Sentinel“ – zu Deutsch „der Wächter“. Der Name dieses Satellitenprogramms kommt nicht von ungefähr. Denn seine Aufgabe ist tatsächlich die Überwachung und Beobachtung unseres Planeten, und jedes seiner sechs Satelliten-Paare hat dabei einen eigenen Schwerpunkt. Die gesamte Sentinel-Konstellation wurde von der ESA entwickelt und ist seit dem Start von Sentinel-1A im April 2014 aktiver (Haupt)Teil des europäischen Copernicus-Programms zur Erdbeobachtung. Das Programm wurde 1998 ins Leben gerufen, um unsere Ökosysteme zu überwachen, Veränderungen vorherzusagen, Entscheidungsgrundlagen für Schutzprogramme zu liefern und dergleichen mehr.

Den morgen von Plesetsk aus startenden Sentinel-3B werde ich im Folgenden vorstellen, denn er und sein (fast) baugleicher Zwilling 3A sind die vielseitigsten der Sentinel-Konstellation. Die Payload besteht aus jeweils fünf Instrumenten mit unterschiedlichen Aufgaben, dabei aber auch gewissen Schnittmengen:

1. Das Ocean and Land Colour Instrument (OLCI).
olci

1a) Ozeane
Ein Farbmessgerät für Land und Ozeane? Das klingt seltsam, hat aber durchaus einen Sinn und wird im Prinzip auch bereits seit Jahrzehnten eingesetzt. Das Spektrum direkt über der Wasseroberfläche gibt nämlich Aufschluss über die Strahlung, die die Ozeane verlässt. Das wiederum lässt Rückschlüsse auf bestimmte Prozesse und Eigenschaften zu, wie zum Beispiel die Zusammensetzung der Biomasse in den Meeren oder der Aerosole in der Atmosphäre.
Meeres- und Klimaforscher erhalten so Daten über Veränderungen der Wasserqualität duch Ausbreitung von Phytoplankton, Algenblüte, eingespülte oder umverteilte Sedimente, Effekte von Wellengang etc. Interessant sind die Daten natürlich auch für Biologen und die Fischerei.

1b) Land
Über Land wird das OLCI genutzt, um sich einen Überblick über dessen Vegetation bzw. Nutzung zu verschaffen und Modelle z. B. für das Potenzial zur CO2-Absorption zu erstellen. Wieviel Grünfläche gibt es noch? Wo wächst nichts oder neuerdings nichts mehr? Welche Änderungen sind mittel- bis langfristig zu erkennen? Haben illegale Brandrodungen stattgefunden? All diese Informationen liefert Sentinel-3B mit OLCI. Auch für die Landwirtschaft werden die Daten genutzt, um zu erwartende Erträge einzuschätzen und zukünftige Entwicklungen in Abhängigkeit vom sich ändernden Klima vorherzusagen.

1c) Atmosphäre
Bei der Erdbeobachtung spielen natürlich nicht nur Land und Wasser eine Rolle, sondern auch die Atmosphäre, die unseren gesamten Planeten umgibt. Hier liefert das OLCI Daten zur Zusammensetzung, zur Strahlungsdurchlässigkeit und zu den Lichtbedingungen. Alle drei sind ebenfalls wichtige Parameter für das Leben an Land und in den Ozeanen. Die frühere FCKW-Problematik und das daraus resultierende Ozonloch sind ein anschauliches Beispiel dafür, wie diese Parameter miteinander interagieren. Ein anderes Beispiel ist der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre: Wenn aufgrund eines ansteigenden CO2-Gehalts weniger Wärme ins All entweicht (=Faktor Strahlungsdurchlässigkeit), verdunstet mehr Wasser aus den Ozeanen und die Luft wird lichtundurchlässiger bzw. die Wolkendecke dichter. Das wiederum hat auf die Dauer direkte Auswirkungen auf die Vegetation/Photosynthese und somit auch den Tierbestand.

Das OLCI-Spektrometer operiert im Bereich von 400 bis 1040nm und deckt ein Blickfeld von 1270 Kilometern in einer Auflösung von 300 Metern pro Pixel ab. Innerhalb von nur zwei Tagen kann die Erde so einmal komplett gescannt werden.

2. Das Sea and Land Surface Temperature Radiometer (SLSTR)
slstrNeben der Farbe ist auch die Temperatur ein wichtiger Schwerpunkt der Untersuchungen. Das SLSTR arbeitet hier im Strahlungsbereich zwischen 550 und 12000 nm und scannt die Erdoberfläche auf einer Breite zwischen 750 und 1420 Kilometern. Es misst dabei die Temperatur der Wasser- und Eisoberflächen und liefert so wichtige Daten für die Vorhersage des Anstiegs der Meeresspiegel. Über Land hilft das SLSTR unter anderem Brände aufzuspüren und einen Vegetationsindex zu erstellen bzw. dessen Entwicklung zu überwachen. Die Atmosphärenforschung profitiert von diesem Gerät ebenfalls, und zwar bei Untersuchungen zur Wolkenbildung, zur Verteilung von Aerosolen, zur  Luftqualität etc.

3. Das Synthetic Aperture Radar Altimeter (SRAL)sral
Ergänzend zum OLCI und dem SLSTR vermisst das SRAL mittels Ku- und C-Band die Wellenhöhen auf den Gewässern und in den Küstengebieten, Eisflächen inkl. Gletscher, Windgeschwindigkeiten an den Oberflächen, Strömungen, Wirbel und dergleichen mehr. Wie mindestens durch diverse Berichte über den sogenannten „Golfstrom“ allgemein bekannt sein dürfte, haben auch diese Faktoren einen entscheidenden Einfluss auf unser Wetter und Klima.
Es erscheint auf den ersten Blick vielleicht fraglich, wie man mit einem Höhenmesser Strömungen dokumentieren will. Wenn man sich aber vergegenwärtigt, dass Strömungen mit Höhenveränderungen einher gehen, ist diese Frage schnell geklärt. Die Unterschiede können hierbei durchaus im Meter-Bereich liegen. Ein genereller Anstieg des Meeresspiegels wiederum lässt Rückschlüsse auf das Ausmaß des Treibhauseffekts bzw. des Klimawandels zu und wird daher ebenfalls überwacht.

4. Das Microwave Radiometer (MWR), 23,8 und 36,5 GHzmwr
Das MWR ergänzt die Daten des SRAL (Pfadkorrektur), misst hauptsächlich Bodenemissionen und -feuchtigkeit und wird für die Analyse von Eisflächen genutzt. Auch diese Daten sind unter anderem für die Klimaforschung und für die Landwirtschaft relevant.

5. Das Precise-Orbit-Determination (POD)
Wie der Name schon andeutet, handelt es sich hierbei nicht um ein Forschungs-, sondern um ein Navigationsinstrument, bzw. um eine Kombination. Sie besteht bei Sentinel-3B aus dem Global Navigation Satellite Systems (GNSS) instrument und dem Laser Retro-Reflector (LRR). Sentinel-3A verfügt darüber hinaus auch noch über DORIS, das „Doppler Orbit determination and Radio-positioning Integrated on Satellite“-Instrument.

Sentinel-3B, Payloadverteilung. Credit: European Space Agency

Sentinel-3B, Payload. Credit: ESA

Sentinel-3 stellt damit quasi die Fortsetzung und gleichzeitig ein technisches Upgrade zu EnvisatCRYOSAT-2 und Spot dar. Die Satelliten sind 3,7 x 2,2 x 2,2 Meter groß, wiegen ca. 1250 Kilogramm und umkreisen die Erde leicht versetzt zu einander in einer Höhe von 814 Kilometern.

Durch die Kombination von zwei identischen Satelliten kann man schneller einen kompletten Scan erstellen, darüber hinaus aber auch die Datenübermittlung optimieren.

Thales Alenia Space is the prime contractor, responsible for constructing the spacecraft and the SRAL instrument, as well as contributing to the supply of the SLSTR instrument.
Many European companies are involved in supplying the SLSTR instrument, including SELEX Galileo, RAL (Rutherford Appleton Laboratory), Jena-Optronik, Thales Alenia Space, ABSL and ESA-ESTEC.
EADS CASA Espacio is contracted to provide the MWR instrument.
CNES is contracted to provide the DORIS instrument.
Eurockot and Arianespace are contracted to launch the spacecraft.
(Quelle: ESA)


Datenüberprüfung vor Ort
Messungen aus über 800 Kilometern Höhe sind natürlich eine feine Sache, und die Instrumente der Sentinel-Satelliten sind echte High-Tech-Leckerbissen. Man kommt allerdings auf die Dauer dennoch nicht um eine Überprüfung der gelieferten Daten herum. Erfassen die Satelliten wirklich, was sie sollen? Und erfassen sie es korrekt? Das muss in bestimmten Abständen direkt vor Ort gecheckt werden. Immerhin hängt von der Datenqualität einiges ab: Sicherheit von Menschen und Tieren, Naturschutz, Ernteerträge, Klima- und Wettervorhersagen und vieles mehr.

Some of the initial results suggest that the measurements of chlorophyll by Sentinel-3A’s ocean and land colour instrument can be improved slightly, which is now being addressed in the data processing chain.

Craig Donlon commented, “This is exactly why these campaigns are vital. They build confidence in our missions and data products, and highlight issues that can be easily addressed by our expert teams.  Regular-repeat campaigns are a core part of our satellite missions because they provide the evidence of mission quality for our users.”

Quelle: ESA

Eine der überraschendsten Methoden, solche Überprüfungen vorzunehmen und die vorhandenen Daten obendrein zu ergänzen, zeigt und erklärt die ESA in diesem Video bzw. Artikel:

Wenn es es nach den Verantwortlichen geht, wird aus der routinemäßigen Datenüberprüfung am Ende gar ein Citizen-Science-Projekt, an dem Surfer und andere Wassersportler teilnehmen können, auch wenn sie keine Wissenschaftler sind.

Die Copernicus- und Sentinel-Daten an sich kann allerdings schon heute kostenlos jeder herunterladen und analysieren, der daran Interesse hat. Man findet sie über den Copernicus Open Acces Hub. Eine Bedienungsanleitung dafür gibt es wiederum bei GISGeography.

Sentinel-3B und allen beteiligten Teams wünsche ich Hals- und Beinbruch sowie alles Gute für den Start!