBIRD-Satelliten eine Abtastweite am Boden von nur 178 Metern.

Die Linsen der drei Kameras in der Frontalansicht
Die Linsen der drei Kameras in der Frontalansicht
Auf beiden FireBIRD-Satelliten befinden sich baugleiche Kamerasysteme: Sie bestehen jeweils aus einer optischen und zwei Infrarotkameras, dem Hot Spot Recognition System (HSRS).
Credit: DLR

Neben der räumlichen Auflösung ist auch die Empfindlichkeit der Sensorik höher als bei bisherigen Systemen: Detektieren zum Beispiel bereits genannte MODIS-System oder VIIRS - ebenfalls von der NASA - Hitzequellen mit einer Leistung ab 10 Megawatt, erfassen die FireBIRD-Satelliten bereits Hitzeereignisse ab 1 Megawatt. Dadurch können auch kleinere Hochtemperaturereignisse detektiert werden sowie solche mit geringer Hitzeentwicklung. Dabei gestattet die Verwendung von zwei Kameras in zwei Spektralbereichen auch die Erkennung von Feuern, die wesentlich kleiner als die Abtastweite sind. Auch wenn ein Pixel immer noch so groß wie sechs Fußballfelder ist, werden doch Brände erkannt, die etwa so groß wie ein Anstoßkreis sind. So können auch chemische Hitzeentwicklungen oder Schwelfeuer geortet werden.

Zentrale Parameter der optischen und der IR-Kameras auf TET-1 und BIROS auf einen Blick

optische KameraInfrarotkameras
Wellenlänge380 bis 750 Nanometer3,4 bis 4,2 Mikrometer und
8,5 bis 9,3 Mikrometer
Brennweite90,9 Millimeter46,39 Millimeter
Gesichtsfeld19,6 Grad19 Grad
Blendenzahl3,82,0
Pixelgröße7 x 7 Mikrometer30 x 30 Mikrometer
Anzahl an Pixeln3 x 51642 x 512
Bodenpixelgröße42,4356 Meter
Abtastweite42,4178 Meter

Beide Orbiter basieren auf dem gleichen Bus-Konzept. Der Satelliten-Bus ist die Versorgungseinheit an Bord, die den Betrieb der Nutzlast sicherstellt: So übernehmen die Sonnenkollektoren die Energieversorgung, die dreiachsige Lageregelung eine stabile Ausrichtung auf das Ziel. Die Beweglichkeit auf drei Achsen erlaubt ihnen dabei außerdem eine hohe Flexibilität bei der Zielauswahl.

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