Farbaufnahmen wie noch nie: DESIS für die ISS

Das Deutsche Zentrum für Luft– und Raumfahrt (DLR) und das US-amerikanische Unternehmen Teledyne Brown Engineering (TBE) erklären den Abschluss des Entwicklungs- und Herstellungsprozesses des DLR Earth Sensing Imaging System Spectrometers (DESIS).

Das System zum Umwelt- und Ressourcenmonitoring wird von der Internationalen Raumstation ISS ein breites Spektrum an Daten zur Erde senden. Das Joint Venture Instrument DESIS wird in Kürze an die NASA ausgeliefert und startet im Sommer 2018 mit einer Falcon 9 Trägerrakete der US-Firma SpaceX von Cape Canaveral zur Internationalen Raumstation ISS.

Hunderte „Farben“ für die Umweltüberwachung

DESIS wird das erste DLR-Instrument zur Analyse hyperspektraler Daten auf der ISS sein. „Erdbeobachtung mit hyperspektraler Sensorik ist ein unentbehrlicher Bestandteil des Umweltmonitorings“, erklärt Prof. Pascale Ehrenfreund, Vorstandsvorsitzende des DLR, zu den neuen Möglichkeiten die DESIS bietet. „DESIS ist ein vielseitiges Instrument, das neue Erkenntnisse über Landwirtschaft, Biodiversität, Geologie und Mineralogie, Küstenzonen, Wasserökosysteme und Desertifikation ermöglicht.“

DESIS ist ein hyperspektrales Sensorsystem, das Bilddaten mit 235 eng nebeneinander liegenden Kanälen vom visuellen bis zum infraroten Spektrum (zwischen 400 und 1.000 Nanometer) mit einer geometrischen Oberflächenauflösung von 30 Metern im 400-km-Orbit der ISS aufnehmen kann. Vereinfacht ausgedrückt, können damit auf jedem Bild extrem viele Farben unterschieden werden, die alle unterschiedliches aussagen können.

Diese Daten ermöglichen es den Wissenschaftlern, Veränderungen im Ökosystem der Erdoberfläche wahrzunehmen. Anhand der gewonnenen Informationen können sie den Gesundheitszustand von Wäldern oder landwirtschaftlichen Flächen beurteilen und somit Ertragsprognosen treffen. Ein weiterer Zweck von DESIS ist die Sicherung und Verbesserung des weltweiten Nahrungsmittelanbaus.

Die von DESIS aufgenommenen Spektralbänder eignen sich auch hervorragend zur Bestimmung der Gewässergüte insbesondere von Meeren und Seen. Mit den Daten können Forscher nicht nur die Wasserzusammensetzung sowie Verunreinigungen bestimmen, sie können auch erkennen, wodurch die Verunreinigung zustande kommt. Ölteppiche können in ihrer Ausdehnung und auch in ihrer Dicke vermessen werden. Auch der Wassergehalt von Bodenflächen lässt sich mithilfe der DESIS-Daten analysieren.

Mit DESIS auf der Internationalen Raumstation ISS wird das DLR zum ersten Nutzer des Multiplattformsystems MUSES (Multi User System für die Erdsensorik), das 2017 an Bord der ISS installiert wurde. MUSES kann bis zu vier Erdbeobachtungsinstrumente aufnehmen. Damit wird die ISS zu einer universellen Instrumentenplattform. Aufgrund der Auslegung dieser Mission wird es auch möglich sein, das Instrument nach einer Lebensdauer von fünf bis acht Jahren wieder auf die Erde zu bringen, um die Auswirkungen der Umwelteinflüsse des Weltraums auf die Fernerkundungsinstrumente zu untersuchen.

Teledyne Brown als Mitnutzer der ISS

„Allein die Tatsache, dass wir nicht um DESIS herum einen ganzen Satelliten bauen mussten, macht es zu einem sehr kosteneffizienten Projekt“, sagt Uwe Knodt, Gesamtprojektleiter DESIS. Daneben ergeben sich weitere Vorteile der wissenschaftlich-industriellen Kooperation: Während das DLR den Aufbau des Instruments und die anschließende Bilddatenverarbeitung verantwortet, sind Teledyne Brown und die NASA für den Transport zur ISS und den Betrieb zuständig. Beide Organisationen können von den Ergebnissen profitieren: Teledyne Brown Engineering erhält die kommerzielle Lizenz zur Nutzung der Bilddaten, das DLR das Nutzungsrecht an Bildern für wissenschaftliche und humanitäre Anwendungen.

„Teledyne Brown Engineering ist begeistert von den Fortschritten, die wir durch die Partnerschaft mit dem DLR erzielt haben“, sagte Jan Hess, Präsident von TBE. „Unsere MUSES-Plattform in Verbindung mit DESIS und weiteren Instrumenten, wird dazu beitragen, die Erdbeobachtung, die Kartierung, die Katastrophenhilfe und die Begutachtung landwirtschaftlich genutzter Flächen voranzutreiben. Unser Ziel ist es, jeden Slot von MUSES schnell zu füllen, um eine maximale Abdeckung und Datenerfassung zu ermöglichen. “ Diese Kooperation wirkte sich auch positiv auf die Aufbauzeit von DESIS aus. Der gesamte Planungs- und Herstellungsprozess, beginnend mit dem ersten Entwurf bis zu den letzten Tests des Bildgebungssystems, dauerte nur dreieinhalb Jahre – eine rekordverdächtige Leistung.

DESIS und MUSES zusammen können von der ISS aus nach vorne, hinten und zur Seite schauen. Dieser hohe Agilitätsgrad ermöglicht es, Rettungskräfte im Falle von Katastrophen schnell mit Informationen zu versorgen. DLR und TBE wollen die Daten zukünftiger MUSES-Instrumente kombinieren, um die Erdbeobachtung und hyperspektrale Sensorik weiter zu verbessern. Die Zusammenarbeit in diesem wissenschaftlichen und kommerziellen Betrieb ist entscheidend für die Zukunftsperspektiven der hyperspektralen Fernerkundungstechnologien für Satellitenmissionen.

Auf den Bildern

DESIS – Hyperspektrales Erdbeobachtungsinstrument auf der ISS: Das Umwelt- und Ressourcenmonitoring-System DESIS (DLR Earth Sensing Imaging System Spectrometers) wird ein breites Spektrum an Daten zur Erde senden.

Hyperspektrales Sensorsystem: DESIS erfasst Bilddaten auf 235 eng nebeneinander liegenden Kanälen vom visuellen bis zum infraroten Spektrum (zwischen 400 und 1.000 Nanometer).

Entwicklung abgeschossen: Das hyperspektrale Erdbeobachtungsinstrument DESIS wurde vom DLR gemeinsam mit dem US-amerikanischen Unternehmen Teledyne Brown Engineering (TBE) entwickelt. Von links nach rechts: Prof. Dr. Pascale Ehrenfreund, Vorstandsvorsitzende DLR, Jack Ickes, Teledyne Vice President for Geospatial Systems, Jan Hess, Teledyne President for Engeniered Systems, und Uwe Knodt, Programmleiter DESIS vom DLR.