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Präzise 3D-Karte der Erde
Redaktion
/ Pressemitteilung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt
astronews.com
21. Mai 2014
Seit 2010 kreisen zwei deutsche Radarsatelliten in Formation
um die Erde, um auf diese Weise die Oberfläche unseres Heimatplaneten äußerst
präzise zu vermessen. Mithilfe der Daten soll ein neues Höhenmodell für ganz
unterschiedliche Anwendungen erstellt werden. Jetzt hat das DLR die ersten
Beispiele veröffentlicht.
Höhenmodelle der Vulkane auf der russischen
Kamtschatka-Halbinsel.
Bild: DLR [Großansicht] |
Das ehrgeizige Projekt nahm am 21. Juni 2010 seinen Anfang - damals startete
der Radarsatellit TanDEM-X ins All, um zu seinem Zwillingssatelliten TerraSAR-X
aufzuschließen. Seitdem kreisen die beiden deutschen Satelliten in einem
ausgeklügelten Formationsflug um die Erde und vermessen deren Oberfläche. Jetzt
stellt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) die ersten
Höhenmodelle der neuen globalen Topographie für die wissenschaftliche Nutzung
zur Verfügung.
Australische Schluchten im Nationalpark Flinders Ranges, kanadische
Inselwelten oder auch die zerklüftete Vulkanlandschaft der russischen
Kamtschatka-Halbinsel werden dabei 30-mal genauer dargestellt als bisher. Mehr
als 800 Wissenschaftler aus 31 Ländern haben sich bereits angemeldet, um mit
diesen hochgenauen Höhenmodellen zu arbeiten. Das vollständige und einheitliche
Geländemodell soll Ende 2015 zur Verfügung stehen.
800 Millionen Kilometer hat TanDEM-X mittlerweile in 514 Kilometern Höhe
zurückgelegt und dabei mit TerraSAR-X mehr als zweimal die gesamte Landmasse der
Erde abgetastet. Dabei fliegen die Satelliten in einer Helix umeinander und
blicken zum Teil aus einem Abstand von nur 120 Metern zueinander auf die Erde.
Schon alleine mit diesem ersten Formationsflug zweier Satelliten im Weltall hat
die Mission erfolgreich Neuland betreten.
Um die Höhen und Tiefen der 150 Millionen Quadratkilometer Erdoberfläche
exakt berechnen zu können, müssen die Wissenschaftler den Abstand der beiden
Satelliten bis auf einige Millimeter genau bestimmen. Und auch die Uhren an Bord
der Satelliten, die genau messen, wie lange die Radarstrahlen für ihren Weg zur
Erde und zurück benötigen, sind bis auf eine Billionstel Sekunde synchronisiert.
"Aufgrund der deutlich verbesserten Genauigkeit bin ich überzeugt, dass das
Höhenmodell von TanDEM-X eine neue Referenz für eine Vielzahl von Anwendungen
wird", erläutert Prof. Alberto Moreira, Direktor am DLR-Institut für
Hochfrequenztechnik und Radarsysteme und wissenschaftlicher Leiter der Mission.
Die ersten berechneten Höhenmodelle von TanDEM-X decken die sogenannten
einfacheren Gebiete ab - Landschaften, für die Daten von nur zwei Überflügen
ausreichen, um finale Höhenmodelle berechnen zu können. Dazu gehören große
Flächen in Australien, Nord- und Südamerika, Russland und Afrika. Dann gibt es
"die schwierigen, anspruchsvollen Gebiete mit steilen Bergen wie den Alpen oder
dem Himalaya zum Beispiel oder halt die Kamtschatka-Halbinsel mit ihrer
zerklüfteten Vulkanlandschaft", so Moreira.
Für diese Aufnahmen veränderten die DLR-Experten des Projekt-Teams im Sommer
2013 die Flugbahnen der beiden Satelliten und ließen sie von da an im
Uhrzeigersinn umeinander kreisen. Damit änderte sich auch die Blickrichtung der
Satelliten auf die Erde. Mit dritten und vierten Überflügen werden nun die
letzten notwendigen Daten für das neue globale Höhenmodell gesammelt.
Noch während die Satelliten mit ihren Radarstrahlen die Erde kontinuierlich
abtasten, entstanden in einem weitgehend automatisierten Prozess die ersten
kleinen digitalen Höhenmodelle (DEM; Digital Elevation Model) von 30 mal 50
Kilometer großen Gebieten. Schon diese vorläufigen mehr als 350.000
DEM-Datensätze stellen die Erde mit bis zu zwei Metern Genauigkeit dar. Seit
Ende 2013 werden diese Modelle in einem finalen Verarbeitungsschritt zu größeren
Mosaiken zusammengefügt.
Mittlerweile sind nicht nur 2.500 Terabyte Daten zusammengekommen, sondern
auch schon mehr als ein Fünftel der globalen Landfläche zu finalen Modellen
verarbeitet. "So entsteht nach und nach die neue Topographie der Erde", freut
sich Moreira. Radartechnologie bietet dabei einen ganz entscheidenden Vorteil:
Die Satelliten können die Erde mit ihren Sendepulsen weitgehend unabhängig von
Wetterverhältnissen und rund um die Uhr bei jeder Tages- oder Nachtzeit
abtasten.
Die entstandenen Satellitenaufnahmen lassen sich vielfältig nutzen: Mit den
Aufnahmen können beispielsweise hydrologische Abflussmodelle simuliert und
Karten von potenziellen Überschwemmungsgebieten erstellt werden, Veränderungen
nach Vulkanausbrüchen und Erdbeben bilden sich ebenso ab wie das Abschmelzen von
Gletschern und Polkappen. Auch bei Katastrophenfällen sind die Radaraufnahmen
für die Helfer vor Ort wichtig, um beispielsweise überflutete Gebiete oder
zerstörte Verkehrswege und Gebäude aus Satellitenbildern analysieren und
berücksichtigen zu können.
Sind die Aufnahmen für das globale Höhenmodell abgeschlossen, soll TanDEM-X
dafür genutzt werden, neue Techniken wie die Erfassung von Meeresströmungen oder
Vegetationsstrukturen zu demonstrieren. Insgesamt arbeiten bei der Mission vier
Einrichtungen des DLR zusammen: Das Institut für Hochfrequenztechnik und
Radarsysteme leitet und plant die Mission, das Institut für Methodik der
Fernerkundung hat die vollautomatische Prozessierung der Daten entwickelt, das
Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) ist für Empfang, die Verarbeitung und
Archivierung der Massendaten sowie für die Mosaikierung der Höhenmodelle
zuständig, die Satelliten werden vom Deutschen Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC;
German Space Operations Center) gesteuert und überwacht.
Die finalen Höhenmodelle werden als sogenannte Kacheln mit einer Ausdehnung
von etwa 100 mal 100 Kilometern bzw. ein Grad in geografischer Länge und Breite
erzeugt und ausgeliefert. Als erste Beispiele stehen jetzt zwei solcher Kacheln
- die Flinders Ranges in Australien und der Badlands National Park in den USA -
auf dem TanDEM-X-Science-Server zur Verfügung.
Eine weitere zukünftige Radarmission untersuchen die Wissenschaftler derzeit
auf ihre Machbarkeit: Mit digitalen Antennen und großen entfaltbaren Reflektoren
sollen zwei Satelliten für die Tandem-L-Mission um die Erde kreisen und die
gesamte Landmasse zweimal pro Woche aufnehmen 100 mal schneller, als dies
zurzeit die beiden Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X können. "Mit dieser
Mission, die 2020 starten könnte, würden wir die dynamischen Prozesse der Erde
wesentlich schneller erfassen und so einen essentiellen Beitrag zur Umwelt- und
Klimaforschung leisten", blickt Moreira in die Zukunft. "Die Daten dieser
Radarmission werden uns im Verständnis unseres Planeten und seiner dynamischen
Prozesse ein großes Stück voranbringen."
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