Aktuelles › Fraun­ho­fer IOF · Spie­gel für ers­ten deut­schen Hyper­spek­tral­sa­tel­lit EnMAP

Umwelt­mis­sion EnMAP · Deut­scher Satel­lit will Bei­trag zum Kli­ma­schutz leisten

Kürz­lich ist der erste in Deutsch­land ent­wi­ckelte und gebaute Hyper­spek­tral­sa­tel­lit ins Welt­all gestar­tet. Sein Name: EnMAP. Vom All aus soll er künf­tig unsere Umwelt ana­ly­sie­ren und damit nicht nur Fol­gen des Kli­ma­wan­dels, son­dern auch poten­zi­elle Natur­ge­fah­ren sicht­bar machen. Ins­ge­samt elf Spie­gel sowie diverse opti­sche Schich­ten für Tele­skop- und Spek­tro­me­ter-Opti­ken wur­den dafür am Fraun­ho­fer-Insti­tut für Ange­wandte Optik und Fein­me­cha­nik IOF in Jena her­ge­stellt. Einen Monat nach dem Start lie­gen nun die ers­ten Auf­nah­men aus dem All vor.

© OHB Sys­tem AG / DLR Vom Welt­all aus soll EnMAP künf­tig die Erd­ober­flä­che beobachten.

Es ist eine der wich­tigs­ten Fra­gen unse­rer Zeit: Wie kön­nen wir unsere Umwelt und unser Klima bes­ser schüt­zen? Ant­wor­ten dar­auf soll eine neue deut­sche Satel­li­ten­mis­sion lie­fern: Das »Envi­ron­men­tal Map­ping and Ana­ly­sis Pro­gram« – kurz: EnMAP – ist der erste deut­sche Hyper­spek­tral-Satel­lit. Die Mis­sion wird vom Deut­schen Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR) im Auf­trag des Bun­des­mi­nis­te­ri­ums für Wirt­schaft und Kli­ma­schutz (BMWK) geführt.

Ziel ist die Bereit­stel­lung exzel­len­ter Bil­der kom­bi­niert mit Spek­t­ral­da­ten, um dia­gnos­ti­sche Infor­ma­tio­nen über den Zustand unse­rer Erde und Gewäs­ser, zu sam­meln. Auch die Aus­wir­kun­gen mensch­li­cher Ein­griffe auf Öko­sys­teme kann damit betrach­tet und die Ver­wal­tung natür­li­cher Res­sour­cen, z. B. in der Land­wirt­schaft, erleich­tert werden.

Am 1. April ist der EnMAP-Satel­lit vom Gelände der Cape Cana­veral Space Force Sta­tion in Flo­rida aus mit einer SpaceX Rakete Fal­con 9 erfolg­reich ins Welt­all gestar­tet. Mit an Bord: Metall­spie­gel, her­ge­stellt und optisch ver­gü­tet am Fraun­ho­fer IOF in Jena.

Fraun­ho­fer IOF lie­ferte Metall­spie­gel für das EnMAP-Messinstrument

Aus ca. 650 Kilo­me­tern Ent­fer­nung soll der Satel­lit in den nächs­ten fünf Jah­ren unsere Erde beob­ach­ten – und das auf 242 Spek­tral­ka­nä­len. Sein zen­tra­les Mess­in­stru­ment ist dabei der soge­nannte Hyper­spec­tral Imager (HSI). Er ist in der Lage, die von der Erd­ober­flä­che reflek­tierte Son­nen­strah­lung als kon­ti­nu­ier­li­ches Spek­trum im Spek­tral­be­reich von 420 nm bis 2.450 nm zu mes­sen, mit einer spek­tra­len Abtas­tung von 6,5 nm (VNIR) und 10 nm (SWIR). Gleich­zei­tig lie­fert das abbil­dende Spek­tro­me­ter bril­lante Bil­der mit einer räum­li­chen Auf­lö­sung von 30 m x 30 m auf der Erde.

»Für den HSI haben wir am Fraun­ho­fer IOF ins­ge­samt elf plane, sphä­ri­sche und asphä­ri­sche Metall­spie­gel ent­wi­ckelt. Die Ent­wick­lung beinhal­tete dabei das Spie­gel­de­sign bis hin zur Her­stel­lung und die Ver­gü­tung der Spie­gel sowie die Cha­rak­te­ri­sie­rung mit opti­schen und tak­ti­len Mess­ver­fah­ren«, erklärt Dr. Ste­fan Risse, Lei­ter des Pro­jek­tes am Fraun­ho­fer IOF.

© Fraun­ho­fer IOF Für EnMAP wur­den am Fraun­ho­fer IOF Metall­spie­gel hergestellt.

Anwen­dung fin­den die Spie­gel im visu­el­len sowie infra­ro­ten Spek­tral­be­reich. Die Her­stel­lung erfolgte daher durch die Kom­bi­na­tion von ultra­prä­zi­sen Ver­fah­ren der Dia­mant­be­ar­bei­tung mit Polier­tech­ni­ken zur loka­len Form­kor­rek­tur und Glät­tung der Ober­flä­chen­rau­heit. Abschlie­ßend wur­den die opti­schen Flä­chen mit Ver­gü­tungs­schich­ten – geschütz­tes Sil­ber für den visu­el­len Spek­tral­be­reich und gesput­ter­tes Gold für den infra­ro­ten Spek­tral­be­reich – versehen.

»Ein­ge­setzt wer­den Metall­spie­gel aus einer Alu­mi­ni­um­le­gie­rung kom­bi­niert mit einer rönt­gen-amor­phen Dick­schicht aus Nickel-Phos­phor. Damit konn­ten modernste Ver­fah­ren der Optik­fer­ti­gung auch für Metall­op­ti­ken ange­wen­det wer­den. Im Ergeb­nis wur­den Spie­gel mit einer Mikror­au­heit von klei­ner 0,8 nm rms und Form­ge­nau­ig­kei­ten von klei­ner 12 nm rms erreicht wer­den.«, so der For­scher weiter.

EnMAP sen­det erste Auf­nah­men aus dem All

© DLR (CC BY-NC-ND 3.0) EnMAP – ein Bild, viele ver­schie­dene Informationen

Hyper­spek­trale Ana­ly­sen zer­le­gen das Licht in viele, eng bei­ein­an­der­lie­gende Wel­len­be­rei­che. So tut es auch der HSI an Bord von EnMAP: Er betrach­tet das Son­nen­licht, das von Mate­ria­lien auf der Erd­ober­flä­che reflek­tiert wird. Da jedes Mate­rial dabei seine eigene Art und Weise hat, Licht zurück­zu­wer­fen, ent­steht eine sehr spe­zi­fi­sche, far­bige Spek­tral­si­gna­tur, die für das mensch­li­che Auge nicht sicht­bar ist. Nicht umsonst bean­sprucht EnMAP daher das Motto für sich, »unsere Erde in mehr als allen Far­ben« sehen zu können.

 

© DLR (CC BY-NC-ND 3.0) Chlo­ro­phyll-Kon­zen­tra­tion im Bosporus

Einen Monat nach dem Start hat EnMAP nun die ers­ten Auf­nah­men aus dem All nach­hause geschickt. Sie zei­gen einen Strei­fen von etwa 30 Kilo­me­tern Breite und 180 Kilo­me­tern Länge über Istan­bul am Bos­po­rus in der Tür­kei. Die Daten wur­den über die DLR-Boden­sta­tion in Neu­stre­litz zur Erde gesen­det. In wei­te­ren fünf Mona­ten soll die Mis­sion plan­mä­ßig in die ope­ra­tio­nelle Phase über­ge­hen. Dann kön­nen Wis­sen­schaft­le­rin­nen und Wis­sen­schaft­ler begin­nen, Daten über spe­zi­elle Gebiete der Erde zu sammeln.

»Das abbil­dende Hyper­spek­tral­in­stru­ment der EnMAP-Mis­sion wurde in Ver­ant­wor­tung des DLR mit deut­scher Tech­nik rea­li­siert und bil­det aktu­ell in sei­ner spek­tra­len Breite und exzel­len­ten Abbil­dungs­qua­li­tät eine Instru­men­tie­rung der Spit­zen­klasse«, erklärt Prof. Dr. Andreas Tün­ner­mann, Lei­ter des Fraun­ho­fer IOF. »Ultra­prä­zise Opti­ken des Fraun­ho­fer IOF haben dabei einen ent­schei­den­den Anteil. EnMAP lie­fert einen ganz her­aus­ra­gen­den Bei­trag, um Deutsch­land und die Welt auf die Her­aus­for­de­run­gen des Kli­ma­wan­dels vor­zu­be­rei­ten. Als Fraun­ho­fer IOF sind wir daher sehr stolz dar­auf, Teil die­ser zukunfts­wei­sen­den Mis­sion zu sein.«

Part­ner der deut­schen Ummeltmis­sion EnMAP

Die Umwelt­mis­sion EnMAP wird von der Deut­schen Raum­fahrt­agen­tur im Deut­schen Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR) in Bonn im Auf­trag des Bun­des­mi­nis­te­ri­ums für Wirt­schaft und Kli­ma­schutz (BMWK) geführt. Mit der Ent­wick­lung und dem Bau des Satel­li­ten sowie des Hyper­spek­tral­in­stru­men­tes wurde die OHB-Sys­tem AG beauf­tragt. Die Mis­sion steht unter der wis­sen­schaft­li­chen Lei­tung des Geo­For­schungs­zen­trums Pots­dam (GFZ).

© DLR Logo der ENMAP-Mission.

Mit dem Auf­bau und dem Betrieb des Boden­seg­ments sind drei Insti­tute und Ein­rich­tun­gen des DLR beauf­tragt wor­den: Das Deut­sche Raum­fahrt­kon­troll­zen­trum in Ober­pfaf­fen­ho­fen wird den Satel­li­ten­be­trieb durch­füh­ren und über­wa­chen. Das Deut­sche Fern­erkun­dungs­da­ten­zen­trum und das DLR-Insti­tut für Metho­dik der Fern­erkun­dung wer­den die emp­fan­ge­nen Satel­li­ten­da­ten archi­vie­ren, pro­zes­sie­ren, vali­die­ren und für die Wis­sen­schaft zugäng­lich machen. Auch Fir­men und Behör­den wer­den die Daten aus­pro­bie­ren und damit künf­tige Ser­vices vor­be­rei­ten. Die zukünf­tige Nut­zung der EnMAP-Hyper­spek­t­ral­da­ten durch Uni­ver­si­tä­ten und wis­sen­schaft­li­che Ein­rich­tun­gen und die Ent­wick­lung von spe­zi­el­len Anwen­dun­gen wer­den durch BMWK-För­der­pro­gramme unterstützt.

Die Spie­gel wur­den am Fraun­ho­fer IOF im Auf­trag der OHB Sys­tem AG hergestellt.