14. Juni 2022
Radardaten für die Fernerkundung

15 Jah­re im All und fit wie beim Start – der deut­sche Ra­dar­sa­tel­lit Ter­ra­SAR-X

15 Jahre - Happy Birthday TerraSAR-X
15 Jah­re - Hap­py Bir­th­day Ter­ra­SAR-X!
Bild 1/7, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

15 Jahre - Happy Birthday TerraSAR-X!

Das Radar­bild zeigt den DLR-Stand­ort Ober­pfaf­fen­ho­fen, das der Sa­tel­lit Ter­ra­SAR-X zu sei­nem 15. Be­triebs­ju­bi­lä­um im All auf­ge­nom­men hat. Zur Er­in­ne­rung an die­sen be­son­de­ren Tag wur­den ins­ge­samt 18 Re­flek­to­ren, wie sie zur Ka­li­brie­rung des Ra­dar­in­stru­ments ver­wen­det wer­den, so auf­ge­stellt, dass sich die Zahl Fünf­zehn er­gibt. Je­der ein­zel­ne Re­flek­tor ist deut­lich als hel­ler Punkt bzw. als Kreuz im Bild zu se­hen.
Die Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X im Formationsflug
Die Sa­tel­li­ten Ter­ra­SAR-X und Tan­DEM-X im For­ma­ti­ons­flug
Bild 2/7, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Die Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X im Formationsflug

Die Sa­tel­li­ten­zwil­lin­ge im For­ma­ti­ons­flug auf ih­rer po­la­ren Um­lauf­bahn um die Er­de. Ter­ra­SAR-X star­te­te am 15. Ju­ni 2007, Tan­DEM-X folgt ihm seit dem 21. Ju­ni 2010. Bei­de Ra­dar­sa­tel­li­ten lie­fern Bil­der mit dem Ver­fah­ren des Syn­the­tic Aper­ture Ra­dar, als auch in­ter­fe­ro­me­tri­sche Ra­dar­auf­nah­men zur drei­di­men­sio­na­len Ab­bil­dung der Erd­ober­flä­che.
Das gezeigte Bild entstand aus einer Zeitserie von 60 TerraSAR-X-Aufnahmen, die sich über einen Zeitraum von drei Jahren erstreckt. Mittels der Software RADIAN des DLR wurden die Aufnahmen zu einem Falschfarbenbild verarbeitet.
Die In­nen­stadt von Mün­chen
Bild 3/7, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Die Innenstadt von München

Das ge­zeig­te Bild ent­stand aus ei­ner Zeitse­rie von 60 Ter­ra­SAR-X-Auf­nah­men, die sich über ei­nen Zeit­raum von drei Jah­ren er­streckt. Mit­tels der Soft­ware RA­DI­AN des DLR wur­den die Auf­nah­men zu ei­nem Falsch­far­ben­bild ver­ar­bei­tet. In Rot dar­ge­stellt sind Struk­tu­ren, die sich in die­sem Zeit­raum ver­än­dert ha­ben. Die Ve­ge­ta­ti­on ist grün ein­ge­färbt und sta­ti­sche Struk­tu­ren wer­den blau wie­der­ge­ge­ben.
Zu se­hen ist die In­nen­stadt von Mün­chen mit dem Ma­ri­en­platz im Zen­trum, um­ge­ben vom Alt­stadt­ring, der der ehe­ma­li­gen zwei­ten Stadt­mau­er folgt. Links da­von der Hof­gar­ten und der Eng­li­sche Gar­ten, dar­un­ter die Isar mit dem Deut­schen Mu­se­um auf der Mu­se­ums­in­sel und dem Eu­ro­päi­schen Pa­tent­amt ge­gen­über, zu se­hen als hel­le kreuz­för­mi­ge Struk­tur. Oben im Bild be­fin­det sich die The­re­si­en­wie­se, auf der das Früh­lings­fest und das Ok­to­ber­fest statt­fin­den, rechts da­von der Haupt­bahn­hof mit den Gleis­an­la­gen.
Im Südosten des Irans liegt das Zāgros-Gebirge, einer der wenigen Orte auf dem Planeten, an dem Steinsalz an der Erdoberfläche vorkommt.
Kar­mo­staj, Iran: „Glet­scher“ aus Salz
Bild 4/7, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Karmostaj, Iran: „Gletscher“ aus Salz

Im Süd­os­ten des Irans liegt das Zā­gros-Ge­bir­ge, ei­ner der we­ni­gen Or­te auf dem Pla­ne­ten, an dem Stein­salz an der Erd­ober­flä­che vor­kommt. Durch die tek­to­ni­schen Span­nungs­ver­hält­nis­se zwi­schen der Eu­ra­si­schen und Ara­bi­schen Plat­te, wer­den Salz­stö­cke re­ak­ti­viert, das plas­tisch ver­form­ba­re Salz er­reicht die Ober­flä­che und fließt Glet­schern ähn­lich die Hän­ge tal­ab­wärts. Die tek­to­ni­schen Be­we­gun­gen und die Ver­än­de­run­gen der Salz­glet­scher wer­den an­hand von Da­ten aus der Ter­ra­SAR-X Missi­on, zu­sam­men vom In­sti­tut für Me­tho­dik der Fer­ner­kun­dung und dem Lehr­stuhl für Geo­lo­gie der LMU Mün­chen, ge­mes­sen und aus­ge­wer­tet. Die­se Auf­nah­me zei­gen die Struk­tu­ren des Salz­ge­steins, das die Ober­flä­che er­reicht hat.
Das Bild zeigt die Einfahrt in den Panamakanal bei Panama City, also seitens des Südpazifiks.
Stau vor dem Pa­na­ma­ka­nal
Bild 5/7, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Stau vor dem Panamakanal

Das Bild zeigt die Ein­fahrt in den Pa­na­ma­ka­nal bei Pa­na­ma Ci­ty, al­so sei­tens des Süd­pa­zi­fiks. Die zahl­rei­chen Schif­fe, die auf die Durch­fahrt war­ten und sich lang­sam in die Schlan­ge der war­ten­den Schif­fe ein­fä­deln, sind gut zu er­ken­nen. Der ver­grö­ßer­te Bild­aus­schnitt 1 zeigt ein Schiff bei der Durch­fahrt durch den Ka­nal. Bild­aus­schnitt 2 ist ein Zoom zu den Co­colí-Schleu­sen mit sei­nen drei hin­ter­ein­an­der lie­gen­den Schleu­sen­kam­mern et­was nörd­lich der Ha­fen­an­la­gen von Bal­boa. Bild­aus­schnitt 3 zeigt die Is­la de Ta­bo­ga (links), Is­la Urabá (un­ten Mit­te) und Is­la Ta­bo­guil­la (rechts) so­wie ei­ni­ge Schif­fe, die vor An­ker lie­gen.Die zahl­rei­chen Schif­fe, die Con­tai­ner und Krä­ne im Ha­fen re­flek­tie­ren das Ra­dar­si­gnal be­son­ders gut und er­schei­nen im Bild als hel­le Struk­tu­ren.
Die Auf­nah­me wur­de in ei­nem der­zeit noch ex­pe­ri­men­tel­len Mo­dus, dem Wi­de Strip­map Mo­de auf­ge­nom­men, der ei­nen gu­ten Kom­pro­miss zwi­schen großer Strei­fen­brei­te und ho­her Auf­lö­sung er­laubt. Die ge­zeig­te Sze­ne hat ei­ne Län­ge von 100 Ki­lo­me­ter und ei­ne Brei­te von 43 Ki­lo­me­ter bei ei­ner Auf­lö­sung von 6 Me­tern.
Die Bilder zeigen ein Gebiet im brasilianischen Bundesstaat Rondônia, die der globalen TanDEM-X-Waldkarte des DLR entnommen wurden.
Ent­wal­dung im Ama­zo­nas
Bild 6/7, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Entwaldung im Amazonas

Die Ab­schät­zung und das Mo­ni­to­ring von Waldres­sour­cen ist ei­ne zen­tra­le Auf­ga­be von ge­gen­wär­ti­gen und kom­men­den Ra­dar­sa­tel­li­ten­mis­sio­nen.
Die Bil­der zei­gen ein Ge­biet im bra­si­lia­ni­schen Bun­des­staat Ron­dô­nia, die der glo­ba­len Tan­DEM-X-Wald­kar­te des DLR ent­nom­men wur­den.
Links ist das „klas­si­sche“ Am­pli­tu­den­bild zu se­hen, wie es von Ter­ra­SAR-X al­lein ge­ne­riert wur­de. Die ge­rin­gen Kon­trast­un­ter­schie­de ma­chen es schwer be­wal­de­te Flä­chen zu er­ken­nen, wenn man nur ein Grau­wert­bild vor sich hat.
Das än­dert sich, wenn man zu­sätz­li­che In­for­ma­tio­nen zur Ver­fü­gung hat, wie sie durch den Zwil­lings­sa­tel­li­ten Tan­DEM-X be­reit­ge­stellt und bei der Be­rech­nung der Wald­kar­te ein­be­zo­gen wer­den. Das Er­geb­nis sieht man im rech­ten Bild: Die be­wal­de­ten Flä­chen in Grün und ge­ro­de­te Flä­chen in Weiß sind klar von­ein­an­der zu un­ter­schei­den. Mit zwei Ra­dar­au­gen sieht man ein­fach mehr als nur mit ei­nem.
Im spe­zi­el­len Fall wur­den in­ter­fe­ro­me­tri­sche Da­ten ge­nutzt, die für das glo­ba­le Hö­hen­mo­dell der deut­schen Ra­dar­sa­tel­li­ten­mis­si­on Tan­DEM-X auf­ge­nom­men wur­den, und Al­go­rith­men aus dem Be­reich der künst­li­chen In­tel­li­genz zur glo­ba­len Da­ten­ver­ar­bei­tung an­ge­wen­det.
Das Bild zeigt einen Teil der Queen Elizabeth Range im Transantarktischen Gebirge vom Oktober 2021.
Ant­ark­tis: Eis­dy­na­mik und Mas­sen­ver­lust am Ekb­lad Glet­scher
Bild 7/7, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Antarktis: Eisdynamik und Massenverlust am Ekblad Gletscher

Das Bild zeigt ei­nen Teil der Queen Eli­z­abeth Ran­ge im Tran­sant­ark­ti­schen Ge­bir­ge vom Ok­to­ber 2021. In der Bild­mit­te ist der Ekb­lad Glet­scher zu se­hen, der in das Ross Schel­f­eis fließt. Der schö­ne gol­de­ne Bo­gen rechts zeigt Glet­scher­spal­ten um Ca­pe Mau­de.
Ter­ra­SAR-X lie­fert In­for­ma­tio­nen über die Ober­flä­chen­struk­tur der Glet­scher und die Eis­dy­na­mik und aus dem Ver­gleich von wie­der­hol­ten Auf­nah­men de­ren Än­de­run­gen. Dar­aus kön­nen Aus­sa­gen über die Fließ­ge­schwin­dig­keit und den Mas­sen­trans­port im ge­macht wer­den, aber auch zum Schmel­zen von Glet­schern und dem da­mit ver­bun­de­nen Mas­sen­ver­lust.
  • Der deutsche Radarsatellit TerraSAR-X feiert am 15. Juni 2022 sein 15-jähriges Jubiläum.
  • TerraSAR-X erlaubt es Forschenden, Veränderungen der Erde zu dokumentieren, besser zu verstehen und geeignete Maßnahmen abzuleiten.
  • TerraSAR-X dient zwei Missionen – der Mission TerraSAR-X sowie der Mission TanDEM-X für die dreidimensionale Kartierung der Erdoberfläche.
  • Expertinnen und Experten arbeiten bereits an der nächsten Generation von Radarsatelliten für Klimaforschung und Umweltbeobachtung: Tandem-L.
  • Schwerpunkte: Raumfahrt, Erdbeobachtung, Radartechnologie, Globaler Wandel

15 Jahre – wer hätte das gedacht! Der deutsche Radarsatellit TerraSAR-X war für eine Lebensdauer von fünfeinhalb Jahren ausgelegt, bis Ende 2012, als er am 15. Juni 2007 um 8:14 Uhr Ortszeit vom Kosmodrom Baikonur in Kasachstan startete. Seitdem liefert er unabhängig von Wetterbedingungen, Wolkenbedeckung und Tageslicht, Daten mit herausragender Qualität. Die wissenschaftliche Mission TerraSAR-X sowie der Satellit werden vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) betrieben.

Das Geburtstagskind hat die Erde bisher 83.050 Mal umkreist und dabei rund 3,59 Milliarden Kilometer zurückgelegt. Eine enorme Strecke. Würde sich der Satellit geradlinig von der Erde entfernen, hätte er Ende 2018 die Bahn des Uranus gekreuzt und befände sich jetzt etwa in der Mitte zwischen den Bahnen von Uranus und Neptun. Mit seinen stolzen 15 Jahren ist TerraSAR-X dabei fit wie am ersten Tag.

Dank seines robusten Designs, bei gleichzeitig höchster Messgenauigkeit und -stabilität, gewinnen wir bis heute Radarbilder, die die Missionsanforderungen noch immer weit übertreffen. Der hochauflösende und kontinuierliche Blick von TerraSAR-X erlaubt es Forscherinnen und Forschern weltweit, die Veränderungen unseres Planeten zu dokumentieren und besser zu verstehen. So lässt sich auch frühzeitig zu erkennen, wo irreversible Schäden entstehen und Eingriffe notwendig sind. Die Daten sind somit auch essenzielle Grundlage für die Entwicklung von Maßnahmen auf politischer und gesellschaftlicher Ebene.

Datenschatz und Forschungsobjekt

In seinem Leben hat TerraSAR-X über 400.000 Radaraufnahmen ausgeführt und dabei eine Datenmenge von 1,34 Petabyte gesammelt. Dies entspricht 1.340.000 Gigabyte oder dem Streaming von rund 270.000 hochaufgelösten Spielfilmen, die dann etwa 60 Jahre lang durchlaufen würden. Das Vermächtnis des Satelliten wird mit jedem Tag umfangreicher, wertvoller und dabei ausgiebig genutzt: Über 1.100 Projektleitende aus 64 Ländern rufen die Daten ab und bearbeiten sie im Rahmen von derzeit 1.875 Forschungsprojekten. Das Anwendungsspektrum umfasst nicht nur sämtliche Geowissenschaften, wie etwa die Geologie, Glaziologie, Ozeanographie, Meteorologie oder Hydrologie. Die Radardaten sind auch essenziell für die Umweltforschung, Landnutzung, Vegetationsüberwachung sowie Stadt- und Infrastrukturplanung. Aber auch die Kartografie, Navigation, Logistik, Krisenmanagement sowie Verteidigung und Sicherheit setzen auf TerraSAR-X Daten.

Auch der Satellit selbst ist Gegenstand von Forschung und Entwicklung, vor allem auf dem Gebiet der Radartechnik. Das Radarsystem mit seiner flexiblen Auslegung lässt es zu, dass nachträglich mit neuen Abbildungsmodi experimentiert werden kann. Dazu gehören etwa ein „Superweitwinkel-“ und ein „Super-Zoom“-Modus, ähnlich wie bei einer Kamera mit unterschiedlichen Objektiven. Die korrekten Fachbegriffe sind „WideScanSAR“ und „Staring Spotlight Mode“, die im Laufe der Mission implementiert und den Nutzern zur Verfügung gestellt wurden. Es werden auch weiterhin Radarexperimente durchgeführt, um neue Methoden zu erproben, die möglicherweise bei künftigen Radarmissionen eingesetzt werden.

Dritte Dimension mit TanDEM-X

Seit dem 21. Juni 2010 wird TerraSAR-X vom nahezu baugleichen Satelliten TanDEM-X begleitet. TanDEM-X und TerraSAR-X formen seitdem das erste konfigurierbare SAR-Interferometer (Synthetisches Apertur Radar) im Weltall und erfassen präzise Höheninformationen für digitale Höhenmodelle. Das heißt, TerraSAR-X dient nunmehr zwei Missionen – nach wie vor der ursprünglichen TerraSAR-X-Mission und zusätzlich der TanDEM-X-Mission für die dreidimensionale Kartierung der Erdoberfläche.

Trotz seiner beispiellosen Vitalität wird TerraSAR-X seine Aufgaben eines Tages nicht mehr erfüllen können – spätestens, wenn unwiederbringliche Ressourcen wie Treibstoff und Batteriekapazität zur Neige gehen. Kommt es zu keinen außergewöhnlichen Zwischenfällen, könnte TerraSAR-X somit noch bis Ende dieses Jahrzehnts im Einsatz bleiben.

Umweltbeobachtung der Zukunft: Tandem-L

Mit den Satellitenmissionen TerraSAR-X und TanDEM-X hat das DLR neue Standards in der Radarfernerkundung gesetzt. Die Expertinnen und Experten arbeiten daher bereits an der nächsten Generation von Radarsatelliten für Klimaforschung und Umweltbeobachtung: Tandem-L, ein Vorschlag für eine hochinnovative Radarsatellitenmission. Deutschland könnte damit ein Instrument zur objektiven Erfassung unserer Umwelt und Beobachtung von Umweltveränderungen international bereitstellen. Ziel ist es, dringend benötigte Informationen zur Lösung hochaktueller Fragestellungen zu liefern. So fordert etwa der aktuelle Bericht des Weltklimarats IPCC eindringlich die Entwicklung von Klimaschutzmaßnahmen und die Überprüfung der getroffenen Maßnahmen in globalem Maßstab.

Mit Tandem-L wäre die Erfassung einer Vielzahl dynamischer Prozesse in der Bio-, Geo-, Kryo- sowie Hydrosphäre in einer bisher nicht erreichten Qualität und Auflösung möglich. Die neue Satellitenkonstellation könnte im Wochenrhythmus eine aktuelle Abbildung der gesamten Landmasse der Erde in 3D liefern. Dabei könnten sieben sogenannte essenzielle Klimavariablen gleichzeitig gemessen werden. Tandem-L würde somit maßgeblich zum besseren Verständnis von Prozessen beitragen, die heute als Treiber der lokalen und globalen Klimaänderung gesehen werden.

Über die Mission

Das DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme sowie das DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung und die DLR-Einrichtungen Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum und Deutsches Raumfahrtkontrollzentrum bilden gemeinsam ein "Center of Excellence" für Radarmissionen. Die beteiligten Institute decken alle Bereiche der TerraSAR-X- und TanDEM-X-Missionen ab – von der Sensortechnik und Missionsauslegung, Missionsbetrieb über die hochgenaue operationelle Prozessierung bis hin zu den veredelten Nutzerprodukten. Gemeinsam sind diese Institute und Einrichtungen zuständig für den Aufbau und Betrieb des Bodensegmentes sowie die Koordination der wissenschaftlichen Nutzung.

Die Mission TerraSAR-X wurde im Auftrag des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz realisiert. Es ist der erste deutsche Satellit, der im Rahmen einer so genannten Public Private Partnership (PPP) zwischen dem DLR und der Airbus Defence and Space GmbH (vormals Astrium) realisiert wurde. Die Airbus Defence and Space GmbH beteiligte sich an den Kosten für Entwicklung, Bau und Einsatz des Satelliten. Die Programmlinie "Geo-Intelligence" bei Airbus D&S (vormals Infoterra GmbH), übernimmt die kommerzielle Vermarktung der Daten. Seit 2016 wird das Projekt im Rahmen einer Fortsetzungsvereinbarung mit Airbus weitergeführt.

Kontakt
  • Bernadette Jung
    Kom­mu­ni­ka­ti­on Ober­pfaf­fen­ho­fen, Weil­heim, Augs­burg
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)

    Kom­mu­ni­ka­ti­on und Pres­se
    Telefon: +49 8153 28-2251
    Münchener Straße 20
    82234 Weßling
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  • Dr.-Ing. Stefan Buckreuß

    In­sti­tut für Hoch­fre­quenz­tech­nik und Ra­dar­sys­te­me
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