ESA-Programm: Erdbeobachtung per Radarsatellit

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Erdbeobachtungssatelliten wie die Sentinels des europäischen Programms Copernicus, die deutschen Radarsatelliten des TanDEM-X-Duos, oder die Earth-Explorer-Satelliten des Living-Planet-Programms der ESA liefern umfangreiche Geo- und Klimainformationen vom Weltraum aus. Im Interview gibt Godela Rossner, Gruppenleiterin in der Abteilung Erdbeobachtung des DLR Raumfahrtmanagements, einen Einblick in die aktuellen Entwicklungen.

Neue Satellitengenerationen sind in Planung oder schon im Bau. Die deutsche Expertise in Radartechnologie und die europäischen Projekte der ESA zur Erdüberwachung liefern einen wichtigen Beitrag zum Verständnis unseres Planeten. Was dabei mit den elektronischen Augen aus dem All alles möglich ist, zeigen beispielhaft die Bilder.

„Punktewolke“ Berlin: Vertikale Vermessung des Hauptbahnhofs

Mittels Fernerkundungsdaten des DLR wurde der Berliner Hauptbahnhof mit seiner Stahlkonstruktion im Laufe eines Jahres vertikal vermessen. In der warmen Jahreszeit dehnen sich die Materialien aus, im Winter kommt es wieder zu einem Rückgang.

Mit Hilfe eines luftgestützten Hyperspetralsensors im Flugzeug wurden Daten der geplanten EnMAP-Mission simuliert. Gemessen wurde der Tongehalt von Böden in der Nähe der Stadt Demmin in Mecklenburg-Vorpommern.

EnMAP – der deutsche Hyperspektralsatellit: EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Programme) ist ein deutscher Satellit mit einem hyperspektralen Sensor zur Erdbeobachtung. Das letzte Foto zeigt New York City, aus dem Weltall gesehen: Erdbeobachtungssatelliten erlauben uns einen Blick auf die Infrastruktur von Städten von oben. Mit Hilfe neuer Anwendungen wird es zukünftig möglich sein, den Zustand von technischen Bauwerken auch aus dem Weltall zu monitoren.

Dies sind Beispiele für Fernerkundung mit modernster Technologie, die sich auf den Globus anwenden lassen. Satelliten mit High-Tech-Sensoren sind aber nur der erste Schritt. Sie generieren Unmengen an Daten, und diese zu speichern, zu prozessieren und auszuwerten, bedeutet nicht nur Superrechnerkapazitäten, sondern noch einmal viel Know-how und Arbeit. Wie lassen sich diese Daten nun mit größtmöglichem Gewinn für die Gesellschaft nutzen? Wie kann der Transfer von der Wissenschaft in konkrete Anwendungen für Wirtschaft und öffentliche Einrichtungen gelingen?

Interwiew mit Godela Rossner, Gruppenleiterin für Erdbeobachtung im DLR Raumfahrtmanagement

Welche neuen und spannenden Einsatzmöglichkeiten bieten die Geodaten aus dem All?

Grundsätzlich gibt es eine enorme Bandbreite an Anwendungsmöglichkeiten der Erdbeobachtung. Das reicht vom Umgang mit den natürlichen Ressourcen in Land- und Forstwirtschaft über den Umweltschutz von Landflächen und Gewässern bis hin zur Risikovorsorge und zum Katastrophenmanagement. Auch die unverzichtbaren satellitengestützten Informationen zu Klimawandel und Treibhausgasemissionen, gehören dazu. Der Markt für Erdbeobachtungsanwendungen wächst, das bestätigen auch die steigenden Zahlen für Unternehmen und Services in Europa. Das liegt vor allem am europäischen Copernicus-Programm, mit dem Erdbeobachtungsdaten kontinuierlich verfügbar geworden sind.

Es ist deshalb davon auszugehen, dass wir zukünftig noch viele weitere Anwendungen der Erdbeobachtung sehen werden und der Kreis der Nutzer weiter wächst. Bei Infrastrukturprojekten besteht zum Beispiel noch großes Potenzial für erdbeobachtungsgestützte Anwendungen. Mit Hilfe von Radarsatelliten können wir inzwischen Bewegungen der Erdoberfläche oder von Bauwerken im Millimeter-Bereich erfassen. So können zum Beispiel Bodensenkungen, die in Bergbauregionen auftreten können, genauestens kartiert werden.

Diese Präzision ließe sich auch für die Planung und den Bau von Straßen, Brücken oder Tunnelanlagen einsetzen. So können etwa vorab grundlegende Fragen zur Stabilität anhand der vorhandenen Daten geklärt werden: Wie fest ist der Untergrund, und wie ist die geologische Situation? Aber auch die Begutachtung von technischen Bauwerken mittels Satellitendaten ist möglich. Sie kann zukünftig dazu beitragen, dass Sicherungsmaßnahmen ergriffen werden, bevor größere Schäden auftreten.

Gibt es neben der Infrastruktur noch weitere innovative Anwendungsfelder?

Ein anderes spannendes Feld ist die satellitengestützte Geodäsie. Mit den Schwerefeld-Missionen GRACE und GRACE Follow-On liegen uns seit 2002 Informationen zu Massenveränderungen der Erde vor. Diese Daten geben uns einen einzigartigen Einblick in die Veränderungen der Wasser- und Eismassen der Erde.

Wenn Grundwasservorkommen leergepumpt werden, können wir das nun erkennen. Aber auch das Ausmaß der Gletscherschmelze lässt sich auf diese Weise genau bestimmen, sowie der Anstieg des Meeresspiegels – und das unabhängig von der Wassertemperatur. All dieses Wissen kann dazu beitragen, den Wasserhaushalt regenerationsfähig zu halten und längerfristige Trends zu erkennen.

Europäische Erdbeobachtungssatelliten liefern bereits zahlreiche Daten. Was sind die Besonderheiten der zukünftigen deutschen EnMAP-Mission?

Die deutsche Satellitenmission EnMAP soll im Jahr 2021 ins All starten. Eine ihrer Besonderheiten ist, dass sie in der Lage sein wird, den Gehalt von Tonmineralen und organischer Substanz im Boden zu ermitteln. Beides sind wichtige Faktoren für die Fruchtbarkeit eines Bodens sowie dessen Fähigkeit, Wasser zu speichern. Auch kann mit EnMAP der Blattwassergehalt von Pflanzen bestimmt werden – das ist bislang einzigartig.

Gerade in Zeiten von zunehmendem Klima– und Dürrestress für die Pflanzen sind dies wichtige Informationen für die Land- und Forstwirtschaft. In Deutschland werden annähernd 47 Prozent der Fläche landwirtschaftlich genutzt, rund 70 Prozent davon sind Ackerflächen. Die Mission kann dazu beitragen, die landwirtschaftliche Nutzung in Zeiten des Klimawandels nachhaltig zu gestalten.

EnMAP ist ein so genannter „Umweltsatellit“. Inwiefern unterstützt die Mission den Umweltschutz?

Der Satellit besitzt eine einzigartige Sensorik, mit der sich beispielsweise die Eigenschaften von Pflanzen oder auch die Wasserqualität von Binnen- und Küstengewässern bestimmen lassen. Das sind Informationen, die uns helfen, die weltweiten Umweltveränderungen zu verstehen – denn sie ermöglichen es uns, auch eine leichte Abwandlung von Lebensräumen frühzeitig zu erkennen.

Müll und Schadstoffe im Wasser und an der Bodenoberfläche können von EnMAP ebenfalls aufgespürt werden. Der Plastikmüll im Meer lässt sich mit EnMAP entdecken und sogar nach seiner Art unterscheiden. Ebenso kann der Satellit Ölteppiche nicht nur erkennen, sondern auch die Zusammensetzung des Öls nachweisen. Mit Hilfe dieser Verfahren können so Zonen mit hoher Umweltverschmutzung lokalisiert werden. Verunreinigungen treten aber auch oberflächlich in Böden auf, etwa als Altlast ehemaliger Tankstellen- oder Industriegelände.

Vom 12. bis zum 13. November 2019 findet in Köln die Konferenz „Neue Perspektiven der Erdbeobachtung“ statt. Welche Ergebnisse erhoffen Sie sich von der Veranstaltung?

Mit der Konferenz möchten wir Forschungseinrichtungen sowie Unternehmen und Start-ups zusammenbringen. Die Experten werden aktuelle Ansätze für erdbeobachtungsgestützte Anwendungen aus unterschiedlichsten Anwendungsbereichen vorstellen und diskutieren. Dabei geht es nicht nur um die Vernetzung und den gegenseitigen Austausch, sondern wir suchen ganz gezielt nach neuen Ansätzen für konkrete Anwendungen.

Hier gilt es auszuloten, wo die Potenziale der Satellitenerdbeobachtung liegen und wie diese Informationen aufbereitet werden müssen, um in politisches und wirtschaftliches Handeln umgesetzt werden zu können. Kurz gesagt: Wie müssen die Anwendungen aussehen, um erfolgreich zu sein? Zukunft entsteht aus Ideen, und die wollen wir hier entwickeln.

Das Interview führte Diana Gonzalez.