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Erster Hyperspektralsatellit vor letzter Inspektion

 

03. Feb 2022 - 02:40 Uhr


Raumfahrt

Erster Hyperspektralsatellit vor letzter Inspektion

Noch steht der deutsche Umweltsatellit EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program), der erste in Deutschland entwickelte und gebaute Hyperspektralsatellit, in einer Reinraumhalle in Bremen. Letzte Arbeiten werden durchgeführt, aber man ist auf der Zielgeraden zum Abtransport für den Start.


Wenn alles planmäßig läuft, soll der neue deutsche Umweltsatellit Ende Februar 2022 mit einem Iljuschin Il-76 Transportflugzeug zum NASA-Raumflughafen nach Florida gebracht werden. Von dort soll EnMAP voraussichtlich Anfang April 2022 an Bord einer Falcon-9-Rakete des US-Raumfahrtkonzerns SpaceX zu seinem Zielorbit aufbrechen. Der Hyperspektralsatellit soll mindestens fünf Jahre lang Daten über den Zustand unseres Heimatplaneten erheben.


Deutschland bekommt "Satellitenfernsehen in Farbe"


Aus rund 650 Kilometern Höhe wird EnMAP unsere Erde fest im Blick behalten und mit einzigartigen Aufnahmen aus dem Weltraum unseren Planeten in "mehr als allen Farben" aufnehmen. Dafür analysiert er die von der Erdoberfläche reflektierte Sonnenstrahlung. Seine spektral hochauflösenden Aufnahmen können eine wichtige Rolle bei Klimawandel und Umweltzerstörung spielen und wertvolle Hinweise für Gegenmaßnahmen liefern. Die Mission wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geführt.


"Deutschland ist bei der Erdbeobachtung weltweit führend – das beweist der heutige Tag einmal mehr. Dank der innovativen Hyperspektral-Sensorik von EnMAP lässt sich die Erde zukünftig in einer noch nie dagewesenen Detailtiefe beobachten", erläutert Dr. Anna Christmann (MdB), Koordinatorin der Bundesregierung für die Luft- und Raumfahrt, und ergänzt: "Mit Daten aus dem All können wir unseren Planeten schützen. EnMAP wird uns dabei helfen, die globale Landnutzung nachhaltig zu gestalten, die Folgen des Klimawandels aufzuzeigen und der fortschreitenden Umweltzerstörung entgegenzuwirken. Der Satellit ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie modernste Raumfahrttechnik zum Wohle der Menschheit und der Umwelt eingesetzt werden kann."


Unsere Erde verändert sich ständig. Satelliten sind ein wichtiges Werkzeug, um den Klimawandel und andere Wechsel zu registrieren und zu dokumentieren. Beispiel "Precision Farming": Hier kann EnMAP dazu beitragen, die Nährstoff- und Wasserversorgung der Pflanzen sowie Bodeneigenschaften präzise zu bestimmen. Das kann beim Thema globale Ernährungssicherheit helfen, aber auch bei Fragen von nachhaltigem Rohstoffabbau und -lagerung.


"Die Spektrometer von EnMAP basieren auf Technologien für die Erdbeobachtung, die seit Jahren in Deutschland erfolgreich entwickelt und eingesetzt werden. Diese lassen uns die Erde mit anderen Augen sehen", betont Prof. Anke Kaysser-Pyzalla, die Vorstandsvorsitzende des DLR. "Die Daten, die EnMAP liefern wird, eröffnen Wissenschaftlern neue Möglichkeiten. Insbesondere beziehen sich diese unter anderem auf das Überwachen des globalen Ökosystems, das Monitoring und die Suche nach Ressourcen, sowie eine Verbesserung der Reaktion auf humanitäre Krisen. Das Management solcher anspruchsvollen Missionen, der wissenschaftliche Umgang mit Daten, deren Bearbeitung und Auswertung, sowie in der Missionskontrolle, demonstrieren die vielfältigen und interdisziplinären Fähigkeiten des DLR als nationales Forschungszentrum für Luft- und Raumfahrt."


EnMAP sieht mit 220 Farbkanälen


Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstandsmitglied und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR in Bonn, betont: "EnMAP hat für uns technologische, wissenschaftliche und industriepolitische Zielstellungen: Er ist unser Wegbereiter für die hyperspektrale Fernerkundung, eine Sensorik, die bisher nur vom Flugzeug aus eingesetzt wurde. Wir setzen diese Technologie nun erstmals für eine operationelle Satellitenmission ein. Wir ‘messen‘ zum Beispiel wirklich quantitativ die Zusammensetzung von Bestandteilen der Erdoberfläche – also die stoffliche Zusammensetzung, das funktioniert nur mit hyperspektraler Fernerkundung. EnMAP hat zudem mehr als 220 Farbkanäle, die aus 650 Kilometern Höhe eine Auflösung von 30 Metern am Boden erreichen können. Zum Vergleich: Ein handelsüblicher Fotoapparat hat eine dreikanalige Kamera." Die NASA bereite ebenfalls eine Hyperspektralmission vor und tausche sich mit den deutschen Experten aus, so Pelzer weiter. Auf europäischer Ebene werde diese in Deutschland entwickelte und gebaute Technologie in den künftigen Copernicus-Missionen Anwendung finden.


Mit der Entwicklung und dem Bau des Satelliten sowie des Hyperspektralinstrumentes wurde die OHB-System AG beauftragt. "Die Satellitenplattform aus Bremen und das hochkomplexe EnMAP-Instrument, das am OHB-Raumfahrtzentrum ‘Optik & Wissenschaft‘ im bayerischen Oberpfaffenhofen erdacht und gefertigt wurde, legen die Basis für eine ganz neuartige globale Erdbeobachtungsmission. Wir haben am Rande des technisch Machbaren gearbeitet und mit Sachverstand, Erfahrung und Leidenschaft ein leistungsfähiges Instrument erschaffen. Dabei haben wir Pionierarbeit geleistet und unsere Expertise enorm erweitert. Dieses Wissen bringen wir in andere Satellitenmissionen ein. EnMAP wird einen wertvollen Beitrag im Kampf gegen den Klimawandel und für mehr Umweltschutz leisten, denn seine Daten werden eindeutige Handlungsempfehlungen zur Bewältigung der drängenden Fragen unserer Zeit liefern", ergänzt Marco Fuchs, Vorstandsvorsitzender der OHB SE.


EnMAP wurde als wissenschaftliche Mission entwickelt und stellt daher primär Wissenschaftlern und Entwicklern aus Forschung und Unternehmen Daten zur Verfügung. Klassische Anwendungsgebiete sind hier Forst- und Landwirtschaft, Geologie und Böden, sowie Wassermanagement und Detektion von Umweltverschmutzung. Aber auch aus der Atmosphären- und Treibhausgasforschung gibt es ein klares Interesse an den EnMAP-Daten. Das Anwendungsspektrum der Daten ist sehr breit. "Der Start des Satelliten markiert einen Meilenstein in der GFZ-Geschichte", sagt der Direktor des GFZ-Departments "Geodäsie", Prof. Harald Schuh. "Die Kolleginnen und Kollegen arbeiten seit vielen Jahren gemeinsam mit der internationalen EnMAP Science Advisory Group am Forschungsprogramm der Mission." Das Potsdamer Team koordiniert auch das umfangreiche EnMAP-PI-Projekt zur wissenschaftlichen Nutzungsvorbereitung und Unterstützung. Es wird gemeinsam mit den Partnerinstitutionen Humboldt-Universität Berlin, Universität Greifswald, AWI Bremerhaven und Ludwig-Maximilians-Universität München getragen.


Funktionsweise von EnMAP


Jedes Material auf der Erdoberfläche reflektiert das Sonnenlicht in einer für ihn charakteristischen Art und Weise, einer sogenannten Spektralsignatur. Diese Signatur kann EnMAP mit Hilfe seines Messinstruments "lesen". Um es aber nicht mit anderen Elementen zu verwechseln, müssen diese Signaturen sehr genau abgetastet werden. Dies macht man mithilfe von vielkanaligen Bildern (sogenannte Hyperspektralbilder), mit speziellen Auswerteverfahren können dann die Materialien und Zusammensetzung verschiedener Landoberflächen, natürlichen wie städtischen, identifiziert und qualifiziert werden. Als ein Beispiel: man kann damit nicht nur erkennen, welche Fruchtart auf einem Acker angebaut wird, sondern auch, wie gut diese mit Nährstoffen versorgt ist. Auch können Mineralien in Böden erkannt und quantifiziert werden, oder Algen und Schwebstoffe in Gewässern. Die zukünftige Nutzung der EnMAP-Hyperspektraldaten durch Universitäten und wissenschaftliche Einrichtungen und die Entwicklung von speziellen Anwendungen werden durch BMWK-Förderprogramme unterstützt.


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