Vor einigen Tagen war es soweit. Die Shuttle Radar Topographic Mission (SRTM) startete. Sie stellt eine der wichtigsten "Missionen zum Planeten Erde" dar, denn eigentlich kennen wir nicht einmal richtig unseren eigenen "blauen" Planeten. Elf Tage lang soll die amerikanische Raumfähre Endeavour mit Radarsensoren, den sogenanntem X-SAR unseren Planeten umkreisen und dabei nahezu die gesamte Erdoberfläche erfassen. Das Ergebnis dieser Shuttle Radar Topography Mission wird neues topographisches Datenmaterial sein - eine unverzichtbare Grundlage für Infrastrukturmaßnahmen in vielen, bis heute schlecht kartierten Ländern dieser Welt und zugleich Datenbasis für zahlreiche Anwendungen von der Umweltforschung bis zur Geologie, von der Gletscherkunde bis zur Landwirtschaft. Das Besondere an dieser neuen Weltkarte, für die dieser Flug Daten sammeln soll: Sie wird nicht nur hochgenau sein, sondern erstmalig auch dreidimensional. Zur Besatzung der Raumfähre gehört auch der deutsche ESA-Astronaut Dr. Gerhard Thiele.

Anfang der sechziger Jahre begann die Wissenschaft mit hochauflösenden, flugzeuggetragenen Radarsystemen zu experimentieren. Ihr Nutzen für Kartierungen, Ozeanographie und Landnutzungsstudien wurde schnell erkannt und verstärkte das Interesse der verschiedensten Wissenschaftszweige.
Will man größere Gebiete überblicken, muss man sich noch höher hinauf begeben als dies mit Flugzeugen möglich ist. Es war also nur eine Frage der Zeit, bis man den Weltraum für Radarbeobachtungen nutzte.
1962 unternahmen amerikanische Forscher vom Jet Propulsion Laboratory der NASA die ersten Tests, bei denen ein Radarsystem mit einer Rakete ins All gebracht wurde. Die weiterentwickelte Version dieses Radarsystems flog im Dezember 1972 an Bord von Apollo 17 zum Mond. Mit verschiedenen Radarfrequenzen wurde die Oberfläche unseres Trabanten und geologische Strukturen unter der Mondoberfläche in „Augenschein" genommen. Genannt war diese Mission "Das Lunar Sounder Experiment".

Die Idee, Radarsysteme auf Raumfähren einzusetzen, nahm in den achtziger Jahren Gestalt an. In der Zeit von 1981 bis 1984 befanden sich bei Shuttle-Flügen mehrmals Radarsysteme zur Erprobung mit im wissenschaftlichen Gepäck. Im Oktober 1984 startete der Space Shuttle Challenger mit der Antenne SIR-B, einer verbesserten Version der Antenne SIR-A. Die Aufzeichnung der Daten erfolgte nun vollständig digital (vorher nur analog). Die Kalibrationstechnik wurde verfeinert; geologische und ozeanographische Untersuchungen ergänzten das Wissen. 1987 startete die damalige Sowjetunion ebenfalls einen SAR-Satelliten, der den Namen Cosmos-1870 trug und zwei Jahre in einer Umlaufbahnhöhe von 270 Kilometern arbeitete. Ihm folgte 1991 der Satellit ALMAZ-1.

Die Erfolge der ersten Radarbeobachtungen aus dem All ermutigten auch die Europäische Weltraumagentur ESA, einen eigenen Radarsatelliten in Auftrag zu geben - ERS 1. ERS steht hier für European Remote Sensing Satellit - also ein Europäischer, ferngesteuerter Senorensatellit. Dieser startete bereits im Juli 1991 in den Erdorbit. Der Satellit war für eine Lebenszeit von fünf Jahren ausgelegt. Zur Freude der Wissenschaftler arbeitete ERS-1 jedoch über sein Soll hinaus. Die Radardaten von ERS-1 und ERS-2 finden mittlerweile in vielen Bereichen des Umweltmonitoring Verwendung. Auf den Ozeanen werden Seegang und Wellenfronten, Ölteppiche und Sedimenteintrag von Flüssen sowie Eisbedeckungsgrad und Eisbewegungen beobachtet. Zu Lande liefern ERS-Aufnahmen wertvolle Informationen über Landnutzung und Abholzung, über geologische Strukturen und Erdbebengebiete.
1992 startete auch die Japanische Raumfahrtagentur einen eigenen Satelliten namens JERS-1 (Japanese Earth Resources Satellite) um vor allem Bodenschätze aufzufinden.
In den neunziger Jahren wurden mit amerikanischen Raumfähren reine Radarmissionen geflogen. Im Jahr 1994 startete der Space Shuttle Endeavour, ausgerüstet mit den Radarsystemen SIR-C und X-SAR, zweimal in den Orbit. Die erste Mission wurde im Frühjahr durchgeführt, eine zweite im Herbst, um jahreszeitliche Unterschiede auf den Radarbildern festzustellen.
Eine Reihe spektakulärer Bilder zeigte den Nutzen der Radartechnik für verschiedene Wissenschaftszweige, wie z.B. für die Archäologie. So wurden bei der Shuttle Mission 1994 die ganzen Ausmaße der vom Urwald überwucherten Tempelanlage von Angkor in Kambodscha sichtbar. Und neben der heutigen chinesischen Mauer entdeckte man auf den Radarbildern Überreste einer noch älteren Maueranlage, die völlig abgetragen und vom Boden aus nicht mehr erkennbar war.
RADARSAT, der kanadische Radarsatellit, umkreist seit 1995 die Erde und dient unter anderem der täglichen Routineüberwachung der Arktis - es soll ja schließlich keinen neuen "Titanizwischenfall" geben.. Die Informationen zur Eisbedeckung und Kartierung nutzen vor allem der Schifffahrt. Aber auch natürliche Ressourcen wie Grundwasservorkommen, Mineral-, Öl-, und Gaslagerstätten werden von RADARSAT erkundet.


Die aktuelle Mission SRTM, bei der mit Hilfe der Radarsysteme ein digitales dreidimensionales Höhenmodell für die gesamte Landmasse der Erde zwischen dem 60. Grad nördlicher und 56. Grad südlicher Breite erstellt wird, das sind immerhin 80% der kompletten Landmasse der Erde, ist eine weitere technische Herausforderung. Diesmal werden die beiden Radarsysteme SIR-C und X-SAR, die sich schon bei den Flügen von 1994 bewährt haben, gleich in doppelter Ausführung mitgenommen. Das Hauptradar, das Radarsignale sendet und empfängt, ist in der Ladebucht des Shuttles untergebracht. Die zweite Antenne, die nur Signale empfängt, wird an einem 60 Meter langen Mast innerhalb von 40 Minuten ausgefahren.
Diese Konfiguration ermöglicht es, die Erde mit zwei "Radaraugen" gleichzeitig zu betrachten - sozusagen im "Stereo-Blick". Die früheren Missionen mussten für diesen "Stereo-Blick" ein Gebiet zweimal überfliegen und die Daten dann zu einem Bild zusammensetzen. Dabei gab es immer zwei kritische Punkte:

1. Die Flugbahnen mussten zum einen sehr präzise eingehalten werden und durften höchstens 100 bis 500 Meter auseinander liegen - und das im Flug!
2. verstrichen zwischen zwei Überflügen immer einige Tage. Durch zwischenzeitliche Veränderungen konnten die beiden Radarbilder desselben Gebietes so unterschiedlich aussehen, dass eine Überlagerung sinnlos wurde.

Das Deutsche Fernerkundungs-datenzentrum des Deutsches Zentrums für Luft- und Raumfahrttechnik in Oberpfaffenhofen (DLR) wird die Daten, die bei X-SAR/SRTM in großen Mengen anfallen, bearbeiten. Die Verarbeitung der Daten ist äußerst komplizierter und ein aufwendiger Prozess. Zuerst müssen die sogenannten Rohdaten, so wie sie von den beiden Radarsystemen kommen, registriert und gefiltert werden - und das ist eine ganze Menge. Es werden etwa 300 Datenbänder sein- oder auc handers ausgedrückt 10 Terabyte. Das ist etwa die Menge, die auf 15.000 CD-ROM's passt!


Anschließend wird aus den Phasenunterschieden der Radarsignale die Höhe der einzelnen Punkte auf der Erde berechnet. Hierbei fließen auch die Daten bekannter Referenzpunkte auf der Erde mit ein. Die vorbehandelten Daten werden dann noch mit einem erdbezogenen Koordinatensystem - beispielsweise dem Gauss-Krüger-System (die Vermessungstechniker wissen sicherlich was ich meine) in Beziehung gesetzt. Das bedeutet, dass jeder Punkt, den die Radarsysteme vermessen haben, auf der Erdoberfläche lokalisiert wird. Größere Gebiete werden anschließend aus den bearbeiteten Streifen zusammengesetzt. Nach all diesen Schritten hat man erst das digitale Höhenmodell in den Händen: eine moderne, digitale Landkarte, die für alle 30 Meter einen auf bis zu sechs Höhenmeter genau vermessenen Punkt auf der Erde enthält. Das ist eine bedeutende Verbesserung, denn der beste bisher existierende Datensatz der Erde enthält nur alle 1.000 Meter einen auf 100 Höhenmeter genau vermessenen Punkt. Aber bis alle Daten der elftägigen Mission bearbeitet sind, wird es rund zwei Jahre dauern. Doch dann hat man etwas, mit dem man etwas anfangen kann. Ein digitales Höhenmodell, das ein wesentlicher Bestandteil für Geo-Informationssysteme ist - und vielleicht irgendwann die altbewährten Landkarten ablöst.

[Nicolas J. Artley; DLR Oberpfaffenhofen]

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