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Viele Autoren die zivile und militärische Erdbeobachtungssatelliten vergleichen weisen auf die höheren Auflösungen der militärischen Satelliten hin. Diese ist allerdings nur die letzte Konsequenz von zwei völlig unterschiedlichen Konzepten, die sich allerdings mit fortschreitender Technik immer mehr nähern.
Die wesentlichen Unterschiede bestanden 1972, als der erste Erderkundungssatellit gestartet wurde in folgenden Punkten:
Von
Anfang an machten die Satelliten Aufnahmen in mehren Spektralbereichen. Diese konnten auf der Erde separat ausgewertet oder zu einem
Echt- oder Falschfarben Bild zusammengefügt werden. Was ist der Hintergrund dieser Technik? Nun vom gesamten Spektrum der
elektromagnetischen Wellen kann unser Auge den Bereich zwischen 380 und 780 nm wahrnahmen. Wellenlängen unter 380 nm nennen wir
Ultraviolett - ihre Energie nimmt rasch zu und führt zu Schädigungen von Zellen. Die Erdoberfläche erhält durch
Absorption durch die Atmosphäre wenig UV Strahlung und daher ist dieser Bereich für die Beobachtung uninteressant. Wellen
oberhalb von 780 nm nennen wir Infrarot. Ihre Energie nimmt ab, und ab einer bestimmten Wellenlänge kann man in diesem Bereich
auch die Wärmeabstrahlung von Objekten beobachten (zirka bei 12500 nm). Diese Bereiche sind auch für die Beobachtung
interessant, allerdings nimmt parallel zur Vergrößerung der Wellenlänge die Auflösung ab, bei 1000 nm ist sie
doppelt so schlecht wie bei 500 nm.
Der Nutzen liegt nun darin, das bestimmte Objekte Energie in bestimmten Wellenlängen absorbieren (oder aussenden) und in manchen nicht. So kommt Vegetation im nahen Infrarot sehr deutlich heraus, während bebautes Gelände im Rot Bereich sehr kontrastreich ist. Bestimmte Mineralien machen sich durch erhöhte Helligkeiten in bestimmten Spektralbereichen bemerkbar, wodurch man Landsat zur Suche von Bodenschätzen nutzte.
Indem man nun diese Aufnahmen in verschiedenen Spektralkanälen kombiniert und ihnen natürliche Farben zuordnet (Rot, Grün, Blau) erhält man Falschfarbenaufnahmen bei denen je eine Farbe etwas bestimmtes kodiert, z.B. Rot Vegetation und Blau bebaute Gebiete. Dies geht um so besser je höher die Kanalanzahl ist und je weniger ein Kanal vom gesamten Spektrum aufnimmt. Das Bild links zeigt das Elbe Hochwasser 2003, aufgenommen von Landsat in den Spektralkanälen 3,4,5 (rot, und 2 × nahes Infrarot).
Die Technologie wie man solche Aufnahmen erhält hat sich im Laufe der Zeit geändert. Zum einen muss man zwischen flächenhaften Detektoren und Scanzeilen unterscheiden. Ein flächenhafter Detektor ist ein z.B. der Chip in einer Digitalkamera. Eine Scanzeile findet man dagegen in Flachbettscannern. Da sich die Satelliten auf einem festgelegten Orbit mit konstanter Geschwindigkeit über die Erdoberfläche bewegen findet man erheblich häufiger die Scanzeile, da sie breiter herstellbar ist und man so einen größeren Bereich abbilden kann. Man kann auch nur mit einem einzelnen Detektorelement auskommen, wenn man über ein Spiegelsystem einen kleinen Ausschnitt der Erdoberfläche zuerst horizontal, dann vertikal auf diesen abbildet. Verfügbar sind heute Silizium-Detektoren die im nahen Infrarot nutzbar sind (bis maximal 1,6 µm Wellenlänge. Es handelt sich um normale Chips die auch im sichtbaren Licht operieren können, nur belegt mit einem Sperrfilter und gekühlt um das Eigenrauschen zu minimieren. Bei höheren Wellenlängen muss man auf andere Materialien ausweichen, bei dem schon energieärmere Photonen ein Elektron herausschlagen können. Eingesetzt werden Chips aus der Halbleiterverbindung Quecksilber-Cadmium-Tellurid. Die Empfindlichkeit kann durch die Mengen de Elemente eingestellt werden. Üblicherweise werden sie von 1 bis 3-5 µm Wellenlänge eingesetzt, Jedes Pixel ist erheblich größer, weil jedes Infrarotphoton weniger Energie trägt, aber auch wie oben beschrieben die Auflösung abnimmt. Üblich sind (2010) Kantenlängen bei Pixels im sichtbaren Licht von 5-12 µm (die meisten Chips liegen bei 5-8 µm) und 40 µm bei HgCdTe Sensoren.
Flächenhafte Detektoren findet man in den RBV System von Landsat (damals noch Vidicons) oder in neueren Detailaufklärern, weil sie es erlauben auf einmal eine größere Szene zu erfassen. Die Selektion eines Spektralkanals kann durch einen Filter vor dem Detektor erfolgen. (Bei Scanzeilen sind so sehr einfach mehrere Kanäle möglich, da eine Zeile sehr dünn ist und man diese untereinander anordnen kann). Modernere Verfahren trennen das Licht zuerst durch ein Gitter in Spektralfarben auf und ordnen die Detektoren so an, dass ein Detektorelemente jeweils an dem Punkt ist, wo das Gitter eine Spektralfarbe projiziert. Damit sind sehr viele Spektralkanäle möglich.
Es gibt eine Reihe von Erderkundungs- Satelliten. Dazu gehören auch Satelliten zur Beobachtung des Wetters, der Ozeane und der Umwelt. In diesem Artikel werden genauer die Satelliten vorgestellt die als Primärinstrument ein abbildendes Instrument haben, also Bilder machen. Weiterhin sind es Satelliten die dazu dienen die Erdoberfläche zu kartieren. Dies unterscheidet sie von Umweltsatelliten die durchaus auch hohe Auflösungen haben, aber eine andere Zielsetzung. Der deutsche Kleinsatellit BIRD, der auch 100 m Auflösung erreicht, aber der Entdeckung von Waldbränden dient.
Satelliten die Radar als Instrument verwenden finden sich in einem eigenen Aufsatz auf dieser Website. Von den Umwelt- und Erderkundungssatelliten getrennt habe ich auch die Detailaufklärungssatelliten, deren wichtigste Aufgabe es ist Hochauflösende Aufnahmen zu gewinnen.
Basierend auf den zivilen
Wettersatelliten wurden mit den Satelliten der ERTS Serie (Earth Resources Technology Satelllite) die ersten Erderkundungssatelliten
gestartet. Um sie von dem später gestarteten Satelliten Seasat zu unterscheiden wurden sie später in Landsat umgetauft.
Landsat 1 wurde am 23.7.1972 und Landsat 2 am 22.1.1975 gestartet.
Landsat 1-3 wogen je zirka 910 kg, bei einer Nutzlastmasse von 150 kg die sich in dem unteren Ring befindet. Die Satelliten wurden mit Delta 100 bzw. Delta 2914 Trägerraketen auf eine sonnensynchrone Bahn in 912 km Höhe geschossen. Der Sondenkörper wurde von den Nimbus Wettersatelliten übernommen.
Eine sonnensynchrone Bahn ist eine Bahn die so ausgelegt ist, das Neigungswinkel knapp über 90 Grad liegt, wodurch sich die Bahnebene bei jedem Umlauf leicht verschiebt. Da die Erde sich selbst in der Entgegengesetzten Richtung dreht, bleibt die Bahnebene in Bezug auf die Sonne gleich. Für die Beobachtung der Erde bewirkt eine solche Bahn, das der Satellit einen Ort auf der Erde immer zur gleichen Zeit passiert. Bei Landsat wird der Äquator immer um 9:30-10:00 und Deutschland zirka um 10:30 überflogen. Der Sonnenstand auf jeder Aufnahme ist daher der gleiche, was wichtig für den Vergleich von Aufnahmen zu verschiedenen Zeiten ist. Die Umlaufbahn war so gelegt, das nach 18 Tagen und 251 Umläufen der Satellit wieder an der selben Stelle war und erneut die gesamte Erdoberfläche abtasten konnte. Mit Landsat 2 konnte man durch Versetzen um 90° im Orbit das Intervall von 18 auf 9 Tage reduziert werden.
Nutzlast bei Landsat waren zwei Systeme: Eine Hochauflösende Videokamera mit 3 Kanälen zwischen 475 nm und 830 nm und ein 4 Kanal Multispektralscanner zwischen 400 und 1100 nm. Die Signale wurden mit 7 Bit digitalisiert. Die Videokamera erfasste die Oberfläche mit 40 m Auflösung, die Multispektralscanner mit 80 m Auflösung. Die Vidicon Kamera war zuerst als Hauptinstrument vorgesehen, fiel jedoch bald aus, bei Landsat 2 arbeitet sie nur unregelmäßig. Sehr bald hatte die RBV Kamera nur noch eine Funktion: Hochauflösende monochromatische Bilder zu machen, die man mit Multispektralbildern der Scanner überlagern konnte.
Der Multispektralscanner arbeitete mit 6 Detektoren pro Kanal, insgesamt 24. Ein Spiegel rotierte um 11.56° quer zur Flugrichtung. Dadurch wurde ein 185 km breiter Streifen mit 3240 Punkten und 6 Zeilen abgetastet. Nach der Abtastung hatte sich der Satellit weiterbewegt und die nächste Zeile wurde angeschlossen. Die 60 m großen Elemente überlappten sich jeweils, so das eine Bodenauflösung von 80 resultierte Daraus resultierte eine Datenrate von 15 MBit/sec Für den Fall das der Satellit sich nicht in der Nähe einer Bodenstation befand war ein Bandrekorder an Bord.
Landsat 1 war sehr erfolgreich und lieferte 30.000 Bilder bis zum Ausfall des Bandrekorders im Januar 1978. Landsat 2 arbeitete bis zum 25.2.1982.
Der Erfolg von Landsat 1+2 führte dazu, das die experimentellen Satelliten in ein operatives System überführt wurden. Landsat 3 hatte denselben Aufbau wie seine beiden Vorgänger, aber eine modernisierte instrumentelle Nutzlast. Da das RBV System bei den Vorgängern keinen Nutzen für Multispektralaufnahmen hatte, verzichtete man auf mehrere Kanäle und machte nur monochromatische Aufnahmen mit 40 m Auflösung zwischen 500 und 750 nm.
Im Gegenzug wurden die 4 Spektralkanäle des MSS durch einen weiteren von 10500-12500 nm ergänzt. Dieser Bereich liegt so, das dort die Emission von Körpern mit etwa Zimmertemperatur liegt. Die Auflösung sank auf 240 m, dafür konnte dieser Kanal Temperaturkarten der Erde anfertigen - auch bei Nacht. Landsat 3 arbeitete bis zum 3.3.1983.
Mit diesen beiden Satelliten wurde
eine neue Generation von Erderkundungssatelliten eingeführt. Aus den umgebauten Nimbus Wettersatelliten waren nun speziell
konzipierte Erderkundungssatelliten geworden. Das Gewicht der Satelliten hatte sich verdoppelt. Mit eingeführt wurde ein neues
Instrumenten Packet. Neben dem MSS wurde als zweites Hauptinstrument der Thematic Mapper (TM) eingeführt. Der MSS hatte
dieselben Daten wie der bei Landsat 1-3, der TM ersetzte die Videokamera. Es war ein zweiter Multispektralscanner mit 7 Kanälen
zwischen 450 und 2350 nm (30 m Auflösung) und einem zwischen 10500 und 12600 nm mit 120 m Auflösung.
Die 1940 kg schweren Satelliten wurden am 16.7.1982 und 1.3.1984 in 705 km hohe sonnensynchrone Bahnen eingeschossen. Landsat 4 verlor 1 Jahr nach dem Start die Hälfte der Stromversorgung, so das bald Landsat 5 als Ersatz folgte. Bei diesem fielen bald die primären Sender aus, so das er über die Backup Systeme kommunizierte. Als wesentliche Verbesserung war man nun unabhängig von den Bodenstationen und konnte über die geostationären Satelliten TDRSS Bilder von überall auf der Erde empfangen. Das Aufnahmeintervall wurde von 18 auf 16 Tage reduziert.
Während des Betriebs von Landsat 4 wurde auf Geheiß von Reagan die Erdbeobachtung "privatisiert". Das Landsat System sollte alleine durch den Verkauf von Bildern finanziert werden. Doch dies alleine trug nur die laufenden Kosten, nicht jedoch den Bau eines neuen Satelliten. So entstand eine Zwangspause bis man wieder zu dem staatlich geförderten Programm zurückkehrte. Landsat 6 verwendete einen verbesserten Thematic Mapper (ETM, Extended TM), jedoch den gleichen Grundkörper wie die bisherigen Satelliten. Daten konnten auf einem 33 Gigabit Speicher zwischengespeichert werden oder mit 85 Megabit zum Boden oder TDRSS gefunkt werden.
Der ETM lieferte Bilder von 15 m Auflösung in monochromatischem und 30 m im multispektralen Modus. Der Bau von Landsat 6 kostete 398 Mill. USD, wovon 120 Mill. USD auf den neuen ETM entfielen. Der Start des 1969 kg schweren Satelliten am 6.10.1993 mit einer Titan 2G Trägerrakete scheiterte jedoch. Die Oberstufe zündete nicht.
Es dauerte bis zum 15.4.1999 bis Landsat 7 fertig war, um als Ersatz des seit 15 Jahre im Orbit befindlichen Landsat 5 zu starten. Diesmal gelang der Start mit einer Delta 7925 Trägerrakete. Gegenüber Landsat 6 wurde der ETM nochmals verbessert. Die Auflösung der 8 Kanäle blieb bei 15/30 m jedoch die Kalibration wurde verbessert. Daten können auf 380 Gigabit RAM gespeichert oder mit 150 MBaud zur Erde übertragen werden. Jedes Bild umfasst 185 x 170 km. Von 800 möglichen Bildern pro Tag werden ca. 400-500 gemacht,.
Mit diesem Konzept wurden auch die Kosten pro Bild radikal von 4400 USD auf 450-600 USD gesenkt. Dies zum einen wegen der größeren Konkurrenz, zum anderen will man auch in Zukunft teure Satelliten wie Landsat 6 (398 Millionen USD) und Landsat 7 (666 Mill. USD) durch kleinere und preiswerte ersetzen. Landsat 7 wird so der letzte des Landsat Programms sein.
Spot waren die ersten Erderkundungssatelliten, die kommerziell genutzt werden sollten. (Satellite pour l'observation de la terre" = Erdbeobachtungssatellit) Dazu gründete man eine Tochterfirma SPOT Image. Die Satelliten SPOT werden von der französischen Raumfahrtorganisation CNES betrieben. Der Verkauf von Bildern trägt allerdings nur die laufenden Kosten der Satelliten. Das Konzept wie bei Ariane den Amerikanern Konkurrenz zu machen ging so nur teilweise auf. Die hohe Auflösung der Bilder ermöglichte allerdings auch eine "Dual-Use" Anwendung. 10 m Auflösung ermöglichte es schon Panzer und Flugzeuge zu zählen, wenn auch nicht den genauen Typ zu erkennen. So kaufte die Bundeswehr sehr lange Bilder von SPOT Image. In Frankreich führten die Erfahrungen die man bei SPOT gewann zu dem Bau der militärischen HELIOS und Plejades Satelliten.
Gegenüber Landsat waren die Spot Satelliten wesentlich moderner. Sie verwandten erstmals CCDs als Detektoren.
HRVIR, das abbildende Instrument von SPOT ist ein Weitwinkelteleskop mit einem Blickwinkel von 4° (am Boden 60 km) und einer CCD Zeile von 6000 Elementen. Der Durchmesser beträgt 30 cm bei einer Brennweite von 1.08 m.
Es gibt 3 Scanzeilen die untereinander angeordnet sind:
Beim Auslesen werden entweder alle 3 Bänder erfasst, dann aber je 2 Pixels zusammengefasst (Auflösung 20 m) oder nur das Band B1 (Auflösung 10 m). Dieses wird dann auch doppelt so häufig abgetastet. So wird hier eine Auflösung von 10 m ereicht. Jedes Pixel wird in 256 Helligkeitsgraden digitalisiert. Szenen haben also entweder 6000 × 6000 Pixel (Band B1, panchromatischer Mode) oder 3000 × 3000 Pixel in 3 Spektralbändern.
Das Teleskop ist schwenkbar und kann 27° nach links oder rechts sehen. So kann man nach links oder rechts sehen und so ein Gebiete auch am folgenden Tag von der Seite ansehen. Damit kann der Satellit einen Streifen von 900 km unter seinem Orbit beobachten.
Das Gesamtgewicht der zwei HRV Instrumente beträgt 250 kg. Sie überlappen sich um 3 km und können so zusammen einen 117 km breiten Streifen abbilden. Der Satellit mit einer quaderförmigen Gehäuse von 2 m Kantenlänge wiegt zwischen 1830 (SPOT 1) und 1907 kg (SPOT 3). Im Orbit erreicht er eine Länge von 3.5 m. Downlink erfolgt über 2 × 25 Megabit, ein Bandrekorder kann für 22 min die Daten zwischenspeichern. Das Aufnahmeintervall beträgt bei Spot 25 Tage. Es gibt 23 Bodenstellen die Bilder empfangen. Jede hat einen Empfangsradius von 1250 km.
Spot 1 wurde am 22.2.10986 mit einer Ariane 1 gestartet. Spot 2+3 folgten am 22.1.1990 und 26.9.1993 jeweils mit Ariane 40 Raketen. Die Bahnhöhe liegt bei 820-826 km bei einer Bahnneigung von 98.7°. Die Kosten für alle 3 Satelliten inklusive Starts liegen bei 5 Mrd. Franc, zirka 700 Mill. USD. Die jährlichen Einnahmen von 75 Mill. Franc decken allerdings nur die laufenden Kosten.
Die Lebensdauer jedes Satelliten war für 2 Jahre ausgelegt. Etwa. 280 Bilder konnten unkomprimiert auf einem 120 GBit Rekorder gespeichert werden. SPOT 3 fiel nach 3 Jahren durch Versagen des Lageregelungssystems aus. SPOT 1+2 waren trotz Ausfalls der Bandrekorder beim Start von SPOT 4 immer noch in Betrieb und hatten 6 Millionen Bilder geliefert.
Spot 4 verwendete den Bus des inzwischen gestarteten militärischen Helios Satelliten. Der Satellit ist mit 2755 kg Masse erheblich schwerer als die vorhergehenden Modelle. Die Abmessungen betragen 2 × 2 5.6 m.
HRVIR, das abbildende Instrument von SPOT ist in den ersten 3 Kanälen identisch zu dem HRV bei SPOT 1-3. Neu ist das Band SWIR es erlaubt aufnahmen bei 1.58-1.75 µm Wellenlänge mit einem InGaAs/InP Detektor. Die Auflösung beträgt wie bei den anderen 3 Bändern 20 m. Im panchromatischen Mode mit 10 m Auflösung wird nun das Band B2 anstatt dem Band B1 bei SPOT 1-3 verwendet.
Weiterhin wird als experimentelle Kommunikationsverbindung das Experiment Silex mitgeführt, mit dem über Laser Funkverbindungen zu dem Kommunikationssatelliten Artemis möglich sind. Dessen Start hat sich aber durch Verzögerung bei der H-2A verschoben. Der Start des 2755 kg schweren Spot 4 erfolgte am 24.3.1998 mit einer Ariane 40. Anstatt einem Bandrekorder waren nur zwei und ein 5 GBit RAM Speicher an Bord, die zusammen 600 Bilder aufnehmen. Dies war eine Konsequenz aus den Erfahrungen von SPOT 1-3. 40 Minuten lang kann damit auf Band gespeichert werden. Diese Satelliten übertrafen ihre Lebensdauer bei weitem, allerdings fielen bei allen 3 Satelliten die Bandrekorder aus, so dass nur noch aufgenommen werden konnte, wenn eine Bodenstation in der Nähe war.
Seit Ende 2002 ist Artemis operationell, nachdem er im Juli 2001 zuerst auf einer unbrauchbaren Bahn ausgesetzt wurde. Mit Hilfe seiner elektrischen Triebwerke konnte sich der Satellit selbst in einen höheren Orbit befördern. Seitdem gibt es regelmäßig Kommunikation von SPOT-4 mit Artemis. Dabei werden 100 MBit über den Satelliten zum Boden übertragen.
Gegenüber Spot 4 wurde die
Instrumentierung bei SPOT 5 weiter verbessert. Das Kamerasystem HRG besteht nun aus 3 Kamerasystemen die senkrecht nach unten, nach
vorne (um 20°) und hinten (um 20°) schauen. Damit sind stereoskope Bilder möglich. SPOT 5 wiegt nun schon 3000 kg.
Als zusätzliches Instrument kam ein niedrig auflösendes Instrument zur Vegetationsbeobachtung an Bord mit 1 km Auflösung in denselben Spektralbändern wie bei den Scannern aber globaler Abdeckung pro Tag. Es hat einen Blickwinkel von 110 Grad (1150 km am Boden). Dieses verwendet 10 Bits für die Helligkeit anstatt 8 beim HRG.
Die Bänder des HRG wurden nochmals erweitert:
Die Auflösung wurde auf 2.5 m/ 5 m im panchromatischen Mode und 10 m in den normalen Modi gesteigert. Die Auflösung von 2.5 m kommt durch gleichzeitiges Aufnahmen von 2 Bildern von je 5 m und rechnerischer Konstruktion eines 2.5 m Bildes zustande.
Um bei einer vergrößerten Datenmenge mit einer Übertragungsrate von 100 MBaud auszukommen werden die Bilder komprimiert übertragen. Der Satellit umkreist die Erde in 830 km Höhe. Seit 1986 haben alle Satelliten des Spot-Systems bis zum Start von Spot 5 nahezu 10 Millionen Bilder gemacht. Die Bandrekorder wurden durch einen 90 GBit RAM Speicher ersetzt.
Verbessert wurde auch die Bilderfassung. SPOT 4 konnte zwei Bilder gleichzeitig aufnehmen. SPOT 5 kann 5 Bilder gleichzeitig aufnehmen: 3 können gespeichert und zwei zum Boden übertragen werden.
Am 4.5.2002 wurde SPOT 5 mit der letzten Ariane 42P gestartet. Der Satellit kostete 560 Millionen Euro. Der Start eines zweiten Exemplars (SPOT 5B) war geplant, es kam jedoch nicht dazu.
Geplant ist inzwischen nach Zeitungsmeldungen ein Neubau eines SPOT von Astrium. Die vorhergehenden Satelliten wurden von Frankreich vorfinanziert. SPOTImage musste nur die Satelliten betreiben. SPOT 6 und 7 wiegen nur 712 kg, während SPOT 5 noch 3030 kg wog. Spot 6 wurde am 9 September 2012 auf einer PSLV in einen sonnensynchronen 700 km hohen Orbit gebracht, Er soll SPOT 5 ablösen der bis 2013 betrieben werden kann. Spot 7 wird ihn 2014 ergänzen. Zusammen mit den beiden Plejades Satelliten für die Astrium ebenfalls die exklusiven Bildrechte hat soll das System innerhalb von 6 Stunden Bilder jeder Gegend der Erde liefern können. Die Satelliten sind um 90 Grad im selben Orbit versetzt. Von dem äußeren haben die Satelliten große Ähnlichkeit mit den Plejades Satelliten, so haben beide drei Solarpaneele im 120 Grad Abstand.
Der Satellit hat einen panchromalen Kanal mit 1,5 m Auflösung und sechs Multisprektralkanäle mit der vierfachen Auflösung von 6 m in den Wellenlängen blau (0,455 bis 0,525 µm), grün (0,530 bis 0,590 µm), rot (0,625 bis 0,695 µm) und nahes Infrarot (0,760 bis 0,890 µm). Die Breite eines Bildes beträgt 60 m, bis zu 120 x 120 km oder 60 x 180 km können in einem Überflug aufgenommen werden, es sind bis zu 750 Bilder pro Tag gewinnbar. Sie können bis zu 3 Millionen Quadratkilometer abdecken. Beide Satelliten). Sechsmal pro Tag können neue Aufträge an den Satelliten übermittelt werden.
Als Besonderheit ist es möglich den panchromalen Kanal mit seiner hohen Auflösung mit den Farbkanälen zu kombinieren man erhält dann eine Szene mit hoher räumlicher Auflösung und mehr als einem Spektralkanal. Die Kamera kann um 45 Grad aus dem Nadir gedreht werden. Um die Auflösung unter 3 m zu halten, sollte der Winkel aber nicht 30 Grad überschreiten.
Das Investment in beide Satelliten beträgt 300 Millionen Euro, also nur 150 Millionen Euro pro Satellit, was relativ günstig ist. Sie sollen bis 2023 betrieben werden.
Dies ist der erste japanische
Erderkundungssatellit. Er wurde mit einer H-1 Trägerrakete in einen sonnensynchronen 568
km hohen Orbit mit 96.6 Grad Neigung befördert. Der Satellit hat zwei Sensoren: Ein abbildendes Radar (SAR) und einen optischen
Sensor. Der Satellit wiegt 1340 kg. Die Radarantenne konnte nur mit einem Drittel der geplanten Leistung arbeiten. Der Satellit hat
Abmessungen von 1 × 1.8 × 3.1 m. Die Solarpanels sind je 8 × 3.4 m groß.
Die Datenübertragung zur Erde geschieht mit zwei Sendern mit je 30 MBit Datenrate bei 8 GHz im X-Band. Ein Bandrekorder kann bis zu 20 Minuten die Daten zwischenspeichern. Der optische Sensor hat je 4 Kanäle im visuellen Bereich und nahen Infrarot Die Wellenlängen liegen bei:
Die Kombination eines Kanals der nach unten schaut und einen der nach vorne schaut erlaubt es stereoskope Bilder zu erzeugen. Im nahen Infrarot haben die Kanäle folgende Charakteristika:
Der Satellit macht Aufnahmen von 75 km Breite bei 18 m Pixelgröße. Ein Gebiet auf der Erde wird nach spätestens 44 Tagen wieder besucht. Die Auswahl der Spektralkanäle weist ihn primär als Umweltsatelliten aus. Über die Details des SAR Instrumentes siehe die Beschreibung bei den Radarsatelliten. Der Satellit arbeitete bis zum 11.10.1998, mehr als 4 Jahre über der geplanten 2 jährigen Missionsdauer. Es soll entweder das Lagekontrollsystem oder die Stromversorgung ausgefallen sein.
Lewis hatte die Aufgabe einen
Multispektralscanner mit sehr vielen Spektralkanälen zu erproben. Der nur 445 kg schwere Satellit wurde am 23.8.1997 mit einer
Athena Trägerrakete zusammen mit dem Satelliten Clark in einen 283-299 km hohen Orbit
gestartet. Während der Inbetriebnahme begann die Sonde Ende August mit 2 Umdrehungen pro Minute zu rotieren, wodurch sie nicht
mehr genug Strom zum Betrieb bekam. Der Satellit konnte nicht mehr unter Kontrolle gebracht werden und trat am 28..9.1997 wieder in
der Erdatmosphäre ein. Der 523 km hohe Arbeitsorbit konnte nicht erreicht werden, ebenso die geplante Missionsdauer von 1 Jahr.
Hauptnutzlast des nur 65 Millionen USD teuren Satelliten war ein neuer Multispektralscanner mit 384 Bändern zwischen 0.4 und 2.5 Mikrometern und 30 m Bodenauflösung bei 7.7 Streifenbreite, ergänzt durch einen zweiten Scanner mit 256 Bändern zwischen 1.0 und 2.5 Mikrometern Wellenlänge bei nur 300 m Bodenauflösung, aber 77 km Streifenlänge und eine Kamera mit 5 m Bodenauflösung für Monochromaufnahmen bei 13 km Kantenlänge pro Bild (0.45 - 0.75 Mikrometern Wellenlänge).
Earth Observing (EO-1) ist ein Satellit, der neue
Technologien erproben soll, um langfristig die teuren großen Erderkundungssatelliten wie Landsat zu ersetzen. Er gehört
wie die Raumsonde Deep Space 1 zum New Millennium Programm. EO-1 holt in gewisser Weise das nach was bei
Lewis misslang. EO-1 wiegt nur 566 kg und trägt drei abbildende Instrumente:
EO-1 startete am 22.11.2000 als Sekundärnutzlast mit einer Delta 2 Trägerrakete. Er fliegt in Tandem-Formation mit Landsat 7 und überblickt somit dasselbe Gebiet wie dieser. So können hohe spektrale Auflösung von Hyperion mit der hohen räumlichen Auflösung des ETM+ von Landsat 7 kombiniert werden. AC soll weiterhin die Qualität der Landsatdaten verbessern. Der Abstand von Landsat beträgt 1 Minute im Orbit und maximal 3 km in der Position.
Die Daten werden erstmals über eine Phased-Array Antenne (ohne bewegliche Teile) mit 105 MBit/s im X Band zur Erde übertragen. Diese Technologie wurde dann auch auf der Raumsonde Messenger eingesetzt, nachdem sie EO-1 erprobt hatte. Die Daten werden auf einem 48 GBit fassenden Rekorder zwischengespeichert.
Envisat
Der Erderkundungssatellit Envisat hat sehr viele Instrumente an Bord, die auch optische Multispektralaufnahmen machen. Seine Hauptinstrumente sind jedoch SAR-Radarantennen und Mikrowellenradare zur Temperatur und Höhenmessung. Daher findet sich eine umfassende Beschreibung bei den Radarsatelliten.
HY-1 (15.5.2002)
Chinas erster ziviler Erderkundungssatellit Hai Yuang (Meer) 1 dient wie der Name schon sagt vornehmlich der Meeresbeobachtung. Der 365 kg schwere Satellit wurde am 15.5.2002 mit einer "Langer Marsch 4B" Trägerrakete gestartet. Er ist der erste einer Serie von Satelliten (bis zu 5). Das zweite Exemplar soll 2005 folgen.
Die Nutzlast besteht aus einem 10 Kanal Ozean Scanner und einer 4 Kanal CCD Kamera. Die Wiederholung der Abbildung eines Ortes liegt bei 3 Tagen beim Scanner und bei 7 Tagen bei der CCD Kamera. Die geplante Lebenszeit von 2 Jahren hat der Satellit inzwischen übertroffen. Der Orbit liegt zwischen 799 und 793 km Höhe bei einer Inklination von 98.8 Grad.
RapidEye ist eine private Firma die mit
ihren 5 Satelliten kommerziell erfolgreich im Bereich Erderkundung sein will. Bislang gab es privates Engagement nur bei den
hochauflösenden Satelliten, die alle aus den USA stammten. RapidEye ist eine deutsche Aktiengesellschaft, die 150 Millionen Euro
in ihr Satellitenprojekt gesteckt hat.140 Mitarbeiter arbeiten in Brandenburg an dem Projekt.
Jeder RapidEye Satellit wiegt nur 150 kg und hat die Abmessungen eines 1 x 1 x 1 m großen Quaders.
Die fünf Spektralkanäle sind folgende:
Jedes Pixel deckt ein Gebiet von 5 m ab bei einer Auflösung von 12 Bits pro Pixel. Eine Scanzeile umfasst 11980 Pixel. Der Abstand der Pixels liegt bei 6.5 m. (Dies ist auch die Pixelgröße bei aufgearbeiteten Bildern). Die Breite eines Bildstreifens beträgt 77 km. 4 Millionen km² Fläche sollen die Satelliten pro Tag erfassen. Jeder passiert einen Punkt der Erde um 11 Uhr lokaler Zeit. Durch 5 Satelliten hat das System die Fähigkeit einen bestimmten Ort jeden Tag erneut aufzunehmen. Allerdings nur von der Seite wie auch bei andern Systemen. Die Zeit zwischen zwei Passagen senkrecht zum Gebiet liegt bei 5.5 Tagen. Jeder Satellit kann einen maximal 1500 km langen Streifen zwischenspeichern. Für den Empfang der Daten gibt es eine Bodenstation in Svalbard ( Norwegen). Die Satelliten werden von SSTL (Survey Satellite Technology Limited), einem britischen Unternehmen gebaut. Die DLR ist mit zirka 10 % an dem Unternehmen beteiligt und vergab dadurch den Enzwicklungsauftrag für die Kamera an Jena Optronik. Die Satelliten sind dreiachsenstabilisiert und benutzen Star-Tracker Kameras um ihre Lage im Raum festzustellen. Jedes der 3 Solarpanels an der Oberfläche besteht aus Galliumarsenid Solarzellen und liefert 105 Watt Leistung.
Die Satelliten wurden am 15.8.2008 gemeinsam in eine 630 km hohe sonnensynchrone Umlaufbahn von einer Dnepr gebracht. Man erwartet sich von dem System eine Nutzungsdauer von mindestens 7 Jahren.
Während die letzten Beobachtungssatelliten
von Frankreich immer größer wurden, sind die Plejades eine Zäsur. Italien und Frankreich betreiben das System
gemeinsam. Frankreich baut mit Plejades 1+2 zwei Satelliten mit einem optischen Teleskop, während Italien die beiden
Cosmo/Skymed Satelliten mit ihrem abbildenden RADAR betreibt. Beide Systeme sind Dual-Use Systeme, also Satelliten für den
militärischen und zivilen Bereich. Das unterscheidet sie von ihren Vorgängern Helios. Diese Satelliten werden von Frankreich, Deutschland, Italien, Belgien und Griechenland gemeinsam
betrieben.
Die Plejades wiegen nur jeweils 1000 kg und werden in einen 694 km hohen Orbit Sojus Trägerraketen von Kourou aus gestartet,. Am 16 Dezember 2011 wurde Plejades 1 gestartet, Plejades 2 sollte im ersten Quartal 2013 folgen, der Start wurde aber vorgezogen. Am hexagonalen Bus befinden sich drei Solarpanel im 120 Grad Winkel die 1.500 Watt Leistung liefern. Das Datenverarbeitungssystem sendet mit 450 MBit/s zum Boden und kann 600 GBit zwischenspeichern.
Kernstück ist ein in der Mitte des Satelliten eingebautes Körsch Teleskop mit einem TDI-Sensor. Es bildet einen 20 km breiten Streifen mit 0,7 m Auflösung ab. Multispektrale Aufnahmen sind mit 2,8 m Auflösung möglich. Das Teleskop in Korsch-Bauweise hat eine Öffnung von 65 cm. Dieser Teleskoptyp ist vom Cassegrain abgeleitet und hat ein sehr großes, ebenes Bildfeld. Es gibt zwei Detektoren: Panchromale Aufnahmen entstehen aus 5 TDI-Detektoren mit je 6000 Pixeln pro Zeile und 15 Zeilen von 13 µm Pixelgröße. Multispektralaufnahmen entstehen mit 5 Detektoren von je 1500 Pixeln Breite mit vier Spektralfarben. Wie bei anderen Satelliteninstrumenten werden die Pixel einer Spalte addiert, also 15 bei monochromen und 5 bei farbigen Aufnahmen.
Eine Zeile setzt sich aus der Summe alle Detektoren zusammen. So beträgt die Breite einer Zeile 7.500 Pixeln bei Multispektralaufnahmen und 30.000 Pixel bei monochromen Aufnahmen. Die Rohdatenrate beträgt 4,5 GBit/s. Die Bilder werden dann komprimiert. Standardmäßig mit dem Faktor 5, steigerbar bis auf den Faktor 7. Die Kompression ist auch notwendig, weil der Massenspeicher aus Halbleiterbausteinen maximal 1,5 GBit/s abspeichern kann. Das Senden zum Boden erfolgt mit einer 64 Grad geöffneten Hornantenne auf drei Kanälen mit je 155 MBit/s. Pro Tag macht der Satellit rund 450 Aufnahmestreifen. Die Länge eines Streifens ist von dem Winkel zum Boden und den eingesetzten Spektralkanälen abhängig. Sie beträgt minimal 70 und maximal 300 km.
Das das System durchaus militärischen Charakter hat (auch wenn es für ein solches System erstaunlich viele Details auf den CNES Seiten gibt) sieht man daran, dass ein Satellit ein Gebiet erneut nach zwei Tagen beobachten kann (dann unter einem schrägen Blickwinkel von 47 Grad) und bei zwei Satelliten dies täglich möglich ist. Die Revisit-Time beträgt 26 Tage. Stereoskope Aufnahmen sollen ebenfalls angefertigt werden können.
Die CNES betreut die militärischen Kunden sowie zivilen Kunden der Republik Frankreich (Regierungsorganisationen), SPOT Image vertreibt dagegen die kommerziellen Bildprodukte.
Artikel zuletzt aktualisiert: 10.9.2012
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