Die Forscher vom Fraunhofer FHR entwickeln ein neuartiges Radarsystem im Auftrag des Raumfahrtmanagements des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), den erdnahen Weltraum 24/7 zu beobachten. Im operativen Betrieb wird GESTRA für das deutsche Weltraumlagezentrum ab Mitte 2019 bisher nicht verfügbare Daten über Weltraumobjekte zur Verfügung stellen – ein Meilenstein der Weltraumbeobachtung in Deutschland.
Das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR ist durch seine langjährige Erfahrung auf dem Gebiet der Weltraumraumbeobachtung mit Radar ein etablierter Experte. Mit dem Radarsystem TIRA bietet es Fähigkeiten, die sonst auf der Welt nicht verfügbar sind. Erst Anfang April lieferte es die letzten Abbildungen der chinesischen Raumstation Tiangong-1, die um die Welt gingen. Doch die Wissenschaftler arbeiten an einer Erweiterung der Fähigkeiten. Mit dem neuen Radarsystem GESTRA (German Experimental Space Surveillance and Tracking Radar) wird es erstmals in Deutschland möglich sein, aktive Satelliten und Weltraumtrümmer rund um die Uhr zu beobachten und damit einen Bahndatenkatalog zu erstellen, der hilft vor Zusammenstößen zu schützen.
Radar warnt vor Weltraummüll
Die »Verkehrssituation« im All ist angespannt: Neben unzähligen Satelliten umkreisen Weltraumtrümmer wie zum Beispiel ausgebrannte Raketenstufen und Bruchstücke von explodierten Raumfahrtobjekten die Erde. Diese verwandeln den Orbit zunehmend in einen Schrottplatz. Es gibt inzwischen etwa 20.000 Objekte, welche mit einer Größe von mehr als zehn Zentimetern und einem Tempo von durchschnittlich 25.000 Kilometern pro Stunde um die Erde rasen. Hinzu kommen 700.000 kleinere Objekte, die immer noch größer als ein Zentimeter sind. Durch ihre enorme Geschwindigkeit können auch diese Trümmerteilchen aktive Satelliten beschädigen oder zerstören.
Der Zusammenstoß zwischen einem Trümmerteil und einem Satelliten kann nur durch ein Ausweichmanöver verhindert werden. Allerdings sind Manöver dieser Art ressourcen- und zeitintensiv und möchten vom Betreiber nur bei echter Gefährdung des Satelliten durchgeführt werden. Um diese Gefährdung abschätzen zu können, ist einerseits eine möglichst vollständige Katalogisierung der Weltraumobjekte sowie die hochpräzise Bahnbestimmung der potenziellen Kollisionsobjekte notwendig. Beides kann durch Radarsysteme erfüllt werden.
GESTRA: Leading-edge-Technologie
Für eine lückenlose, kontinuierliche Überwachung des Weltraums benötigt man sogenannte Phased Array Radare. Die elektronisch gesteuerten Gruppenantennen sind in der Lage, den erdnahen Weltraum rund um die Uhr großräumig zu überwachen. Mit dieser elektronisch schwenkbaren, auf neuester Halbleitertechnologie basierenden Antenne, die innerhalb von Millisekunden riesige Bereiche am Himmel abscannen kann, arbeitet das neue Weltraumüberwachungsradar GESTRA. Dieses entwickelt das Fraunhofer FHR zurzeit im Auftrag des Raumfahrtmanagements des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Der Sensor besteht aus einer Sende- und einer Empfangseinheit, die jeweils in einem 18 m x 4 m x 4 m großen Container integriert wurden. Durch die kompakte Bauweise ist GESTRA ein mobiles System, welches an beliebige Standorte transportiert werden kann.
Wenn es 2019 für das Weltraumlagezentrum der Bundeswehr in Betrieb geht, wird es erstmals aus Deutschland möglich sein, großflächig die Trümmerpopulation im erdnahen Weltraum (in Bahnhöhen von 300 km bis 3000 km) zu überwachen. Durch einen kontinuierlichen Betrieb wird so ein Katalog der Weltraumtrümmer im erdnahen Bereich entstehen. Diese neue Datenbasis wird einen großen Einfluss auf die Weiterentwicklung und den Betrieb der Weltrauminfrastruktur von Deutschland und Europa haben.
(Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR, 11.04.2018 – NPO)
