Feuer aus dem All erkennen

Am 22. Juni 2016 um 5:55 Uhr mitteleuropäischer Sommer­zeit startete der Klein­satellit BIROS (Bi-Spektral Infrared Optical System) vom indischen Weltraum­bahnhof Satish Dhawan Space Centre an Bord einer PSLV-Trägerrakete (Polar Satellite Launch Vehicle) erfolgreich ins All. Der Satellit des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) wird nun in 515 Kilometer Höhe Hoch­temperatur­ereignisse auf der Erde aufspüren.

Dabei wird der kühlschrankgroße Kleinsatellit aber nicht allein arbeiten. Bereits seit Juli 2012 befindet sich sein Bruder­satellit TET-1 (Technologie-Erprobungs­träger) im Orbit und hält Ausschau nach Wald­bränden. Gemeinsam bilden die beiden Satelliten die Mission FireBIRD (Fire Bispectral InfraRed Detector) – eine Mission zur Feuerfern­erkundung. Neben Wald­bränden sollen die Himmels­späher auch vulkanische Aktivitäten, Gasfackeln oder Industrie-Hotspots beobachten und dokumentieren.

Brände verursachen weltweit fast ein Drittel aller Kohlen­dioxid-Emissionen und sind zum größten Teil anthropogenen Ursprungs. Aufgrund steigender Temperaturen – bedingt durch den Klima­wandel – wird auch die Wald­brand­gefahr zukünftig stark zunehmen. „Mit seinen sensiblen Kamera­systemen ist BIROS in der Lage, wertvolle Daten zur Veränderung der Ober­flächen­temperatur zu liefern", sagt Heinz-Wilhelm Hübers, Direktor des DLR-Instituts für Optische Sensor­systeme. „Zugleich erhoffen wir uns auch Erkenntnisse darüber, welche Auswirkungen die durch Verbrennung entstehenden Aerosole auf das Wetter und Klima haben können, um somit einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten", so Hübers weiter.

„Mit den hochauflösenden Infrarotkameras des Satelliten­tandems von FireBIRD wird es möglich sein, Feuer bereits ab einer geringen Intensität zuverlässig zu lokalisieren", erklärt Winfried Halle, Leiter des Projekts. Durch die exakte Bestimmung der Feuer­intensität lässt sich nun auch die Art der Verbrennung identifizieren. „Darüber hinaus werden uns die Satelliten nun erstmals genaue Vorhersagen über die Ausmaße der Brand­flächen geben", sagt Halle.

Bisher konnte der Beitrag von Wald- und Savannen­bränden zum Ausstoß klima­relevanter Gase nur grob abgeschätzt werden, da hierbei auf Daten von globalen Erd­beobachtungs­satelliten zurück­gegriffen werden musste, die lediglich darauf spezialisiert sind, Normal­temperaturen zu erfassen. Dabei weisen sie außerhalb des optimalen Mess­bereichs zwischen 25 und 35 Grad Celsius allerdings eine nur relativ geringe Genauigkeit auf. Daher können die globalen Erd­beobachtungs­satelliten derzeit nur etwa fünfzig Prozent aller Hitze­ereignisse registrieren.

BIROS verfügt über ein eigenes Antriebs­system. Speziell entwickelte dynamische Reaktions­räder verleihen dem Klein­satelliten hohe Präzision und Agilität. Mittels Laser­kommunikation können die Position der Hoch­temperatur­ereignisse und bestimmte Feuer­parameter wie Temperatur, Energie oder die Fläche von bereits aktiven oder gerade entstehenden Brand­herden in Echtzeit an Boden­stationen auf der Erde übermittelt werden. Zusätzlich kann der etwa 130 Kilogramm leichte Kleinsatellit erstmals Informationen zu Hoch­temperatur­ereignissen direkt auf Mobil­funk­geräte übertragen. Die Bilddaten werden bereits an Bord vorprozessiert und mittels eines speziellen Modems per SMS verschickt. Diese einzigartige Kommunikation zwischen Satellit und Nutzer läuft zunächst auf experimenteller Ebene. Zudem beherbergt BIROS einen weiteren Satelliten an Bord. Während der Mission soll der Pico-Satellit der Technischen Universität Berlin von BIROS losgelöst werden, um optische Navigations­experimente durchzuführen.

Darüber hinaus dient BIROS als Plattform für Technologie-Experimente aus den beteiligten DLR-Instituten. Der Klein­satellit wurde von insgesamt zehn Einrichtungen des DLR entwickelt und wird vom Bundes­ministerium für Bildung und Forschung gefördert. Die Daten sollen einer weltweiten wissenschaftlichen Nutzung zugänglich gemacht werden. FireBIRD ist zunächst auf eine Laufzeit von zehn Jahren ausgelegt.

Direkt nach dem Start übernimmt sogleich das German Space Operation Centers (GSOC) am DLR-Standort Oberpfaffen­hofen die Kommunikation mit dem Satelliten und bringt ihn in seine vorbestimmte Position. Nach ersten Funktions­tests der an Bord befindlichen Instrumente fliegt BIROS mit TET-1 in Konstellation auf einer Flughöhe von etwa 515 Kilometer. Hierbei arbeiten die Teams von „Flug­betrieb", „Flug­dynamik", „Missions­planung" sowie die beteiligten Wissenschaftler eng zusammen, um die Manöver des Satelliten und die daraus resultierenden Bahnen exakt zu berechnen und dann an die Satelliten zu übermitteln. Dabei sind die verfügbaren Kontakt­phasen mit den Boden­stationen, aber auch Sonnen- und Schatten­phasen der Flugbahnen zu berücksichtigen.

Um regelmäßige Kontakt­zeiten mit den beiden FireBIRD-Satelliten gewährleisten zu können, nutzt das DLR sein globales Netzwerk von Empfangs­stationen. Das S-Band-Boden­stations­netzwerk für den Routine­betrieb besteht aus den beiden deutschen Boden­stationen an den DLR-Standorten Weilheim (Bayern) und Neustrelitz (Mecklenburg-Vorpommern). Zusätzlich werden die polaren Boden­stationen im kanadischen Inuvik und in O’Higgins in der Antarktis genutzt.

DLR / DE