Erdbeobachtung in Farbe: DESIS auf der ISS

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und die US-amerikanische Firma Teledyne Brown Engineering (TBE) informierten während des Internationalen Astronautischen Kongresses (IAC) in Washington, D.C. über die Aufnahme des operationellen Betriebs des DLR Earth Sensing Imaging Spectrometers: DESIS.

ISS als Erdbeobachtungssatellit

"Großartig, diese Mission ist schon jetzt ein voller Erfolg", ist DLR-Raumfahrtvorstand Prof. Hansjörg Dittus überzeugt. "Das Monitoring der Veränderungen unserer Umwelt und die Suche nach Ressourcen gehören in der heutigen Zeit zu den wichtigsten Aufgaben unserer Gesellschaft."

Das hyperspektrale Erdbeobachtungsinstrument verfügt über eine weltweit einzigartig hohe Aufnahmequalität. Aus dem 400-Kilometer-Orbit der ISS sammelt das Sensorsystem Bilddaten in 235 eng beieinander liegenden Spektralbändern. Es hat eine räumliche Bodenauflösung von 30 Metern und eine spektrale Auflösung von 2,55 Nanometern. Dadurch wird die Informationstiefe von Erdbeobachtungsdaten deutlich angehoben.

Bereits kurz nach der Inbetriebnahme von DESIS waren die ersten Aufnahmen verfügbar. Wissenschaftler analysieren die Daten und können aus ihnen Informationen über die Veränderungen im Ökosystem der Erdoberfläche und von Wasserflächen ableiten. So lässt sich zum Beispiel der Gesundheitszustand von Wäldern beurteilen. Sie helfen auch bei der Bewertung landwirtschaftlicher Flächen, um aussagekräftige Ertragsprognosen zu treffen.

Plastik im Ozean und Seltene Erden finden

Außerdem sind die Daten so schnell verfügbar, dass sie unter anderem Rettungskräften im Katastrophenfall zeitnah detaillierte Vor-Ort-Informationen liefern. So konnten mit DESIS-Daten auch Plastikinseln und Ölteppiche auf den Ozeanen identifiziert werden. Vor wenigen Monaten konnten durch die hohe räumliche Auflösung von DESIS erstmals seltene Erden aus dem All detektiert werden. Auch die Untersuchung von Korallenriffen ist mit den von DESIS gelieferten Daten möglich.

"Mit DESIS stehen dem DLR nun begehrte hyperspektrale Daten aus dem All für die Forschung zur Verfügung", fasst DLR-Gesamtprojektleiter Uwe Knodt die jüngsten Erfolge zusammen. "Wir bekommen Anfragen nach Daten aus aller Welt." Viele Länder haben bereits hyperspektrale Weltraummissionen, allerdings ist noch kein Projekt mit vergleichbarer Aufnahmequalität zu finden. Den kommerziellen Vertrieb von Daten übernimmt Teledyne Brown Engineering. Für wissenschaftliche Zwecke können Forschungseinrichtungen Daten über das DLR beziehen. Details hierzu sind auf der DESIS-Seite des Earth Observation Centers (EOC) unter der Rubrik "Data Access" beschrieben.

Der deutsche ESA-Astronaut Alexander Gerst installierte die Hyperspektralkamera Ende August 2018 auf der Erdbeobachtungsplattform MUSES (Multiple User System for Earth Sensing) auf der Internationalen Raumstation ISS. Möglich wurde das Projekt durch eine einzigartige Partnerschaft mit Teledyne Brown Engineering (TBE). Dadurch konnte Geld – insbesondere für den teuren Start ins All – gespart werden. Auch bei der Finanzierung des Spektrometers hat TBE geholfen. DESIS ist damit ein sehr effizientes Raumfahrtprojekt. Die Ergebnisse setzen einen neuen Maßstab für Hyperspektral-Missionen.

Was DESIS schon sah

DESIS (DLR Earth Sensing Imaging Spectrometer) soll hyperspektrale Daten zur Unterstützung wissenschaftlicher, humanitärer und kommerzieller Ziele liefern. Diese enthalten Informationen, um die Lage nach Umweltkatastrophen zu bewerten, unterstützen Landwirte bei der zielgerichteten Bewirtschaftung ihrer Flächen und dienen Wissenschaftlern als Basis für die Entwicklung neuartiger Algorithmen zur Atmosphärenkorrektur. Im Titelbild eine künstlerische Darstellung von DESIS auf der ISS.

Umweltauswirkungen der Landwirtschaft auf die Küstenregion bei Sierpe, Costa Rica: Die Wasserqualität des Pazifikküstengebiets im Bereich des Feuchtgebietes Térraba Sierpe in Costa Rica wurde auf Einträge aus Abwässern und landwirtschaftlicher Aktivitäten ausgewertet. Zu sehen sind neben dem RGB-Bild (sichtbarer Bereich des elektromagnetischen Spektrums, Bild 1) die relevanten Auswertungen für Schwebstoffe (Bild 2), für den Gelbstoff (Colored Dissolved Organic Matter, kurz CDOM), also gelöstes organisches Material (Bild 3), sowie für Phytoplankton (Bild 4). Da Phytoplankton an der ersten Stufe der Nahrungskette steht, ist der Zusammenhang wichtig. Die Auswirkungen von landwirtschaftlicher Düngung auf die Gewässer werden damit sichtbar.

Einsatzgebiet Costa Rica: DESIS-Daten für Wasserqualitätsstudien für die landwirtschaftliche Nutzung der Region Sierpe: Die DESIS-Aufnahme vom 25. April 2019 zeigt das Küstengebiet von Sierpe, Costa Rica. Zu sehen ist das RGB-Spektrum (die Bänder 16,59 und 98 mit den Wellenlängen 440, 550 und 650 Nanometer). DESIS liefert mit seinen Hyperspektralbildern die Datenbasis für Wasserqualitätsstudien im landwirtschaftlich genutzten National Wetland Térraba Sierpe in Costa Rica.

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