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TerraSAR-X ist der neueste Radarsatellit von Deutschland. Deutschland baute schon die instrumentellen Nutzlasten für
ERS-1 und ERS-2 sowie Envisat und führte 1994 die beiden Shuttle Missionen X-SAR und 2000 die SRTM Mission mit der NASA und Italien
auf dem Shuttle aus, um Radaranlagen zu testen und die Erde zu kartieren. Diese Technologie erreicht nun ihren vorläufigen Höhepunkt
in den Satelliten TerraSAR-X und SARLupe. Beides sind sehr kleine und preiswerte Systeme, die mit den Milliarden Dollar teuren 14.5
t schweren Lacrosse Satelliten des DoD mithalten können.
TerraSAR-X hat zwei wesentliche Aufgaben: Das eine ist die Versorgung der wissenschaftlichen Gemeinschaft mit hochauflösende SAR Aufnahmen. Das zweite ist es in Zusammenarbeit mit der Industrie einen Markt für Erdbeobachtungssatelliten zu schaffen, der dann von der Industrie aus den Profiten selbst finanziert wird. (An letzterem hat der Autor so seine Zweifel. Bisherige Versuche zur Privatisierung z.b. des Landsatsystems scheiterten und bislang arbeitet kein privates Unternehmen in diesem Sektor profitabel (das bislang einzige private Unternehmen, das den Ikonos Satelliten betreibt lebt im wesentlich davon, dass seitens des DoD massiv Bilder gekauft werden - nicht um US Aufklärungssatelliten zu ergänzen, sondern um zu verhindern dass Bilder bestimmter gebiete frei auf dem Markt verfügbar sind).
TerraSAR-X ist wie SAR/Lupe ein System mit einer verbesserten Antennentechnologie. Anstatt eine Sende/Empfangsantenne verfügt das System über eine Antenne mit 384 Phase-Array Sende/Empfangsantennen. Der Bus selbst basiert auf den Erfahrungen mit den Grace und Champ Missionen und wird von EADS Astrium gebaut.
Der Satellit wiegt beim Start 1230 kg. Er ist 5 m hoch und hat einen maximalen Durchmesser von 2.4 m. Zwei Galliumarsenid Solarpanels mit einer Fläche von 5.25 m² liefern den Strom für den Satelliten. Mindestens 800 Watt werden zum Betrieb benötigt. Eine Antenne an einem 3.3 m langen Ausleger der nach dem Start aufgeklappt wird überträgt die Daten zur Erde. Dies geschieht im X-Band mit 300 MBit/s.
Der Satellit hat eine Lebensdauer von 5 Jahren und wird nur 130 Millionen Euro kosten, davon zahlt EADS, die den Satelliten bauen 27.7 Millionen € für die kommerziellen Vertriebsrechte der Bilder. Dies zeigt wie sich die Situation von den großen Satelliten wie ERS-1+2 und Envisat zu kleineren spezialisierten und dennoch leistungsfähigen Beobachtungssatelliten gewandelt hat. TerraSAR-X ist das erste Projekt in Deutschland eines gemeinsamen Joint-Ventures zwischen öffentlichem Auftraggebern (mit Interesse an Daten für Wissenschaft und Verwaltung) und der Industrie 8mit dem Interesse am kommerziellen Vertrieb). Bewährt sich das Modell, so sollen folgende Satelliten von EADS/Astrium selbst gebaut und finanziert werden.
Der Start des Satelliten war im Oktober 2006 geplant. Ein Fehlstart der Dnepr-1 Trägerrakete im Juli 2006 und die darauffolgenden Untersuchungen führten zum Verschieben des Starts auf Februar 2007. Später kamen weitere Verzögerungen hinzu. Schließlich erfolgte der Start am 15.6.2007. Schon 6 Tage später sendete der Satellit die ersten - erstaunlich scharfen - Bilder zur Erde. Drei Bodenstationen der DLR (in Inuvik (Kanada) O'Higgins (Antarktis) und Kiruna (Schweden, Partnerstation nicht vom DLR betrieben) empfangen die Daten. Durch die Näahe bei den Polen gibt es dort den häufigsten Funkkontakt.
Hauptinstrument ist eine SAR Antenne an einem separaten Ausleger. Die Elektronik dafür befindet sich im Bus des Satelliten.
Sie kann mit Star Tracker Kameras auf 65 Bogensekunden genau ausgerichtet werden. Als SAR Antenne schaut sie seitwärts, d.h.
macht Aufnahmen links und rechts neben dem Flugpfad. Die Antenne alleine wiegt 472 kg. Hinsichtlich der Kombination von Auflösung
und globaler Abdeckung ist TerraSAR-X heute einmalig: Er erreicht die Auflösung welche man bisher nur von Radarantennen an Bord von
Flugzeugen kannte bei einer Abdeckung der Oberfläche welche derer anderer Satelliten entspricht.
Die Antenne von 4.9 × 0.85 × 0.3 m Größe besteht aus 12 Einzelteilen mit jeweils 32, also insgesamt 384 Empfängern/Sendern. Sie kann in horizontaler oder vertikaler Polarisation arbeiten und jeder Sender/Empfänger besteht aus einem Hohlschlitzstrahler. Die Antenne wurde an die Satellitengröße angepasst, so dass sie fest an der Seite montiert ist und nicht im Orbit entfaltet werden muss. Auch die Nachführung geschieht nur elektronisch, der Satellit oder die Antenne wird nicht gedreht.
Sie arbeitet im X-Band bei 9650 MHz Frequenz (Welllänge 3 cm) mit einer Bandbreite von 300 MHz. Der Übergang von C-Band in das X-Band (daher auch der Name TerraSAR-X) ermöglicht die hohe Auflösung. Sie kann elektronisch um 20-60 Grad senkrecht zur Flugrichtung geschwenkt werden. Das Schwenken in Azimuthrichtung ist um 0.75 Grad möglich. Unterhalb des Satelliten ist im Bereich von 20 Grad keine Aufnahme möglich, daneben gibt es zwei Beobachtungsfelder die sich bis zu 55 Grad vom Satelliten entfernen jeweils links / rechts davon eines pro Antenne. So kann auf der Erde ein Gebiet von 1100 km Breite abgetastet werden, mit einem Streifen von 380 km Breite unterhalb des Nadirpunktes des Satelliten in dem keine Aufnahmen möglich sind.
Dieses Schwenken liefert im Spotlightmodus mehr Daten eines Gebietes indem man praktisch die Antenne dem Gebiet nachführt und dadurch erhält man die hohe Auflösung in diesem Modus. Der Satellit produziert pro Sekunde und pro Antenne 340 MBit Daten. Dafür ist dieser Modus auf ein kleines Gebiet von maximal 5 x 10 km Größe beschränkt, während die beiden anderen Modi einen kontinuierlichen Streifen liefern solange bis der Speicher an Bord zum Zwischenspeichern der Daten voll ist.
Es gibt einen 256 GBit Speicher aus FLASH RAM an Bord welcher die Datenmenge zwischenspeichern kann. Erprobt soll auch der "Dual-Receive-Antenna-Mode". Bei diesem wird die Antenne in 2 Hälften geteilt, welche voneinander unabhängig sind. Als Effekt erhält man Daten wie wenn man 2 Antennen hätte und kann besonders gut Bewegungen am Boden ausmachen und deren Geschwindigkeit messen, wenn sich ein Objekt zwischen den beiden Impulsen der beiden Hälften der Antenne bewegt hat. So will man Verkehrsströme auf Autobahnen vermessen.Möglich ist es weil die Antenne voll redundant ist und man im normalen Betrieb nur eine Hälfte einsetzt. Die hohe Auflösung im Spotlight Modus ist auch nur so möglich und es ist auch eine "Polarisationsmessung" möglich. Unter diesem aus der Optik entlehntem Begriff versteht man wenn eine Antenne vertikal und die andere horizontal polarisierte Signal aussendet und empfängt. Erste Bilder dieses Modus erlaubten es erstmals farbige Aufnahmen zu erstellen, indem man für jede Polarisation eine Farbe wählte. So zeigten Aufnahmen von Hiddensee die Meereströmungen sehr deutlich wie auch die unterschiedliche Landnnutzung in verschiedenen Farben.
Die Datenrate der Antenne ist mit 340-680 MBit/s je nach Modus höher als die Datenrate zur Erde. Eine Zwischenspeicherung ist also unumgänglich. Alle 11 Tage wiederholt sich der Orbit. Von der Seite (unter anderem Blickwinkel) kann ein Gebiet schon nach maximal 4.5 Tagen (abhängig von der geographischen Breite, minimal nach 2 Tagen) erneut beobachtet werden.
| Modus | Spotlight I | Spotlight II | Experimenteller Dual Receive Mode | Stripmap Mode | Scan SAR Mode |
| Bodenauflösung | 2 x 1 m | 2 x 2 m | 1 x 1 m | 3 x 3 m | 16 x 16 m |
| Szenengröße | 5 x 10 km | 10 x 10 km | 5 x 10 km | < 1500 x 30 km | < 1500 x 100 km |
| Datenrate | 340 MBit/s | 340 MBit/s | 680 MBit/s | 580 MBit/s | 580 MBit/s |
Es gibt drei sekundäre Experimente: Ein Laserlink Experiment zur experimentellen Datenübertragung mittels Laser (mit Datenraten von bis zu mehreren Gigabit/sec) und ein Experiment welches mit GPS Empfänger und Laserreflektoren eine sehr präzise Vermessung des Orbits erlauben soll, wodurch die Position auf 10 cm genau ermittelbar sein soll.
Das Laserlink Terminal wird von der Firma TESAT gebaut. Das nur 33 kg schwere Terminal kann 7.8 GBit/s in eine Entfernung von bis zu 8000 km übertragen. Der Stromverbrauch beträgt 130 Watt. Mit einem Receiver an Bord eines zweiten Satelliten können Daten von weit entfernten Bodenstationen über den Satelliten ausgetauscht werden. Übertragen wird mit einem Laser bei 1064 nm Wellenlänge. Diese Technologie ist aus zwei Aspekten her interessant. Zum einen erlaubt sie es viel mehr Daten zu übertragen. Bei herkömmlichen Satelliten ist die Bandbreite eines Sendekanals begrenzt und damit die maximale Datenrate. Das Zusammenfassen mehrerer Datenkanäle mit mehreren Sendern ist deutlich aufwendiger als die optische Datenübertragung. Vor allem aber ist die Datenübertragung viel abhörsicherer, denn ein Laserstrahl lässt sich über Tausende von Kilometern auf wenige Hundert Meter genau fokussieren. Ein Lauscher müsste sich schon in unmittelbarer Nähe der Empfangsstation befinden um den Funkverkehr abzuhorchen.
Das Zweikanal GPS Experiment IGOR ermöglicht nicht nur die Ortsbestimmung auf 10 cm genau - was sowohl die geographische Zuordnung der Radardaten wie auch den Betrieb mit TanDEM-X erleichtert, die Bestimmung der Signalstärke wenn ein GPS Satellit hinter dem Horizont auftaucht erlaubt auch Rückschlüsse über die Atmosphäre wie Druck, Temperatur, Wasserdampfgehalt und Elektronendichte. Dies soll helfen die Wettermodelle zu verbessern.
Der Laserreflektor dient ebenfalls der genauen Ortbestimmung und Orbitbestimmung mittels eines Netzes von Laserstationen am Boden.
Der Orbit für TerraSAR-X wurde so gewählt, dass er nach 11 Tagen sich wiederholt. Dies ist nach 167 Orbits der Fall. Die nominelle Orbithöhe beträgt 514.8 km, die Inklination 97.45 Grad. Dies ist ein sonnensynchroner Orbit. Für ein RADAR ist die Beleuchtung auf der Oberfläche nicht wesentlich, aber ein sonnensynchroner Orbit vereinfacht auch den Aufbau des Satelliten, da er sich permanent an der Grenze der Tag/Nachtseite bewegt und damit dauernd im Sonnenlicht steht. Die Batterien werden so nur relativ selten entladen (es kommt trotzdem einige Male pro Jahr zum Eintritt in den Erdschatten) aber nicht bei jedem Orbit. Der Satellit überfliegt den Äquator um 18 Uhr Ortszeit mit einer Abweichung von maximal einer Viertelstunde und eine Beobachtung am Boden ist mit einer Wiederholbarkeit von 500 m möglich.
Die Daten werden an Bord gespeichert und beim Überflug einer Bodenstation in hoher Datenrate mit 300 Mbit/s zum Boden übermittelt. Kommandos werden von der Bodenstation in Weilheim gesandt, die Daten selbst werden von einer Bodenstation in Neustrelitz empfangen. Sowohl Kommandos wie auch Daten zum Boden werden verschlüsselt gesendet um einen Missbrauch auszuschließen.
Am 15.6.2007 wurde TerraSAR mit einer Dnepr gestartet, schon eine Woche nach dem Start lieferte er erste Bilder. Seitdem ist der Satellit hoch verfügbar und auch andere Parameter liegen deutlich über den Vorgaben, so können die Bilder mit einer Genauigkeit von nur 0.5 m einer geographischen Position zugordnet werden. Zwei Jahre nach dem Start hat TerraSAR über 35000 Radarbilder geliefert, die zu 50.000 Produkten weiter verarbeitet wurden. Dazu gehört auch die Überwachung der folgen von Naturkatastrophen wie Überschwemmungen oder Erdbeben. Vergleiche von Vorher-Nachher Aufnahmen lassen nicht nur Veränderungen erkennen, sondern dienen auch der Forschung indem man nun die Veränderung des Bodenprofils festgestellt werden kann.
Auf der ILA 2006 wurde zwischen der EADS und der DLR ein Vertrag abgeschlossen, der einen Nachbau des Satelliten vorsieht. Der neue Satellit heißt dann TanDEM-X. Auch hier werden die Kosten geteilt: Von den 85 Millionen Euro die der Nachbau kostet (billiger als TerraSAR, da die Entwicklungskosten wegfallen) entfallen 56 Millionen auf die DLR, 26 Millionen auf EADS und 3 Millionen will man durch die Vermarktung von Zusatznutzlasten auf dem Satelliten erbringen. Der Name leitet sich davon ab, das TANDEM-X seinem Vorgänger TerraSAR-X in nur wenigen 100 m Abstand (geplant 500-2000 m, eventuell verringert auf 200 m, nach den positiven Erfahrungen der Bahnkontrolle bei TerraSAR) im Orbit folgen soll.. Zusammen können beide Satelliten die gesamte Landoberfläche der Erde innerhalb von 2.5 Jahren kartieren und dabei eine Karte mit einer Horizontalauflösung von 12 m und einer Höhenauflösung von 2 m erstellen. Vor allem aber wird die Genauigkeit vor allem von Höheninformationen gewaltig gesteigert. Dies ist möglich durch den Flug im Tandem auf sehr ähnlichen, aber doch verschiedenen Orbits. Man sieht so die Erde aus zwei leicht unterschiedlichen Perspektiven zum gleichen Zeitpunkt. (Das letztere ist ein Unterschied gegenüber ERS-1/2). Der Start von TanDEM-X ist für den Oktober 2009 geplant. Ab 2010 soll ein digitales Geländemodell in einer noch nicht bekannten Qualität der Erdoberfläche vorliegen. Es handelt sich um Stereobilder die bei Abgleich minimalste Abweichungen der Erdoberfläche sichtbar machen können. Bewegungen unter 1 mm sollen erkannt werden können.
Wie bei Terra-SAR-X bekommt EADS Astrium für die Beteiligung das alleinige kommerzielle Vertriebsrecht für die Aufnahmen. Dafür muss sie allerdings auch einen kommerziellen Vertrieb aufbauen. Schon 2001 wurde dafür die Tochterfirma Infoterra gegründet. Die Steuerung des Satelliten, der Datenempfang und die nicht kommerzielle Nutzung beleibt weiterhin bei der DLR.
Ein Nachfolger: TerraSAR-X2 soll dann vollständig aus den Gewinnen der kommerziellen Vermarktung durch Infoterra finanziert werden. Sein Start ist ab 2011 geplant. Wann genau dürfte auch von der Lebensdauer von TerraSAR-X abhängen. Erwartet wird ein Umsatz von 30-40 Millionen Euro pro Jahr. Die hohe Genauigkeit im Spotlightmodus sowie die Möglichkeit 95 % der Erdoberfläche nach 2 Tagen erneut zu beobachten unabhängig von Tag und Nacht und Wolkenbedeckung sollte nach Infoterra vor allem für Militärische Kunden sehr interessant sein. Dieser Nachfolger scheint aber (Stand 2014) nicht zu kommen, so plant das DLR nun zusammen mit der JAXA eine Nachfolgemission Tandem-L mit erheblich größeren Antennen. Sie soll 100-mal mehr Fläche abbilden können und so die gesamte Erde zweimal pro Woche anstatt einmal pro Jahr abzudecken. Tandem-L wird nicht vor 2020 starten.
Nach drei Jahren Betrieb von Terra-SAR-X und TanDEM-X konnte das DLR vermelden, dass man die Erde zweieinhalbmal erfasst hat, insgesamt 380 Millionen km². Für zahlreiche Regionen sind zwei Überflüge ausreichend um eine Karte zu erstellen, für bergiges Gelände nicht, da braucht man noch weitere Überflüge aus weiteren Blickwinkeln. Ziel ist eine 3D-Karte mit einer Höhenauflösung von 2 m alle 12 m. Das ist dreißigmal genauer als die bisherigen Modelle. Die Datenmenge nach drei Jahren beträgt 350 Terabyte, das sind 350.000 Szenen von je 30 x 50 km Größe. Der Abstand der Satelliten wurden laufend reduziert und liegt nun bei nur noch 120 m.
Letzte Änderung des Artikels: 20.4.2014
Lang Zeit gab es von mir nur ein Buch über Raumsonden: die beiden Mars-Raumsonden des Jahres 2011, Phobos Grunt und dem Mars Science Laboratory. Während die russische Raumsonde mittlerweile auf dem Grund des Pazifiks ruht, hat für Curiosity die Mission erst bekommen. Das Buch informiert über die Projektgeschichte, den technischen Aufbau der Sonden und ihrer Experimente, die geplante Mission und Zielsetzungen. Die Mission von Curiosity ist bis nach der Landung (Sol 10) dokumentiert. Einsteiger profitieren von Kapiteln, welche die bisherige Marsforschung skizzieren, die Funktionsweise der Instrumente erklären aber auch die Frage erläutern wie wahrscheinlich Leben auf dem Mars ist.
2018 wurde dies durch zwei Lexika, im Stille der schon existierenden Bücher über Trägerraketen ergänzt. Jedes Raumsonden Programm wird auf durchschnittlich sechs bis acht Seiten vorgestellt, ergänzt durch eine Tabelle mit den wichtigsten zeitlichen und technischen Daten und Fotos der Raumsonde, bzw., Fotos die sie aufgenommen hat. Ich habe weil es in einen band nicht rein geht eine Trennung im Jahr 1990 gemacht. Alle Programme vorher gibt es in Band 1. Die folgenden ab 1990 gestarteten dann in Band 2. In Band 2 ist ein Raumsonden Programm meist eine Einzelsonde (Ausnahme MER). In Band 1 dagegen ein Vorhaben das damals zumeist aus Doppelstarts bestand, oft auch mehr wie z.B. neun Ranger oder sieben Surveyor. Beide Bänder sind etwa 400 Seiten stark. In Band 1 gibt es noch eine gemeinsame Einführung für beide Bände über Himmelsmechanik und Technik der Instrumente. Beide Bände haben einen Anhang mit Startlisten, Kosten von Raumsonden und Erfolgsstatistiken. Band 2 hatte Redaktionsschluss im Januar 2018 und enthält die für 2018 geplanten Missionen über die es genügend Daten gab.
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