13.07.2021

Waldbrände aus dem All erspähen

Mikrosatellit der TU Berlin nimmt seine Mission auf.

Der Mikrosatellit Tubin der TU Berlin ist am 30. Juni 2021) um 21:31 Uhr MESZ von Cape Canaveral mit einer Falcon-9-Rakete der Firma SpaceX gestartet. Seine Mission ist die Beobachtung von Großfeuern wie etwa von Waldbränden. Mittlerweile hat das Kontroll­zentrum auf dem Campus Charlotten­burg erste Signale von ihm empfangen.

 

Abb.: Mario Starke zieht den Remove-before-flight-Pin, der den Satelliten...
Abb.: Mario Starke zieht den Remove-before-flight-Pin, der den Satelliten scharf stellt. An der Stirnseite von Tubin sieht man die Baffles der beiden Infrarot-Kameras mit der Baffle der Kamera für den sichtbaren Spektralbereich in der Mitte. (Bild: TU Berlin)

Die Bodenstationen in der Antarktis und auf dem Dach des „F-Gebäudes“ der Technischen Universität Berlin haben Gewissheit gebracht: Der 22,5 Kilogramm schwere Mikro­satellit Tubin mit einer Größe von etwa 31 auf 47 auf 47 Zentimeter hat sich nach dem Abtrennen von der Oberstufe der Rakete erfolgreich initialisiert und sendet aus seiner Umlaufbahn in 530 Kilometern Höhe Signale zur Erde. An Bord befinden sich zwei Infrarot-Kameras. Zusätzlich dazu ist noch eine Kamera für den sichtbaren Spektral­bereich vorhanden.

„Nach dem geglückten Start steht nun die Erdfernerkundung im Fokus“, erklärt Nutzlast­ingenieur und Projektleiter Julian Bartholomäus. Die Forscher wollen herausfinden, ob als Sensoren für die Erkennung von Waldbränden durch Satelliten auch Mikro­bolometer in Frage kommen. Sie werden zum Beispiel in handelsüblichen Wärme­bild­kameras verbaut und detektieren langwelliges Infrarotlicht. Für große Satelliten kamen bisher aber Sensoren zum Einsatz, die für kurzwelliges Infrarotlicht empfindlich sind. Waldbrände strahlen nämlich in diesem Wellenlängenbereich etwa zehn- bis hundertmal heller als im langwelligen Infrarot. Diese Sensoren müssen jedoch aufwändig gekühlt werden. Für Kleinsatelliten sind sie deshalb nicht geeignet.

„Mikrosatelliten bieten aber viele Vorteile“, sagt Julian Bartholomäus. Sie sind nicht nur kostengünstig und könnten für Nischen­anwendungen genutzt werden. Aufgrund ihres Preises ließen sich auch ganze Flotten einsetzen: Mit zwölf Satelliten in drei Umlauf­ebenen könnte jeder relevante Punkt der Erde innerhalb von 24 Stunden beobachtet werden. Aber auch schon Tubin allein überfliegt alle Orte der Erde, weil diese sich unter seiner Umlaufbahn hinweg dreht. „Allerdings dauert es ungefähr neun Tage, bis man das gleiche Gebiet wieder beobachten kann“, sagt Bartholomäus. Da könne mancher Waldbrand schon erloschen sein.

Der Klimawandel sorgt in vielen Regionen der Welt für verlängerte Waldbrandperioden und eine höhere Zahl solcher Brände. Neben den jährlichen großen Vegatations­bränden im Südwesten Australiens und dem Westen der USA sind auch europäische Länder wie Deutschland immer stärker durch Großfeuer gefährdet. Die Tubin-Mission soll nun verstärkt europäische Waldbrände beobachten.

Jeder Pixel der eingesetzten Wärmekameras ist ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand. Auf dem Erdboden deckt solch ein Pixel eine Fläche von 150 auf 150 Quadratmeter ab. Unter idealen Bedingungen können allerdings auch Feuer kleineren Ausmaßes detektiert werden. Dabei unterstützt die optische Kamera mit einer Auflösung von immerhin 40 auf 40 Quadratmeter pro Pixel die Infrarotkameras. Bei der Charakterisierung der Aufnahmen helfen zusätzlich spezielle Algorithmen für die Erkennung von Wolken, Wasser und eben Feuer. Dabei wird auch untersucht, ob die Brände besser erkannt werden, wenn man diese Algorithmen an die jeweilige Weltregion anpasst.

Neben den Infrarotkameras trägt Tubin ebenfalls einen neuartigen Funk­transceiver an Bord, der in Deutschland entwickelt wurde (Projektname XLink IOD). Hiermit kann Tubin seine gesammelten Bilddaten mit zehnmal höheren Datenraten an die heimische Bodenstation am Fachgebiet Raumfahrt­technik der TU Berlin senden.

16 wissenschaftliche Mitarbeiter waren am Bau von Tubin beteiligt; bereits 2017 startete mit TechnoSat ein Vorgänger, mit dem die neu entwickelte Klein­satelliten­plattform im Weltraum getestet wurde, die nun auch für Tubin zum Einsatz kommt. Der Satellit trägt auch den Zweitnamen Tubsat-27, der auf die lange Tradition der TU Berlin bei der Entwicklung von Kleinstsatelliten verweist. „Der erfolgreiche Start des 27sten Satelliten aus Berlin ist ein wunderbares Geschenk für unser nahes Jubiläum“, erklärt der Leiter des Fachgebiets Raumfahrt­technik, Enrico Stoll. Am 17. Juli 1991, also vor fast genau dreißig Jahren, startete der erste Tubsat mit einer Ariane-4-Rakete. „Damit zählt die TU Berlin zu den auf diesem Gebiet führenden Universitäten der Welt“, sagt Stoll. Die orbitale Lebensdauer von Tubin ist allerdings begrenzt – in etwa fünf bis sechs Jahren wird er durch die Reibung in der Atmosphäre abgebremst worden sein und in den tieferen Luftschichten verglühen.

TU Berlin / DE

 

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