TerraSAR und TanDEM-X-Mission: Hilfe im Katastrophenfall und dreidimensionale Karten der Erde

aus der Forschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt

Karte des überfluteten Higashi-Matsushima-Flughafens bei Sendai

Radarbild des deutschen Erdbeobachtungssatelliten TerraSAR-X vom 12. März 2011 veranschaulicht die Folgen des Tsunamis für den Flughafen an der Ostküste Japans. Die Überflutung ist blau und die zerstörte Infrastruktur ist magentafarben dargestellt. Foto/Grafik: DLR.mehr lesen

Karte des Hafens von Sendai nach dem Tsunami

Die TerraSAR-X-Aufnahme vom 12. März 2011 zeigt, dass der Hafen der japanischen Stadt Sendai stark von den Tsunami-Wellen verwüstet worden ist. Foto/Grafik: DLR.mehr lesen

Höhenprofil der filigranen Landschaft in der Atacama-Wüste von Chile

Neben dem Vulkangebiet der Atacama-Wüste zeigt diese TanDEM-X-Aufnahme die "Salar de Uyuni", die mit insgesamt 10.000 Quadratkilometern Umfang größte Salzpfanne der Welt. Foto/Grafik: DLR.mehr lesen

Am 11. März 2011 wurde die Ostküste Japans durch einen Tsunami verwüstet, bereits einen Tag später standen die ersten Satellitenaufnahmen zur Verfügung, um den Hilfskräften die Einsatzplanung zu erleichtern. Dafür hatten DLR-Experten die beiden Radarsatelliten TerraSAR-X und TanDEM-X kurzfristig manuell umprogrammiert und rund um die Uhr gearbeitet, um deren Daten für die Schadensanalyse in Japan aufzubereiten. Radardaten liefern im Gegensatz zu Daten optischer Satelliten unabhängig von der Bewölkung und der Tageszeit immer scharfe Bilder und erlauben dadurch eine präzise Bestimmung von überfluteten oder zerstörten Flächen. Das eigentliche Ziel der TanDEM-X-Mission ist es, bis 2013 das Höhenprofil der Erdoberfläche zu vermessen und damit Daten für ein bislang weltweit einzigartiges globales Höhenmodell zu liefern.

Das Besondere an diesem 3D-Modell wird die Genauigkeit von mehr als zwei Metern und seine Homogenität sein. Daneben bleibt aber auch die Möglichkeit erhalten, bei Naturkatastrophen rasch detailgetreue Übersichtkarten zu erstellen.

Rasche Abschätzung des Schadens

"Aufgrund der Aufnahmen von TerraSAR-X liess sich rasch abschätzen, wie viele Menschen von der Tsunamiwelle betroffen sind. Für den auf der Schadenskarte abgebildeten Küstenabschnitt bei Sendai haben wir feststellen können, dass dort vor dem Tsunami etwa 120.000 Menschen gelebt haben", berichtet Professor Dr. Stefan Dech, Direktor des Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD), einem DLR-Institut. Mitarbeiter des zum DFD gehörenden Zentrums für Satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) hatten dazu die Daten des Radarsatelliten mit Daten einer Bevölkerungsstatistik abgeglichen.

Das DLR stellt Daten und Ergebniskarten im Rahmen seiner Mitgliedschaft in der internationalen Charter "Space and Major Disasters" japanischen und deutschen Organisationen - zum Beispiel dem Technischen Hilfswerk - zur Verfügung. Das ZKI setzt diese Aufgabe operativ um und wertet dafür neben den Daten von TerraSAR-X und TanDEM-X auch Daten der deutschen optischen RapidEye- und US-amerikanischen WorldView-2-Satelliten aus. Seit 2004 war das ZKI in weltweit mehr als 100 Krisensituationen im Einsatz.

Großflächige Erfassung der Situation

"Der Vorteil von Satellitendaten liegt in der großflächigen und objektiven Erfassung der Schadenssituation. Diese Informationen sind besonders wichtig, um die Logistik für Rettungs- und Hilfsmaßnahmen vor Ort besser koordinieren zu können", erläutert Stefan Dech.

Satelliten kurzfristig manuell umprogrammiert

Für die Überwachung und Kontrolle der Radarsatelliten TerraSAR-X und TanDEM-X ist das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum (German Space Operation Center, GSOC) im DLR verantwortlich. "Wir erhalten vom ZKI sehr kurzfristig bestimmte Bild-Anforderungen und programmieren die Satelliten dann entsprechend", berichtet Professor Dr. Felix Huber, Direktor des GSOC. Normalerweise nehmen TerraSAR-X und TanDEM-X die Erde entsprechend eines 24 Stunden vorher erstellten und dann automatisch ablaufenden Planes auf.

"Der Tsunami und das Erdbeben in Japan haben uns aber vor die Anforderung gestellt, die Satelliten kurzfristig so umzuprogrammieren, dass die Speicherung und Abgabe von Daten nach Japan und nach Deutschland möglich war", erklärt Huber. Dazu haben die GSOC-Mitarbeiter mit einem doppelten "Daten-Downlink" gearbeitet: "Wir haben die Daten direkt von den Satelliten zur japanischen Bodenstation in Okinawa gesendet. Sobald die Satelliten dann Deutschland überflogen haben, werden die gleichen Daten zusätzlich über die Bodenstation beim DLR in Neustrelitz zu anderen Nutzern - darunter das ZKI - geschickt", fasst Huber zusammen. Die Daten konnten so schneller verfügbar gemacht werden. Dies war nur möglich, weil auch das GSOC in einem 24-Stunden/7-Tage-Schichtbetrieb besetzt ist.

Die TanDEM-X-Mission und ihr Ziel:

Seitdem im Juni 2010 der Zwillingssatellit TanDEM-X zum Radarsatelliten TerraSAR-X in seine Umlaufbahn in 514 Kilometern Höhe geschossen wurde, verläuft die Mission exakt nach Plan. Zügig und erfolgreich wurden die Testphasen absolviert, in denen die beiden Satelliten im engen Formationsflug im Abstand von nur wenigen hundert Metern nebeneinander fliegen, um die Oberfläche der Erde aus verschiedenen Winkeln zu vermessen und daraus ein genaues Höhenprofil der Erdoberfläche zu erstellen.

"Ein weiterer Schritt Richtung eines globalen Höhenmodells war die Inbetriebnahme der Kommandierungs- und Verarbeitungsketten und die Bestätigung der vorhergesagten Qualität der ersten digitalen Höhenmodelle", schildert Dr. Manfred Zink, Projektleiter für das TanDEM-X-Bodensegment beim DLR. Seit Anfang 2011 gehen die Arbeiten am 3-D-Modell der Erde Streifen um Streifen voran. Die TanDEM-X-Mission wurde am DLR gemeinsam mit der Astrium GmbH entwickelt und wird vom DLR-Standort Oberpfaffenhofen betrieben.

Die Erde in drei Dimensionen

Das Satelliten-Duo soll bis Ende 2013 die komplette Landoberfläche der Erde (150 Millionen Quadratkilometer) erfassen und Daten für ein bislang weltweit einzigartiges globales Höhenmodell liefern. Das Besondere an diesem 3D-Modell wird die Genauigkeit von mehr als zwei Metern und seine Homogenität sein. Global, homogen, hochgenau, hochaufgelöst: Für eine Vielzahl von kommerziellen und wissenschaftlichen Anwendungen wird dieses Geländemodell in Zukunft anwendbar sein. Die Zwillingssatelliten bieten aber auch kurzfristig Hilfe in der Not, indem sie im Fall von Naturkatastrophen Daten für detailgetreue Übersichtkarten liefern können.

Über die Mission

TanDEM-X wird im Auftrag des DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie in Form einer Public Private Partnership mit der Astrium GmbH durchgeführt. Das DLR ist verantwortlich für die wissenschaftliche Nutzung der TanDEM-X-Daten, die Planung und Durchführung der Mission sowie die Steuerung der beiden Satelliten und die Erzeugung des digitalen Höhenmodells. Astrium hat den Satelliten gebaut und ist an den Kosten für die Entwicklung und Nutzung beteiligt. Wie bei TerraSAR-X ist die Infoterra GmbH, ein Tochterunternehmen von Astrium, verantwortlich für die Vermarktung der TanDEM-X-Daten.

DLR/red.