Copernicus Sentinel Expansion

Familienzuwachs für das europäische Erdbeobachtungsprogramm

OHB Redaktionsteam
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von OHB Redaktionsteam, OHB SE

Die Erdbeobachtung ist eine der wichtigsten Aufgaben, die die Raumfahrt zum Nutzen der Menschheit erfüllt. Um sich dieser Aufgabe zu stellen, hat die EU das Copernicus-Programm ins Leben gerufen. Zielsetzung ist die Schaffung einer unabhängigen Infrastruktur, die hochwertige Daten zur Beantwortung umwelt- und sicherheitsrelevanter Fragestellungen liefert. Sentinel-1A, der erste dedizierte Copernicus-Satellit, wurde 2014 gestartet, aktuell sind drei komplette Sentinel-Konstellationen aus jeweils zwei Satelliten, sowie ein Einzelsatellit im operationellen Betrieb.

 

Insgesamt wird die erste Generation der Sentinel-Familie sechs verschiedene Satellitentypen umfassen, die im Zusammenspiel mit weiteren Datenquellen in der Luft, zu Wasser und am Boden sechs anwendungsbezogene Kerndienste liefern:

  1.    Landüberwachung
  2.    Überwachung der Ozeane
  3.    Katastrophen und Krisenmanagement
  4.    Überwachung der Atmosphäre
  5.    Überwachung des Klimawandels
  6.    Sicherheit

Bereits im All: Copernicus Sentinel-1 bis Sentinel-3
 

Copernicus Sentinel-1

Die beiden Sentinel-1-Satelliten tragen moderne Radarinstrumente (Synthetic Aperture Radar, SAR), die es ermöglichen, auch bei dichter Bewölkung und bei Nacht hochwertige Aufnahmen der Erdoberfläche zu machen. Die Satelliten befinden sich um 180° versetzt auf der gleichen Umlaufbahn und kartieren alle sechs Tage die gesamte Erde. Das gesammelte Datenmaterial gibt unter anderem Aufschluss über die Verteilung von Meereis, die Veränderung von Landstrichen durch menschlichen Einfluss, sowie das Ausmaß von Naturkatastrophen wie Überflutungen und Erdbeben.

Copernicus Sentinel-2

Die Sentinel-2-Konstellation ist mit hochauflösenden Multispektralsensoren ausgestatten, die Streifen von 290 Kilometern Breite erfassen können. Die beiden Satelliten der Konstellation sind baugleich und bewegen sich ebenfalls um 180° versetzt im gleichen Orbit um die Erde. Sie erfassen in Äquatornähe alle fünf Tage alle Landflächen, großen Inseln und Küstengewässer, in höheren Breitengraden ist die Wiederbesuchszeit noch deutlich kürzer. Die aufgenommenen Daten liefern Informationen über die Beschaffenheit der Erdoberfläche und der Vegetation, die in erster Linie für Land- und Forstwirtschaft genutzt werden.

Copernicus Sentinel-3

Die Sentinel-3-Mission ist das bisher komplexeste Projekt im Copernicus-Programm, da die beiden identischen Satelliten vier verschiedene Instrumente tragen, die in Synergie ein umfassendes Bild der Erde liefern:

Das Sea and Land Surface Temperature Radiometer (SLSTR) misst täglich mit hoher Genauigkeit anhand der emittierten Infrarotstrahlung die Temperaturen der Oberflächen von Landflächen und Ozeanen. Zusätzlich umfasst das Instrument zwei Kanäle für thermische Infrarotstrahlung, die der aktiven Suche nach Bränden dienen. Auf diesen Kanälen besitzt das SLSTR eine räumliche Auflösung von 1000 Metern, auf den übrigen Kanälen liegt diese bei 500 Metern. Die Breite der aufgenommenen Streifen liegt bei 1420 Kilometern.

Beim Ocean and Land Colour Instrument (OLCI) handelt es sich um ein bildgebendes Spektrometer mit 21 diskreten Spektralkanälen im Wellenlängenbereich von 400 bis 1200 Nanometer. Dieser Bereich des elektromagnetischen Spektrums liefert relevante Informationen über marine Ökosysteme, erlaubt durch Erfassung des Zustandes von Böden und Vegetation das Management von Land- und Forstwirtschaft und bildet auch atmosphärische Aerosole und Wolken ab. Das OLCI hat eine räumliche Auflösung von 300 Metern für alle Messungen und erfasst Streifen von 1270 Kilometern Breite.

Ergänzt werden die beiden vorgenannten Instrumente durch einen SAR-Höhenmesser und ein Mikrowellenradiometer. Der Höhenmesser erfasst neben Topographiemessungen über Land auch die genauen Höhen des Meeresspiegels, von Meereis, Flüssen und Seen. Zudem können auch Wellenhöhen und die Windgeschwindigkeit über dem Meer ermittelt werden. Das Mikrowellenradiometer erlaubt dabei die Bestimmung der atmosphärischen Korrektur und trägt damit zur Genauigkeit der topographischen Messungen bei.

In der Entwicklung: Copernicus Sentinel-4 bis Sentinel-6
 

Copernicus Sentinel-4

Der nächste Start von Copernicus-Instrumenten erfolgt mit den geostationären Sounder-Satelliten der dritten Generation der Meteosat-Wettersatelliten (MTG), die aktuell bei OHB gebaut werden. Sentinel-4 soll ebenso wie Sentinel-5 der Überwachung der Erdatmosphäre dienen und Aufschluss über Luftqualität, Ozonwerte und Sonneneinstrahlung geben. An der Entwicklung des Ultraviolet-Visible-Near-Infrared-Spektrometers (UVN-Spektrometer), des Instruments für die Sentinel-4-Mission, ist OHB mit einem maßgeblichen Anteil beteiligt.

Copernicus Sentinel-5

Ebenfalls auf Wettersatelliten der europäischen Wetterorganisation EUMETSAT sollen die Instrumente von Sentinel-5 platziert werden. Bei den Meteorological Operational Satellites der zweiten Generation (MetOp-SG) handelt es sich um Satelliten mit erdnaher polarer Umlaufbahn, die die MTG-Satelliten ergänzen sollen. Für diese Satelliten entwickelt OHB Italia mit dem Microwave-Imager (MWI) das Hauptinstrument, ein Mikrowellenradiometer zur Erfassung von Aerosolen in der Atmosphäre. Ergänzt wird das MWI durch das Sentinel-5-Instrument, ein UVN-Shortwave-Spektrometer. Bis zum Start von Sentinel-5 wird die durch den Ausfall von Envisat im Jahr 2012 verursachte Datenlücke zumindest teilweise durch den 2017 gestarteten Einzelsatelliten Sentinel-5P (Sentinel-5 Precursor) geschlossen.

Copernicus Sentinel-6

Sentinel-6 ist eine Mission zur Sammlung von Daten über die Topographie der Ozeane. Die Satelliten werden hochpräzise Radarhöhenmesser tragen und Aufschluss über Meeresspiegelveränderungen als Indikator des Klimawandels geben. Dazu sollen alle 10 Tage 95 % der eisfreien Ozeane kartiert werden.

Erweiterung des Copernicus-Programms: Sentinel Expansion


Aufgrund des großen Erfolgs der ersten Sentinel-Satelliten bereitet die EU derzeit bereits die Erweiterung der Sentinel-Familie vor. Nach Analyse der bisher nicht abgedeckten Nutzeranforderungen wurden sechs potenzielle Missionen zur Ergänzung von Copernicus identifiziert:

CHIME – Copernicus Hyperspectral Imaging Mission

Die Satelliten der CHIME-Mission sollen Hyperspektralsensoren tragen, die Analysen der Zusammensetzung von Böden in einem kontinuierlichen Spektrum von sichtbarem Licht bis hin zu nahem Infrarot ermöglichen und die von Sentinel-2 gesammelten Multispektraldaten ergänzen.

CIMR – Copernicus Imaging Microwave Radiometer

Die CIMR-Mission ist eine Reaktion auf die besonderen Anforderungen der Satellitenüberwachung der Polarregionen. Die Satelliten sollen mit Multifrequenz-Mikrowellenradiometern ausgerüstet werden, die mittels konischer Abtastung breite Streifen der Polarregionen erfassen. Die gesammelten Daten sollen unter anderem Aufschluss über die Temperatur und den Salzgehalt an der Meeresoberfläche, sowie die Konzentration von Meereis geben.

CO2M – Copernicus Anthropogenic Carbon Dioxide Monitoring

CO2M soll das von Menschen produzierte Kohlendioxid in der Atmosphäre messen und es somit ermöglichen, Regionen mit besonders hohen Emissionen zu identifizieren. Zudem können vereinbarte Klimaziele überprüft werden. Die dazu notwendigen Hauptinstrumente sind ein Nahinfrarot- und ein Kurzwelleninfrarot-Spektrometer.

CRISTAL – Copernicus Polar Ice and Snow Topography Altimeter

Die Satelliten der CRISTAL-Mission sollen zur Planung von Aktivitäten in den Polarregionen und zur Überwachung von Klimaveränderungen die Dicke von Meereis und der darauf liegenden Schneedecke bestimmen. Zu diesem Zweck sollen sie Multifrequenz-Radarhöhenmesser und Mikrowellenradiometer tragen.

LSTM – Copernicus Land Surface Temperature Monitoring

Bei LSTM geht es um die thermische Beobachtung von Landflächen. Zu diesem Zweck sollen Satelliten mit Sensoren für thermische Infrarotstrahlung mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung in den Orbit gebracht werden. Messungen der Oberflächentemperatur von Landmassen sind wichtige Indikatoren für Klimaveränderungen und ermöglichen die Vorhersage von Dürreperioden und das Management von Wasservorräten.

ROSE-L – L-band Synthetic Aperture Radar

Die ROSE-L-Mission soll die Daten der Sentinel-1-Mission ergänzen. Überall dort, wo das kurzwelligere C-Band-SAR von Sentinel-1 aufgrund von Vegetation, Schnee oder Eis nicht bis zum Erdboden dringt, soll das langwelligere L-Band-SAR von ROSE-L Abhilfe schaffen. Anwendungsbereiche sind die Land- und Forstwirtschaft, sowie wiederum die Erfassung von Klimaveränderungen durch Beobachtung der polaren Eiskappen, sowie Meereis und saisonalen Schneedecken.

Seit Mitte 2018 werden die Missionen konkretisiert. Die OHB System AG wurde als Hauptauftragnehmer für die Studien zu den Missionen CHIME, CO2M und LSTM ausgewählt. OHB Sweden hat den Zuschlag für die CRISTAL-Mission erhalten und OHB Italia ist bei CIMR Hauptauftragnehmer für die Nutzlast. Welche Missionen letztendlich umgesetzt werden, wird bei der ESA-Ministerratskonferenz Space19+ im November 2019 entschieden.