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Astronomie - ESA-Radar spürt erste Trümmerteile im All auf

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Installation of the new test radar developed by Indra (Spain) and FHR (Germany), in Spain, September 2012. The space debris radar will begin testing in 2014 as part of the Agency's Space Situational Awareness (SSA) programme.

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Ein Radar-Prototyp, der Europas Möglichkeiten zur Überwachung von Weltraumschrott verbessern soll, liefert Ergebnisse, die alle Erwartungen übertreffen. Wie Tests zeigen, ist er imstande, Objekte in erdnahen Umlaufbahnen zu erkennen. Das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik (FHR) war an dem Projekt beteiligt.

Der Radar wurde in der Umgebung der spanischen Hauptstadt Madrid installiert und nach einer umfassenden Testphase im November von der Industrie an die ESA übergeben.

Dieser neuartige Sensor verfügt über grundlegende Technologien, um Weltraumschrott in erdnahen Umlaufbahnen zu entdecken und zu verfolgen - ein wichtiger Schritt für die Entwicklung operationeller Radarsysteme. Der Ausbau solcher Warnkapazitäten für drohende Kollisionen spielt eine wichtige Rolle für die Sicherheit europäischer Satelliten in niedrigen und mittleren Erdumlaufbahnen.

Der Testradar ist bereits heute imstande, Objekte von etwa einem Meter Größe aufzuspüren, abhängig von deren Flughöhe und weiteren Faktoren. Dies ist zwar für die erforderliche Leistung eines operationellen Systems noch nicht ganz ausreichend – dazu müsste der Radar Objekte mit einem Durchmesser von zehn Zentimetern oder weniger erkennen – allerdings reichen die Ergebnisse aus, um neue Technologien und Methoden zu verifizieren und zu verbessern. 

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Landsat 5 followed by radar

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Der Radar befindet sich in einem gesicherten Bereich. Sämtliche Test- und Validierungsaktivitäten werden nach vereinbarten ESA-Datenrichtlinien – den sogenannten Space Situational Awareness (SSA) Programme Security Instructions – durchgeführt, die eigens für diese Installation festgelegt wurden. Bei den Tests werden die Radardaten gefiltert und mit einer „weißen Liste“ autorisierter Weltraumobjekte verglichen, bevor sie zur weiteren Bearbeitung und Katalogisierung an das ESA-SSA-System gegeben werden.

„Während der Abnahmetests hat sich gezeigt, dass der Radar exzellente Leistungen erbringt”, berichtet Gian Maria Pinna, Ground Segment Manager im SSA-Programmbüro. „Sogar ohne eine vollständige Kalibrierung des Systems, welche mehrere Monate in Anspruch nehmen würde, konnten wir kleinere Objekte in größerer Reichweite als erwartet erkennen. Ein anschauliches Beispiel dafür ist Landsat-5 mit einem Radardurchmesser von lediglich 3,6 Metern und einer verhältnismäßig großen Flughöhe von 537 Kilometern.“

Während der Testbeobachtung der Internationalen Raumstation ISS im Januar erkannten die Ingenieure zu ihrer großen Überraschung ein weiteres Objekt. „In dem Moment wurde uns bewusst, dass wir die Abkopplung des sehr viel kleineren Raumfrachters Cygnus von der Raumstation beobachtet hatten.“ Der Radar erkannte ebenso die ESA-Satelliten GOCE und Swarm, Weltraumschrott aus abgeschlossenen Startphasen sowie weitere etwa ein Meter große Objekte.

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ISS und Cygnus auf dem Radar

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Schätzungen zufolge fliegen über 700.000 potenziell gefährliche Trümmerteile im Weltraum umher – viele davon nur ein bis zwei Zentimeter groß – die aktive Satelliten beschädigen oder zerstören könnten. Jegliche Betriebsstörungen oder Ausfälle an Satelliten haben erstzunehmende Folgen für eine Vielzahl von kommerziellen und zivilen Aktivitäten wie den kommerziellen Land-, Luft- und Seetransport, die Schiffsnavigation, Telekommunikation, Informationstechnologie und -netzwerke, Rundfunk, Klimaüberwachung, Wettervorhersagen und vieles mehr.

 

Für die Entwicklung des Radars wurde auch Know How aus Deutschland herangezogen: Der 4,7-Millionen-Euro-Vertrag zum Bau des Radars wurde 2010 vom SSA-Programmbüro der ESA und dem spanischen Technologieexperten Indra Espacio unterzeichnet. Indra Espacio leitet ein Konsortium bestehend aus Indra und dem deutschen Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik (FHR) in Wachtberg bei Bonn. Das FHR war dabei für den gesamten Entwurf, die Entwicklung, die Integration und Kalibrierung des Radar-Empfangssystems verantwortlich. Dies umfasste die Antenne sowie das Signalverarbeitungssystem.

Der Testradar zeichnet sich durch sein „monostatisches“ Design aus, bei dem Sender und Empfänger in wenigen Hundert Metern Entfernung positioniert sind. Er wird durch einen zweiten Testradar mit „bistatischem“ Design ergänzt, bei dem Sender und Empfänger geografisch voneinander getrennt sind. Dieser zweite Radar wird von einem Konsortium unter der Leitung des französischen Forschungszentrums ONERA entwickelt und verfügt über eine Reihe von optischen und laserbasierten Teleskopen zur Überwachung und Objektverfolgung in entfernteren Umlaufbahnen.

„Die erfolgreiche Abnahme der ersten Komponente eines solch komplexen Sensoren-Netzwerks stellt einen wichtigen Meilenstein für das SSA-Programm der ESA dar”, sagt Programmleiter Nicolas Bobrinsky. „Die Technologien, die im Rahmen des Programms entwickelt werden, bilden den Grundstein für zukünftige Betriebssysteme, die Europa einsetzen könnte, um seine Satelliten vor den Gefahren durch Weltraumschrott zu schützen.“

Quelle: ESA

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