30. Oktober 2020

Entstehung und Aufbau der German Processing and Archiving Facility (D-PAF) für die ESA-Mission ERS-1

von Dipl.-Ing. Jörg Gredel, Abteilungsleiter Informationssysteme im DFD bis 1998, anschließend Leiter Strategische Planung und Ressourcen im DFD und im EOC bis Dezember 2002

Dipl. Ing. Jörg Gredel

Winfried Markwitz hat in seiner Rückschau bereits die wesentlichen Ereignisse, die der Gründung des DFD vorausgingen, prägnant beschrieben. Die Lektüre seines Rückblicks weckte viele Erinnerungen in mir, da Winfried Markwitz von 1967 bis zu seiner Verabschiedung im September 1996 mein direkter Vorgesetzter war.

Der Aufbau und schließlich der erfolgreiche Betrieb der German Processing and Archiving Facility (D-PAF) für ERS-1 hatten insgesamt einen wesentlichen Einfluss auf die positive Entwicklung der Angewandte Datentechnik (WT-DA) hin zum Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) und war prägender Schwerpunkt meiner Tätigkeit im DFD in den späten 1980er- und 1990er Jahren. Zunächst aber ein kurzer Blick zurück auf die Wurzeln der Entwicklung:

Seit 1976 waren wir – damals noch im GSOC – gegenüber der ESA im Rahmen des Earthnet Programmes als National Point of Contact (NPOC) für Third Party Missionen (Landsat, SeaSat, etc.) etabliert. Als Leiter der damaligen Abteilung Bildverarbeitung hielt ich die Verarbeitung der Daten eines der ersten satellitengetragenen Synthetic Aperture Radars (SAR) der SeaSat Mission für außerordentlich zukunftsträchtig und hatte dabei auch die volle Unterstützung durch Winfried Markwitz. Die Teilnahme an dieser Mission sollte unseren Einstieg in die Thematik der SAR-Datenverarbeitung ebnen, durch „Learning by Doing“. Dieses Thema war deswegen bedeutsam, weil es sich abzeichnete, dass es in den 1980er Jahren mehrere Flugzeug- und satellitengestützte SAR-Sensoren geben würde, darunter auch im Rahmen europäischer Vorhaben.

Die von der kanadischen Firma MDA im Auftrag des Canada Center for Remote Sensing (CCRS) entwickelte Software zur Prozessierung der Daten wurde von der ESA beschafft und auch bei uns auf einer identischen Rechnerkonfiguration installiert. Ab 1979 haben wir damit im Auftrag der ESA die in Oakhanger (UK) empfangenen und dort aufgezeichneten Daten des SeaSat L-Band SAR-Sensors verarbeitet. Auf Grundlage der Betriebserfahrung mit diesem SAR-Prozessor haben wir schließlich entschieden, eine deutlich flexiblere Software entwickeln zu lassen. In Abstimmung mit der ESA haben DFVLR und CCRS dann gemeinsam einen Auftrag an MDA zur Entwicklung des Generalized SAR Processor GSAR erteilt. Nach dessen Fertigstellung 1982 wurde GSAR zur Verarbeitung der SeaSat SAR-Daten und später auch zur Verarbeitung der Daten der Europäischen SAR-580 Kampagne eingesetzt. Dabei handelte es sich um ein gemeinsam von der ESA und dem Joint Research Center JRC organisiertes Befliegungsprogramm mit einer kanadischen Convair 580, die unter anderem mit einem Mehrfrequenz SAR-Sensor im L-C-X-Band ausgerüstet war.

Die alten Haudegen

Mit der gewonnenen Erfahrung für das SeaSat L-Band SAR und für das L-C-X Band SAR-580 wurden wir Anfang 1983 von der ESA auch beauftragt, eine Studie zum Thema „Performance Prediction of an Enhanced GSAR-Processor in View of ERS-1“ durchzuführen. Die Studienleitung lag in den Händen von Livio Marelli (ESA-ESRIN) und J.P. Guignard (ESA/ESTEC). Unser Studienteam bestand aus J. Gredel, H. Schröter W. Noack, H. Runge.

und die jungen Wilden

Die Ergebnisse dieser Studie, die im Mai 1984 in einem Abschlussbericht zusammengefasst wurden, waren so vielversprechend, dass unsere internen Planungen für eine Beteiligung an der ERS-1 Mission von Winfried Markwitz und mir energisch vorangetrieben wurden.

Als Ende 1984 die ERS-1 Nutzlast vorläufig definiert war, startete die ESA die Phase C/D für die gesamte ERS-1 Mission (Satellit und Bodensegment). Im Bodensegment waren neben den zentralen Einrichtungen der ESA (ESOC in Darmstadt und EECF in Frascati) Schnittstellen zu allen Empfangsstationen und zu vier Processing and Archiving Facilities in Italien, England, Frankreich und Deutschland vorgesehen. Aufgrund der Interessenlage in Deutschland wurde zwischen DFD und dem damaligen Deutschen Geodätischen Forschungsinstitut DGFI (Chef war Christoph Reigber) eine enge Zusammenarbeit vereinbart. Im Auftrag der ESA wurde gemeinsam eine Phase-B Studie mit dem Titel "The German Processing and Archiving Facility for ERS-1" durchgeführt. Das ESA Technical Management lag bei Livio Marelli und Maurizio Fea. In Deutschland lag die Studienleitung in meinen Händen sowie bei Christoph Reigber. Die Studienergebnisse wurden in 30 Technical Notes dokumentiert und in einem Abschlussbericht vom Mai 1987 zusammengefasst. Fast 30 Mitarbeiter, überwiegend aus dem DFD und dem DGFI, aber auch mit Beiträgen des INS/Stuttgart und des IPI/Hannover sowie der Firma Klein und Steckl haben Studienbeiträge geliefert. Daraus wurde schließlich der Projektplan für die Phasen C/D "The German PAF for ERS-1 / Project Plan for Phase C/D" abgeleitet und im Dezember 1987 der ESA übergeben. Darin war glaubwürdig dargestellt, dass das D-PAF rechtzeitig vor dem Start mit vollem Funktionsumfang fertiggestellt sein würde.

Die Finanzierung des D-PAF erfolgte in der Aufbauphase überwiegend aus nationalen bzw. programmatischen Mitteln mit ca. 15% Beteiligung der ESA. Heißt, die ESA-Mission wurde in den DLR-Instituten mit programmatischem Geld vorangetrieben. Nur der sich anschließende D-PAF Betrieb sollte im Auftrag der ESA finanziert werden. Die D-PAF Acceptance Review durch ESA fand am 10. April 1991 im DFD statt. Ein wichtiges Etappenziel war für uns erreicht, und in einer kleinen Feier mit Ansprache habe ich das gegenüber ESA abschließend auch so zum Ausdruck gebracht: „The D-PAF is not operational, but it is ready for operations“

Das Blockschaltbild vom Juli 1993 zeigt die Konfiguration des D-PAF für den operationellen Betrieb von ERS-1. Dieses Bild sagt mehr als 1000 Worte, die ich mir dadurch jetzt sparen kann. Es verdeutlicht auch, dass alle Abteilungen des DFD in der Aufbauphase an diesem Projekt beteiligt waren. Hervorzuheben ist in diesem Zusammenhang, dass etwa zeitgleich zum D-PAF von der Abteilung Satellitendatenakquisition DFD-SN, geleitet von Klaus Reiniger, in Zusammenarbeit mit Industrie, AWI und BKG der Aufbau und der Betrieb einer Empfangsstation in der Antarktis vorbereitet wurde: Die German Antarctic Receiving Station, kurz GARS O’Higgins. (Link: „Die deutsche Antarktis-Empfangsstation GARS O’Higgins“)

Wenige Tage nach dem ERS-1 Start am 17. Juli 1991 begann der Betrieb des D-PAF und schon Anfang Oktober 1991 wurden die ersten SAR-Daten in O’Higgins empfangen und aufgezeichnet. Im August 1991 hatte die Pressestelle des Vorstands anlässlich eines Besuchs von Bundeforschungsminister Riesenhuber (rechts) um eine Präsentation der Aktivitäten für ERS-1 gebeten. Diesen Termin habe ich in Vertretung für Winfried Markwitz wahrgenommen.

Zusammen mit Maurizio Fea (bei ESA-ESRIN für das D-PAF zuständig; links) erläuterte ich die Aufgaben des DFD für ERS-1 und überreichte als Präsent ein ERS-1 SAR-Bild von der Küste Schottlands.

Hier endet meine Geschichte zu den Anfängen des DFD im europäischen Erdbeobachtungssatellitenprogramm. Aber es ist der Beginn einer großartigen Erfolgsgeschichte, die auf der Systemseite vom D-PAF über das D-PAC (für Envisat) und organisatorisch vom DFD über das Instituts-Cluster Angewandte Erdbeobachtung (C-AF) zum heutigen Earth Observation Center EOC führt.

Am 13. Juli 1993 schrieb F. Roscian / ESRIN ein Fax an das ERS-1Team / J. Gredel:

Fax von F. Roscian / ESRIN

“At the occasion of your internal celebration and on behalf of ESA I would like to congratulate you and your team for the high degree of professionality achieved in the ERS-1 operations. The end of the latest 14 months contract, in fact, has been reached the 30 June 1993 with the fulfillment of all contractual production figures.

I would like also to recall DLR and GFZ teams that ERS-1 has recently successfully passed the first 10000 revolutions around earth, that ERS-2 will be launched on schedule and that therefore a number of years of further fruitful cooperation are in front of us.”

Unsere engagierte Zusammenarbeit mit der ESA hat eine ganz wichtige Zukunftsperspektive  im Europäischen Rahmen erhalten.

Das Blockschaltbild (Stand Juli 1993) wurde der D-PAF Broschüre entnommen.

Ein spätes Highlight für mich war, dass ich 20 Jahre nach dem Start von ERS-1 eine Einladung zu einem Workshop in Frascati mit dem Titel „Best of ERS: 20 years of observing Earth“ erhielt. Diesen Termin konnte ich aufgrund meiner freiberuflichen Tätigkeit für das EOC in Begleitung zweier ehemaligen Mitarbeiter und Kollegen wahrnehmen.

Dipl. Ing. Jörg GredelDas Blockschaltbild (Stand Juli 1993) wurde der D-PAF Broschüre entnommen.