30. April 2015

DLR-Erdbeobachtungskonferenz: Auf Tuchfühlung mit Merlin und Copernicus

Mit TanDEM-X dem Reis beim Wachsen "zuschauen"
Bild 1/3, Credit: DLR.

Mit TanDEM-X dem Reis beim Wachsen "zuschauen"

Weite Reisanbauflächen erstrecken sich in der Region um den Gala See im Südwesten der Türkei. Der deutsche Radarsatellit TanDEM-X liefert so genaue Daten, dass sogar das Wachstum einzelner Reispflanzen ab dem Beginn ihres vegetativen Stadiums über die Reifungsphase bis hin zum Zeitpunkt der Ernte beobachtet werden kann. Die verschiedenenen Farben der Felder im Bild repräsentieren die unterschiedlichen Höhen der Pflanzen. Die gemessene Höhe bewegt sich von einigen wenigen bis zum 20 Zentimetern Höhe. Diese Informationen dienen unter anderem dazu, den Ernteertrag genau vorherzusagen.
Dr. Helmut Staudenrausch
Bild 2/3, Credit: DLR.

Dr. Helmut Staudenrausch

Dr. Helmut Staudenrausch leitet das DLR-Team, das die Internationale Erdbeobachtungskonferenz ISRSE vom 11. bis 15. Mai 2015 in Berlin organisiert. Er ist Fachgruppenleiter in der Abteilung Erdbeobachtung des DLR Raumfahrtmanagements.
Gunter Schreier
Bild 3/3, Credit: DLR.

Gunter Schreier

Gunter Schreier verantwortet die Fachvorträge bei der ISRSE-Konferenz in Berlin. Er ist in der Geschäftsleitung des Deutschen Fernerkundungsdatenzentrums beim DLR in Oberpfaffenhofen tätig.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) veranstaltet vom 11. bis 15. Mai 2015 in Berlin die 36. Internationale Erdbeobachtungskonferenz ISRSE. Erdbeobachtungssatelliten sorgen dafür, Veränderungen unseres Heimatplaneten zu dokumentieren und elementare Informationen über Wetter und Klima, Biodiversität und Ökosysteme, nachhaltige Land- und Forstwirtschaft, Bodenschätze und Ressourcenverbrauch sowie über die Qualität von Wasser oder Luft zu geben. Auch bei Krisen und Naturkatastrophen können die Satellitendaten unterstützen. Eine wichtige Rolle spielen hier die deutschen Radarsatelliten TerraSAR-X und TanDEM-X.

Im April 2014 startete zudem der erste Satellit einer neuen Sentinel-Reihe- der Beginn des Copernicus-Programms der Europäischen Union. Am 12. Juni 2015 soll der zweite Sentinel-Satellit folgen. Copernicus verknüpft das Potenzial der satellitengestützten Erdbeobachtung mit terrestrischen, flugzeuggestützten, maritimen und weiteren Datenquellen. Neben den wissenschaftlichen und institutionellen Interessen nimmt der kommerzielle "Markt" der Erdbeobachtung Fahrt auf.

Diese und viele weitere Aspekte diskutieren rund 750 Teilnehmer aus 65 Ländern bei der ISRSE-Konferenz im Berlin Congress Center (bcc). Die Organisatoren Helmut Staudenrausch und Gunter Schreier geben im folgenden Interview einen Überblick.

Am 25. April 2015 ist Nepal von einem verheerenden Erdbeben erschüttert worden. Welche Rolle spielt die Erdbeobachtung bei der Krisen- und Katastrophenhilfe? Was macht das DLR?

Gunter Schreier: Im Erdbeobachtungszentrum des DLR in Oberpfaffenhofen ist dafür das Zentrum für satellitenbasierte Kriseninformation - kurz ZKI - im Einsatz. Aktuelle Satellitenbilder von Erdbeobachtungsmissionen internationaler Partner, aber vor allem auch die Daten der deutschen Missionen TerraSAR-X und Rapideye werden eingesetzt, um zu sehen, welche Zerstörungen das Erdbeben angerichtet hat und welche Zugangswege und Straßen für die eintreffenden Hilfsorganisationen noch befahrbar sind. Durch eine Messkampagne der Berliner DLR-Kollegen im Himalaya-Gebiet haben wir auch hochaufgelöste Luftbilder von Kathmandu. Diese setzen wir jetzt mit den aktuellen Satellitendaten ein, um einen Vergleich mit der Situation vor dem Erdbeben zu haben. Das ZKI ist dabei sowohl national im Auftrag des Bundesinnenministeriums als auch im europäischen Rahmen im Kriseninformationsdienst von Copernicus eingebunden.

Helmut Staudenrausch: Diese Daten stellt das DLR auch der International Charter on Space and Major Disasters zur Verfügung. Das ist ein weltweiter Verbund von 15 Raumfahrtagenturen, die im Fall von großen Katastrophen ihre Satellitendaten schnell und unbürokratisch anbieten, um aktuelle Lageinformationen für die Behörden und Hilfskräfte vor Ort zur generieren. Die Charter wurde so auch am 25. April kurz nach dem Erdbeben in Nepal von Indien, China und Hilfsorganisationen der Vereinten Nationen um Unterstützung gebeten. Die abzudeckenden Gebiete gehen über Nepal hinaus, auch Nord-Indien und Tibet sind von dem Erdbeben betroffen. Neben direkten Erdbebenschäden an Gebäuden und Infrastrukturen stehen auch Erdrutsche im Fokus der Analysen, die möglicherweise Siedlungen in den Bergen von der Außenwelt abgeschnitten oder direkt getroffen haben könnten.

Was tun Radarsatelliten wie TerraSAR-X und TanDEM-X für das globale Umweltmonitoring? Gibt es vergleichbare Missionen anderer Raumfahrtnationen?

Schreier: Deutschland hat schon seit mehreren Jahren auf die Technologieentwicklung von Radarsatelliten gesetzt, und hier insbesondere auf die "kleinen Radarwellenlängen" mit etwa 3,5 Zentimetern, das so genannte X-Band. Dieses erlaubt ganz bestimme Parameter der Oberfläche der Erde und der Meere zu messen und dies auch - wenn nötig - in einer Auflösung von einem Meter und besser. Mit TerraSAR-X können wir also in ökologische und landschaftsplanerische Bereiche hineinzoomen. Auf diese Radartechnologie setzen auch andere Raumfahrtnationen. Italien betreibt ebenfalls X-Band-Radarsatelliten, während andere Länder - zum Beispiel Kanada, Japan oder Indien - stärker die großflächige Beobachtung mit längeren Radarwellen aus dem C- und dem L-Band verfolgen und entsprechende Satelliten steuern. In Europa ist der erste Satellit aus dem Copernicus-Programm, Sentinel-1, ebenfalls ein Radarsatellit, der global Landoberflächen, Ozeane und Polargebiete beobachtet. Das ist eine Fortführung der erfolgreichen Radarsatelliten ERS und Klimawächter im All: Zehn Jahre SCIAMACHY auf ENVISAT der Europäischen Raumfahrtagentur ESA. Einen technischen Meilenstein hat Deutschland jedoch mit der TanDEM-X-Mission gesetzt, einem Zwillingssatelliten zu TerraSAR-X. Diese doppeläugige Mission erlaubt uns, die gesamte Erde in bislang einzigartiger Qualität und Auflösung dreidimensional zu vermessen. In dieser Technologie sind wir weltweit führend.

Am 12. Juni 2015 soll der zweite Satellit der Sentinel-Reihe aus dem Copernicus-Programm starten. Welche Alleinstellungsmerkmale hat Copernicus und was sind die Ziele?

Staudenrausch: Mit insgesamt sechs Satellitenserien sowie einer bis 2025 stehenden Planung ist Copernicus das weltweit ambitionierteste Erdbeobachtungsprogramm und eine auf Jahrzehnte ausgelegte Weltrauminfrastruktur. Europa - also die ESA und die EU - investiert hier seit 2006 rund 8,1 Milliarden Euro, davon kommen etwa 1,9 Milliarden Euro - das entspricht knapp 25 Prozent - aus Deutschland. Die deutsche Industrie ist unter anderem als Hauptauftragnehmer bei Sentinel-2, -4, -5 und -6 sowie beim Radarinstrument von Sentinel-1 maßgeblich beteiligt. Es geht hier nicht primär um Forschung, sondern um einen konkreten Alltagsnutzen, nach dem Vorbild der täglichen Wettervorhersage. Copernicus unterstützt etwa das Umwelt- und Verkehrsmanagement, Katastrophenvorsorge und -hilfe sowie Energiefragen. Trotz dieses Schwerpunkts werden aber auch Wissenschaft und Wirtschaft die Daten nutzen und profitieren. Denn alle Daten werden kostenfrei abgegeben. Europa trägt mit Copernicus auch zu vielen internationalen Initiativen bei, zum Beispiel zur Global Forest Observation Initiative.

Vor welchen technologischen Trends und kommerziellen Herausforderungen steht die satellitenbasierte Erdbeobachtung?

Schreier: Beim Kongress werden Wissenschaftler, Ingenieure und Start-up Firmen ihre neuesten Ideen und Systeme vorstellen. Interessant wird dabei sicher der Weg zu kleineren Erdbeobachtungssatelliten sein, die in Konstellationen fliegen, um eine höhere Abdeckungsrate der Erde zu gewährleisten. Dies auch verbunden mit einer noch höheren Auflösung und anderen Abbildungsmöglichkeiten, zum Beispiel hochauflösende Videoaufnahmen der Erde aus dem Orbit. Diese enormen Datenmengen müssen alle verarbeitet, analysiert und verteilt werden. Deshalb wird "Big Data" auf der Konferenz ebenfalls ein Thema sein. Die Sentinel-Daten werden den Bedarf an neuen IT-Lösungen für die Datenverarbeitung noch verstärken. Seitens der kommerziellen Anbieter wird man sicher auch neue Geschäftsmodelle vorstellen. Vor allem aber: Wie kann ich sicher, automatisch und nachhaltig aus den vielen digitalen Daten der Erdbeobachtungssatelliten wertvolle Informationen über unsere Umwelt und die zivile Sicherheit gewinnen? Das ist auch ein Kernthema von Copernicus.

Staudenrausch: Weitere Themen sind Lidarsysteme und die Erdbeobachtung mit Hyperspektraltechnologie. Als Lidar bezeichnet man ein System, das Laserlicht aussendet und das Rückstreuungssignal auswertet. Mit hyperspektral ist eine sehr hohe spektrale Auflösung des vom beobachteten Objekt rückgestreuten Sonnenlichts gemeint, in der sehr viel mehr Information über ein Objekt steckt als im Signal eines herkömmlichen optischen Messinstruments. Das DLR stellt zu beiden Themen aktuelle Projekte vor: zum einen die Mission des deutschen Hyperspektralsatelliten EnMAP, der ab 2018 neue Möglichkeiten zur Erfassung von Wasserinhaltsstoffen, des Pflanzenzustands oder verschiedener Minerale an der Erdoberfläche bringen wird. Zum zweiten die deutsch-französische Klimamission Merlin, ein Lidarsatellit, der mithilfe eines Lasers ab 2019 den Methangehalt, das neben Kohlendioxid wichtigste Treibhausgas in der Atmosphäre, messen wird.

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  • Gunter Schreier
    Stellvertreter des Direktors; Geschäftsentwicklung & Copernicus
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
    Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum
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    Münchener Straße 20
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