Herausforderung Satellitenbetrieb: Enger Formationstanz im Polarlicht
22. Juni 2026
Herausforderung Satellitenbetrieb: Enger Formationstanz im Polarlicht
Polarlichter über Berlin
Polarlichter zeugen von geomagnetischen Stürmen, die bei starker Ausprägung auch die Bewegung von Satelliten beeinflussen können. Für das Nationale Raumfahrtkontrollzentrum am DLR hat das Flugdynamik-Team ein Verfahren entwickelt, um Satelliten auch bei extremen geomagnetischen Stürmen störungsfrei betreiben zu können. Das Bild zeigt die leuchtenden Spuren eines schweren Magnetsturms, aufgenommen im Januar 2026 über Berlin.
Seit Juni 2010 umfliegen die deutschen Radarsatelliten TerraSAR-X und TanDEM-X gemeinsam den Erdball. In der Phase des engen Formationsfluges umkreisen sich die beiden Zwillingssateliten dann gegenseitig in einem Helix-Orbit. Der geringste Abstand zueinander beträgt dabei knapp 200 Meter. Mit ihren Radarinstrumenten tasten sie die Erdoberfläche aus verschiedenen Blickwinkeln ab.
Schwere geomagnetische Stürme können die Flugbewegung von Satelliten beeinflussen. Für den Betrieb der Mission TanDEM-X ist das aufgrund des engen Formationsflugs der Zwillingssateliten eine besondere Herausforderung.
Die DLR-Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining hat ein neues Verfahren entwickelt und erfolgreich umgesetzt, das den Satellitenbetrieb auch bei extremen Magnetstürmen gewährleistet.
Die neuen Erkenntnisse stießen auf dem internationalen Symposium für Raumflugdynamik ISSFD 2026 auf großes Interesse.
Schwerpunkte: Raumfahrt
Polarlichter sind die sichtbaren Spuren von geomagnetischen Stürmen, wenn starke Sonnenwinde vom Erdmagnetfeld abgelenkt werden und auf die Atmosphäre treffen. Schwere Magnetstürme sorgen jedoch nicht nur für spektakuläre Leuchterscheinungen am Himmel – sie können auch die Flugbewegung von Satelliten beeinflussen. Dies zeigte sich im Jahr 2024 beim Betrieb der deutschen Radarsatelliten TerraSAR-X und TanDEM-X. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelte daraufhin ein Verfahren, um einen reibungslosen Satellitenbetrieb auch bei extremen geomagnetischen Stürmen zu gewährleisten. Die DLR-Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining hat ihre Erkenntnisse und die erfolgreiche Umsetzung vor kurzem auf dem internationalen Symposium für Raumflugdynamik ISSFD 2026 in Toulouse vorgestellt.
Schwere bis extreme geomagnetische Stürme führten im März und Mai 2024 erstmals zu Beeinträchtigungen des Betriebs der Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X. Die Zwillingssatelliten bewegten sich außerhalb ihres synchronen Flugradius. Der Formationsflug wie auch die Satelliten selbst waren zu keiner Zeit gefährdet. Doch aufgrund der Bahnabweichungen schlug die Synchronisation der Radarinstrumente fehl, sodass sie keine Aufnahmen der Erdoberfläche mehr lieferten. Das Nationale Raumfahrtkontrollzentrum nahm umgehend die notwendigen Bahnkorrekturen vor und das Flugdynamik-Team begann mit der systematischen Untersuchung der Vorfälle. Schnell wurde klar, dass sie genauere Vorhersagen des Weltraumwetters und insbesondere geomagnetischer Stürme benötigten, um präzisere Bahnvorhersagen für die Planung des Satellitenbetriebs treffen zu können.
Einfluss auf den Satellitenflug
TerraSAR-X und TanDEM-X umkreisen die Erde auf einem geostationären Orbit in 505 Kilometer Höhe. Die Dichte der oberen Atmosphäre ist mit einem Gramm Masse pro Kubikkilometer dort sehr gering. Während eines geomagnetischen Sturms kann diese Dichte um das Zehnfache zunehmen, sodass sie bis zu zehn Gramm Masse pro Kubikkilometer aufweist. Das beeinflusst den atmosphärischen Widerstand – vergleichbar mit dem Fahrtwind beim Autofahren – durch den die Satelliten Höhe verlieren und der für die Bahnplanung regulär berücksichtigt wird.
Während der starken Sonnenaktivitäten im Jahr 2024, die deutschlandweit zu außergewöhnlichen Polarlicht-Sichtungen führten, stießen die bewährten Berechnungsmodelle erstmals an ihre Grenzen. Geomagnetische Stürme treten üblicherweise im Maximum eines Sonnenzyklus auf, der rund elf Jahre durchläuft. Wann es jedoch genau zu einem geomagnetischen Sturm kommt, für wie lange und in welcher Intensität, ist schwer vorherzusagen.
Die Schwankungen der atmosphärischen Dichte beeinflusst den Betrieb der Zwillingssatelliten in besonderem Maße, da TerraSAR-X in einer engen Helix-Formation von TanDEM-X umflogen wird. Dabei nähern sich die beiden Satelliten auf bis zu 200 Meter an. Für die gemeinsamen Radaraufnahmen müssen sie außerdem auf bestimmte Weise zueinander ausgerichtet sein. Die Synchronisation der beiden Satelliten - und infolge dessen auch die Radaraufnahmen - wurden damals durch die geomagnetischen Stürmen gestört.
Update für zuverlässigen Betrieb
Für eine langfristige Lösung analysierte das Flugdynamik-Team der DLR-Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining die geomagnetischen Stürme der vergangenen Jahre sowie deren Einfluss auf die Satellitenbewegungen und verglich dazu verschiedene Modellsimulationen der Atmosphäre. Zusätzlich kombinierten sie diese mit unterschiedlichen Weltraumwetter-Vorhersagen und Daten aus der TanDEM-X-Mission. Für die Bahnplanung der Zwillingssatelliten kristallisierte sich schließlich eine Kombination von insgesamt drei Vorhersagemodellen zu Weltraumwetter und Atmosphärendichte als beste Lösung heraus.
Die Forschenden entwickelten daraus Verfahren zur Bahnbestimmung, -vorhersage und -kontrolle der Satelliten sowie zum Monitoring und zur Steuerung des synchronen Formationsflugs. Im April 2025 wurde die gesamte Flugdynamik-Prozessierungskette von TanDEM-X darauf umgestellt. Das Upgrade sichert seither den Missionsbetrieb auch bei herausforderndem Weltraumwetter: Die schweren geomagnetischen Stürme im November 2025 sowie zuletzt im Januar und Februar 2026 wurden für die Mission korrekt vorhergesagt. Die Radarsatelliten konnte ohne Einschränkungen weiter betrieben werden und erstellten ihre Aufnahmen nach Plan.
Polarlichtern kann das Missionsteam seither gelassener entgegensehen. Der Satellitenbetrieb bleibt jedoch immer eine Herausforderung, sodass die Flugdynamikerinnen und Flugdynamiker ihre Forschungsarbeiten zum Thema Weltraumwetter weiter fortsetzen werden. Die Ergebnisse sind außerdem für den Betrieb anderer Satelliten in ähnlichen Orbits wertvoll. Auf der ISSFD 2026 stießen die neuen Erkenntnisse der DLR-Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining nun auf großes internationales Interesse.
