Kraterlandschaft
der „Nevada Test-Site“
Quelle:
DLR
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Die neue dreidimensionale Karte der Erde ist fertig.
Metergenau zeigen sich jetzt die Berggipfel und Talebenen der ganzen Welt auf
einen Blick. Im Rahmen der Satellitenmission TanDEM-X ist ein globales
Höhenmodell entstanden, das im Vergleich zu anderen globalen Datensätzen
unübertroffen genau ist und auf einer einheitlichen Datenbasis beruht. Die rund
150 Millionen Quadratkilometer Landoberfläche wurden aus dem All von
Radarsensoren abgetastet. "TanDEM-X hat ein neues Kapitel in der
Fernerkundung aufgeschlagen. Die Technologie zum Radarbetrieb von zwei
Satelliten im engen Formationsflug ist nach wie vor einzigartig – und war der
Schlüssel für die hochgenaue Neuvermessung der Erde. Damit hat das DLR seine
Vorreiterrolle unter Beweis gestellt und die Voraussetzungen für den nächsten
großen Entwicklungsschritt in der satellitengestützten Erdbeobachtung
geschaffen - für die angestrebte Radarmission Tandem-L", sagt
Vorstandsvorsitzende des Deutschen Zentrums für Luft-und Raumfahrt (DLR) Prof.
Pascale Ehrenfreund.
Mehr als 1.000 Wissenschaftler weltweit nutzen bereits
die Daten der Mission. "Mit der Fertigstellung des globalen TanDEM-X
Höhenmodells erwarten wir nochmal eine deutliche Steigerung des
wissenschaftlichen Interesses. Genaue topographische Daten sind essentiell für
sämtliche geowissenschaftliche Anwendungen", so Prof. Alberto Moreira,
leitender Wissenschaftler der TanDEM-X-Mission und Direktor des DLR-Instituts
für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme. Die Anwendungsmöglichkeiten des
einzigartigen Datensatzes reichen von der Klima-und Umweltforschung über das
Vermessungswesen bis hin zur Infrastrukturplanung beim Stadt- und Straßenbau.
Erwartungen übertroffen
Die Qualität des globalen Höhenmodells übertrifft alle
Erwartungen: 1 Meter beträgt die Höhengenauigkeit der Geländekarte – eine
Größenordnung besser als die geforderten 10 Meter. Dies ist ein Ergebnis der
hervorragenden Kalibrierung des Systems. So wurde etwa der Abstand der beiden
Satelliten im Formationsflug milimetergenau bestimmt. Unerreicht ist auch die
globale Abdeckung durch TanDEM-X – sämtliche Landflächen wurden mehrfach
aufgenommen und zu Höhenmodellen verarbeitet. Die Fernerkundungsspezialisten
des DLR haben dabei eine digitale Weltkarte erstellt, die sich aus über 450.000
Einzelmodellen Pixel um Pixel höhengenau zusammensetzt – ein 3D-Mosaik der
besonderen Art.
Mit dieser Mission wurde in vielen Bereichen Neuland
betreten. Der enge Formationsflug der beiden Satelliten bei Minimalabständen
von 120 Meter ist ebenso zur Routine geworden wie die vielfältigen Manöver, um
die Formation laufend zu verändern und den Anforderungen an die
Aufnahmegeometrie anzupassen. Ähnliches gilt für den bistatischen Radarbetrieb:
Die simultane Datenaufnahme mit zwei Radarsatelliten war anfangs eine große
Herausforderung aber Notwendigkeit, um die hohe Genauigkeit der Höhenmodelle
sicherzustellen. Das DLR ist nun weltweit Vorreiter für diese zukunftsweisende
Technik.
Zwischen Januar 2010 und Dezember 2015 haben die
Radarsatelliten über das weltweite Empfangsnetz mehr als 500 Terabyte Daten zur
Erde übertragen. Parallel dazu begann 2014 die systematische Erstellung der
Höhenmodelle. Ausgeklügelte Prozessierungsketten verarbeiten die Daten mittels
hochgenauer und effizienter Algorithmen zu den finalen Höhenmodellen. Dabei ist
das Datenvolumen inzwischen auf insgesamt über 2,6 Petabyte gestiegen – die
Rechnersysteme erbringen stetig Höchstleistungen. "Die Verarbeitung dieser
Daten war eine spannende Herausforderung für uns", erklärt Prof. Richard
Bamler, Direktor des DLR-Instituts für Methodik der Fernerkundung, "Umso
mehr faszinieren uns jedoch nun unsere ersten wissenschaftlichen Analyseergebnisse.
Anhand des aktuellen Höhenmodells konnten wir zeigen, dass in einigen Regionen
der Erde, Gletscher bis zu 30 Meter pro Jahr an Dicke im Bereich der
Gletscherzungen verlieren."
Nächste Schritte
Die Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X haben ihre
spezifizierte Lebensdauer längst überschritten und funktionieren bis heute
einwandfrei und so effizient, dass sie noch Treibstoff für mehrere Jahre haben.
So ist mit der Fertigstellung der 3D-Weltkarte noch nicht das Ende der Mission
erreicht. Aufgrund der Besonderheit des Formationsflugs sind weitere
wissenschaftliche Experimente geplant. Moreira weist darauf hin: "Das
System Erde ist hochdynamisch, das zeigt sich auch in der Topographie. Mit
regelmäßigen Updates könnten wir solche dynamischen Prozesse künftig systematisch
erfassen. Das ist das primäre Ziel der von uns vorgeschlagenen Tandem-L
Mission."
Neue Radarverfahren mit synthetischer Apertur (SAR)
erlauben es künftig, innerhalb kurzer Zeitspannen zeitgleich vielfältige Daten
zur Erforschung des globalen Ökosystems zu liefern. Die Nachfolgemission
Tandem-L könnte alle acht Tage ein aktuelles Höhenbild der gesamten Landmasse
der Erde zur Verfügung stellen und dynamische Prozesse somit zeitgerecht
erfassen. Dadurch wäre es auch möglich, Beiträge zur Überprüfung internationaler
Klima- und Umweltabkommen zu leisten. Neue Radarverfahren und innovative
Missionen wie Tandem-L sollen künftig dazu beitragen ein besseres Verständnis
der dynamischen Prozesse zu gewinnen – zum Schutz und Erhalt der Erde. Mit der
Fertigstellung des globalen Höhenmodells TanDEM-X ist nun der Weg bereitet für
die nächste Dimension der Radarfernerkundung.
Über die Mission
TanDEM-X wurde im Auftrag des DLR mit Mitteln des
Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie als Projekt in öffentlich-privater
Partnerschaft mit Airbus Defence and Space umgesetzt. Das DLR ist
verantwortlich für die wissenschaftliche Nutzung der TanDEM-X-Daten, die
Planung und Durchführung der Mission, die Steuerung der beiden Satelliten und
die Erzeugung des digitalen Höhenmodells. An der Entwicklung und dem Betrieb
des Bodensegments der Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X sind das DLR-Institut
für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme, das DLR-Institut für Methodik der
Fernerkundung, das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum sowie der
Raumflugbetrieb des DLR in Oberpfaffenhofen beteiligt. Die wissenschaftliche
Leitung obliegt dem DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme.
Airbus Defence and Space hat den Satelliten gebaut und ist an den Kosten für
Entwicklung und Nutzung beteiligt. Das Unternehmen ist auch für die
kommerzielle Vermarktung der TanDEM-X-Daten zuständig.
Kontakte:
Bernadette Jung
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Kommunikation Oberpfaffenhofen, Weilheim, Augsburg
Tel.: +49 8153 28-2251
Fax: +49 8153 28-1243
Prof. Dr.-Ing. Alberto Moreira
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Direktor
des Instituts für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme
Tel.: +49 8153 28-2306
Fax: +49 228 447-747