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Deutscher Zukunftspreis 2012

Wer gewinnt den deutschen Zukunftspreis?

14. September 2012, 14:29 Uhr | Andrea Gillhuber

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Radaraugen im All – Revolutionäre Technik für Erde und Umwelt

Radarsatelliten machen bereits heute unabhängig von Wetter und Tageslicht einmalige Bilder von unserer Erdoberfläche. Geodaten werden auch in der Wirtschaft zur Rate gezogen, z.B. wenn es um die Erschließung von Bodenschätzen geht. Karten liefern auch Informationen für die Koordination von Hilfseinsätze bei Katastrophen oder helfen, das durch den Klimawandel induzierte Abschmelzen der Gletscher und den Anstieg des Meeresspiegels zu messen. Prof. Alberto Moreira, Dr. Gerhard Krieger und Dr. Manfred Zink haben ein System zur Fernerkundung aus dem All entwickelt: Radarsatelliten im Formationsflug machen dreidimensionale Abbildungen der Erde. Eine digitale Radarantenne soll die nächste Dimension, die Zeit, in das System einführen: So könnten in Zukunft dynamische Prozesse auf der Erdoberfläche global und in Echtzeit erfasst werden.

Das Team vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, kurz DLR, hat mit TanDEM-X ein revolutionäres Fernerkundungssystem entwickelt, bei dem die Radarsensoren erstmals auf zwei Satelliten verteilt sind. Dadurch lassen sich präzise Informationen über die Topografie und vertikale Struktur der Erdoberfläche gewinnen. Mit TanDEM-X lässt sich ein globales Höhenmodell erstellen, dass mindestens um den Faktor 30 genauer ist als die heute global verfügbaren dreidimensionalen Datensätze. Außerdem ist das Höhenmodell durchgängig homogen.

Radaraugen im All – Revolutionäre Technik für Erde und Umwelt

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Eine Herausforderung für die Forsher stellte der Flug der zwei Satelliten in enger Formation: Da die Satellitenbahnen auf Grund der Keplerschen Gesetzt nicht beliebig gewählt werden können, wurde ein spezielles Orbit-Konzept entwickelt und patentiert, das den Abstand der Satelliten optimiert und zugleich einen sicheren Formationsflug ohne Kollisionsrisiko ermöglicht. Es galt, Aufnahmegeometrie, Bahnebene und Orbitexzentrizität so zu kombinieren, dass sich von der Erde aus gesehen ein optimaler Abstand von 150 bis 500 Meter – je nach Missionsphase - zwischen den Satelliten ergibt. Des Weiteren bestand der Trick darin, den gemeinsamen Betrieb von zwei kooperierenden Radarsatelliten – derzeit weltweit einmalig -, die millimetergenaue Vermessung des Abstandes, die Aufname und Verarbeitung eines Datenvolumens von 1,5 Petabyte, das entspricht etwa 200.000 DVDs, sowie die wechselseitige Kalibrierung und Synchronisation der Radarinstrumente zu gewährleisten.

Eine Beschränkung hat TanDEM-X: Um die gesamte Landoberfläche der Erde abzubilden, benötigt das Radarsysteme in ganzes Jahr. Änderungen auf der Erde lassen sich so nur unzureichend verfolgen. Die schon erwähnte digitale Radarantenne ist der Schlüssel zu Lösung: Die Radarantenne wird in kleine Aperturen unterteilt, die jeweils mit einer eigenen, digitalen Empfangskette verbunden sind; mit einem leistungsfähigen Signalproszessors können gleichzeitig mehrere Antennenkeulen geformt und somit ein viel größeres Gebiet aufgenommen werden. Diese Technik nutzt zusätzlich einen Reflektor, an dem die Radarpulse gespiegelt werden und der die wirksame Antennenfläche deutlich vergrößert – die Abbildungsleistung kann so gegenüber TanDEM-X um zwei Größenordnungen gesteigert und die Erde zweimal pro Woche hochauflösend abgebildet werden.