Erdfernerkundung - Numerische Physik: Modellierung

2.4. TYPISCHE BAHNEN VON ERDGEBUNDENEN SATELLITEN 45
200 und 300 km, 14 zivile Erderkundungssatelliten (z.B. SPOT, LandSat, SeaSat, Nimbus,
Ikonos, Terra, TerraSAR, POES, Aqua, CloudSat .....) zwischen 600 und 1000 km – lediglich
der hoch auflösende (0.65 m) QuickBird fliegt im Bereich dazwischen auf ca. 400 km [692]. 15
Auf Grund der geringen Flughöhen liegen die Umlaufzeiten typischerweise im Bereich von 90
bis 100 min, siehe auch Tab. 2.3, entsprechend 14 bis 16 Orbits pro Tag.
§ 144 Die Bedeutung der Bahnparameter für einen speziellen Satelliten kann man auch
aus der Projektion der Satellitenbahn auf die Erdoberfläche, der Bodenspur, erschließen.
Abbildung 2.14 zeigt als Beispiel die Bodenspur eines LandSat-Satelliten. Die Bahn ist nahezu
polar, so dass ein großer Breitenbereich überdeckt wird (oberes Teilbild). Da sich die Erde
unter der Satellitenbahn weg dreht, werden im Laufe des Tages verschiedene Bereiche der Erde
überflogen, so dass sich bereits innerhalb eines Tages eine Überdeckung weiter Bereiche der
Erde ergibt (unteres Teilbild). Da der Blickwinkel der Instrumente auf diesem Satelliten zu
gering ist, um den gesamten Bereich zwischen zwei benachbarten Bodenspuren beobachten zu
können, ist das Überdeckungsmuster der folgenden Tage jeweils versetzt – daher schließt sich
die Bodenspur im unteren Teilbild über Südamerika nicht. Für eine komplette Überdeckung
sind in diesem Beispiel 248 Umläufe erforderlich, entsprechend einer Dauer von 17 Tagen.
Zwischenrechnung 6 Wie breit muss der entlang der Bodenspur abgetastete Streifen mindestens
sein, um wie bei POES während eines Tages die komplette Erdoberfläche abzuscannen?
Welchem Blickwinkel entspricht das bei einer Flughöhe von 900 km?
Verständnisfrage 6 Würde man bei geringerer Inklination mit einer geringeren Zahl von
Umläufen zur vollständigen Überdeckung auskommen? Ergibt sich für alle Breiten die gleiche
Minimalzahl?
§ 145 Der Versatz der Bodenspuren hat für unsere Interprettaion von Satellitendaten eine
wichtige Konsequenz: es ist nicht möglich, mit einem Satelliten Momentanaufnahmen eines
Gebiets zu machen, das breiter ist als der entlang der Bodenspur abgetastete Streifen. Daher
sind z.B. die Aufnahmen des Ozonlochs in Abb. 1.4 keine Momentanaufnahmen sondern
eine Mittelung von Aufnahmen über einen längeren Zeitraum; gegebenenfalls zuzüglich einer
Interpolation für die nicht beobachteten Bereiche. Über den Polen ist diese Interpolation
kein allzu großes Problem, da die Breite des entlang der Bodenspur abgetasteten Streifens
unabhängig von der geographischen Breite ist und die Bodenspuren in Polnähe konvergieren.
Für niedrige Breiten dagegen ist das Zusammensetzen eines entsprechenden Mosaiks wesentlich
zeitaufwendiger – insbesondere, da ja auch nicht jeder Überflug gute Daten liefert, z.B.
auf Grund von Bewölkung.
§ 146 Die Verwendung einer sonnensynchronen Bahn liefert zusätzliche Informationen, da
auf Grund der konstanten Beleuchtungsverhältnisse aus der Länge des Schattens eines Objekts
auf seine Höhe zurück geschlossen werden kann, ebenso wie auf seine Struktur (siehe
auch Abschn. 2.4.3 und insbesondere Abb. 2.15). Die Verlängerung des Schattens zwischen
aufeinander folgenden Umläufen kann damit ein Indiz für bauliche Veränderungen geben.
Sonnensynchrone Orbits waren aus diesen Gründen in der Frühzeit der Erdsatelliten im wesentlichen
für militärische Aufklärung von Interesse. Im Zuge der immer detailierteren Untersuhungen
des spektralen Reflektionsvermögens z.B. zur Bestimmung von Pflanzenwachstum
und -gesundheit sind sonnensynchrone Bahnen in der zivilen Erdfernerkundung ebenfalls von
Interesse, da dann das einfallende Spektrum nur durch die atmsophärischen Parameter variiert
wird und nicht noch zusätzlich durch Sonnenstand und damit Auftreffwinkel des Lichts
auf die Pflanze.
14 Größere Flughöhen verringern das Bodenauflösungsvermögen, geringere Flughöhen sind nicht sinnvoll,
da dann die Reibung in der Restatmosphäre die Lebensdauer des Satelliten drastisch verringert bzw. eine
sehr häufige Bahnkorrektur und damit das Mitführen großer Treibstoffmengen erforderlich macht – was für
USA 193 als einen wahrscheinlichen KH-13 die Begründung zum Abschuss gab [647, 648, 649, 656].
15 Daraus lässt sich schließen, dass QuickBird keinen besseren Sensor verwendet als z.B. Ikonos sondern
einfach nur über die Reduktion der Gegenstandsweite sein Bodenauflösungsvermögen verbessert.
c○ M.-B. Kallenrode 2. Juli 2008