Erdfernerkundung - Numerische Physik: Modellierung

3.1. GRUNDLAGEN 91
mit weitem Energiebereich auf einer interplanetaren Raumsonde dagegen muss mit einer
Masse von ca. 1 kg auskommen. Die Massen typischer Imaging Instrumente verschiedener
Generationen sind zusammen mit deren Leistungsaufnahme in Tabelle 3.1 gegeben.
§ 285 Elektrische Versorgung: Satelliteninstrumente müssen einen geringen Stromverbrauch
haben. Selbst bei einer Solarzellenfläche von 70 m 2 erzeugt EnviSat nur eine Leistung von
maximal 6.5 kW mit einer mittleren Leistung von 1.9 kW.
§ 286 Stabilität: Satelliteninstrumente müssen mechanisch und thermisch sehr stabil sein.
Beim Start mit einer Rakete oder einem Shuttle wirkt das Mehrfache der Erdbeschleunigung
als systematische Kraft. Zusätzlich treten starke stochastische Kräfte durch Vibrationen
und Rütteln auf. Die thermische Belastung ist beim Start gering (der Satellit befindet
sich zu der Zeit noch in einer schützenden Umhüllung), erweist sich dagegen im Orbit als
zu berücksichtigendes Problem: auf Grund der Ausrichtung der Instrumente auf die Erde
befindet sich für längere Zeiträume eine Seite des Satelliten im Schatten während die andere
der solaren Einstrahlung ausgesetzt ist. Entsprechend groß werden die Temperaturgradienten
und damit auch mechanische Spannungen.
§ 287 Strahlenbelastung: Satelliteninstrumente (und insbesondere ihre Elektronik) müssen
unempfindlich gegen Strahlenschäden sein. Diese entstehen durch die Ionisation durch energiereiche
geladene Teilchen der kosmischen Strahlung, aus solaren Ereignissen oder aus den
Strahlungsgürteln der Magnetosphäre. Am stärksten gefährdet sind Satelliten, die die Strahlunsgürtel
der Erde durchfliegen – letztere geben damit gleichsam eine Obergrenze für den
Orbit vor. Den Eintritt in die Südatlantische Anomalie SAA kann man jedoch zumindest für
Satelliten mit sinnvoller Lebensdauer nicht vermeiden.
§ 288 Daten: Die Datenübertragung von Satelliteninstrumenten zu Bodenstationen ist eingeschränkt.
So verfügt EnviSat über eine Übertragungsrate von 2 kbit/s für den Uplink, d.h. von
der Bodenstation an den Satelliten für Aufforderungen wie z.B. ‘schalt mal das Instrument in
den Ruhezustand’, und 4096 kbit/s für den Downlink, d.h. die eigentliche Datenübertragung.
Das sind sehr große Raten im Vergleich zu den wenigen bit/s aus der Frühzeit der Raumfahrt
oder bei den Voyager Missionen - im Vergleich zu den anfallenden Daten alleine im
optischen Bereich sind es jedoch immer noch kleine Raten. 8 Die Datenrate einiger Imager ist
in Tab. 3.3 gegeben – hier geht es leicht in den Bereich von einigen 100 Mbit/s. Der deutsche
Radarspäher TerraSAR dürfte mit 820 Mbit/s momentan der Spitzenreiter sein.
3.1.4 Grobklassifizierung und Kenngrößen
§ 289 Die Grobklassifikation von Instrumenten zur Erdfernerkundung erfolgt nach den Kriterien
aktives oder passives Instrument und bildgebendes oder nicht-bildgebendes Verfahren.
§ 290 Da Erdfernerkundung, wie der Name besagt, romote sensing ist und nicht in-situ
Messung, werden alle relevanten Größen indirekt, nämlich über die ausgesandte, reflektierte
oder absorbierte elektromagnetische Strahlung untersucht.
§ 291 Passive Instrumente erzeugen kein Signal sondern nehmen die vom Untersuchungsgegenstand
emittierte (z.B. thermisches Infrarot), partiell absorbierte (UV und Ozon, Sounding-
Verfahren) oder reflektierte Strahlung (sichtbares Licht, nahes Infrarot) auf. Passive Instrumente
bestehen daher aus einem Sensor und der anschließenden Auswerte-Elektronik.
§ 292 Aktive Instrumente dagegen erzeugen ein Signal (z.B. Radiowellen beim Radar) und
untersuchen das reflektierte Signal bezüglich Intensität, Laufzeit, Polarisation usw. Aktive
8 Eine simple 5 MPixel Digitalkamera erzeugt ein Bild von 2560 mal 1920 Pixel mit einer Farbtiefe von
24 Bit bzw. 8 Bit je RGB-Kanal. Als Bitmap abgespeichert hat dieses Bild eine Größe von 117 Mbit oder
knapp 15 MB. Selbst bei einem Downlink von 4096 kbit/s würde die Übertragung des Bildes noch fast
29 Sekunden dauern – eine Zeit, in der sich ein typischer Erdfernerkundungssatellit um 1800 km entlang
seiner Bodenspur bewegt hat.
c○ M.-B. Kallenrode 2. Juli 2008