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Deutsche Satelliten

Einleitung

Das deutsche Weltraumprogramm unterscheidet sich in vielen Punkten von dem anderer Nationen wie z.B. Frankreich oder Japan. So gibt es relativ wenige deutsche Satelliten. In diesem Artikel soll es um diese gehen. Dabei ist es bei vielen Satelliten so, das diese nicht rein deutsch sind sondern internationale Komponenten enthielten. Als Definition soll ein Deutscher Satellit daher ein Satellit sein, bei dem mindestens 2/3 der Kosten von der BRD getragen wurden. Umgekehrt finden sich allerdings deutsche Experimente oder Komponenten auch bei vielen anderen Missionen. So befanden sich deutsche Experimente an Bord von Galileo und Mars Pathfinder. In dieser Auflistung nicht enthalten sind kommerzielle Satelliten, wie die Kopernikus Satelliten der Telecom. Auch binationale Missionen bei denen der deutsche Anteil niedriger ist (Galileo, AMPTE) sind daher hier nicht mit aufgeführt. Analoges gilt für die bemannten Missionen oder Satelliten von privaten Organisationen wie AMSAT.

Das deutsche Weltraumprogramm

Der Einstieg in die Raumfahrt begann für Deutschland erst spät 1962. Zum er ersten Satellitenstart kam es erst 1969. Das nationale Programm der BRD hat einige Besonderheiten:

Azur (8.11.1969)

Nachdem 1962 die ersten Gelder für die Weltraumfahrt flossen, dauerte es noch 7 Jahre bis zum Start des ersten nationalen Satelliten. Pläne für einen eigenen Satelliten gab es seit 1961, gebaut wurde ab 1965. Azur kam erst nach dem Regierungswechsel 1966 zur großen Koalition richtig in Gang, erst dann begann man auch die Unterstützung der Raumfahrt mit nennenswerten Beträgen. Deutschlands Einstand kam relativ spät. Vorher hatten schon neben den Großmächten Sowjetunion und USA auch schon England, Frankreich, Italien, Japan, Australien und Kanada einen eigenen Satelliten gestartet.

Azur war als erster Satellit nicht einfach, keine Firma hatte bisher Erfahrungen im Bau von Raumfahrzeugen. Die Kosten stiegen weit über den Plan an. Geplant war ein Kostenrahmen von 30 Millionen DM, doch es wurden über 70 Millionen DM. Aufgabe des zuerst nüchtern "625 A-1" genannten Satelliten war die Erforschung des Sonnenwindes und die Wechselwirkung mit dem Erdmagnetfeld und elektrischen Teilchen. 7 Experimente an Bord waren dafür ausgelegt. Sie wurden aus über 100 Vorschlägen ausgewählt. Federführend in der Entwicklung war MBB. Die Experimente wurden vorher schon getestet, indem sie mit Raketen in 1000 km Höhe geschossen wurden. Gestartet wurde der Satellit mit einer Scout Trägerrakete von den USA. Er erreichte eine elliptische Umlaufbahn von 383 km Erdnähe und 3415 km Erdferne. Den Satellitenbetrieb übernahm am 15. November 1969 das eigens in Oberpfaffenhofen errichtete Deutsche Raumfahrt-Kontrollzentrum (GSOC) der Deutschen Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt (DFVLR), die Vorgängeragentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Schnittbild AzurAzur wog 72 kg, (mit Adapter zur Rakete 87.7 kg) war 123 cm hoch, hatte einen maximalen Durchmesser von 76 cm. 5300 Solarzellen an de Außenseite des zentralen Zylinders lieferten 39 Watt elektrische Leistung. Der nominelle Stromverbrauch betrug 33 Watt. Angeschlossen an die Sonnenzellen waren Silber-Cadmiumbatterien zum Abpuffern von Zeiten im Erdschatten. Die Stabilisierung erfolgte durch Momente von Permanentmagneten welche die Bestrebung haben sich parallel zum Erdmagnetfeld auszurichten. Die Genauigkeit der Ausrichtung betrug 5-7 Grad. Die Wärmeregulation geschah durch passiv Wärmeabgabe außen und Wärmeleitung im inneren. Gesandt wurde mit einer Leistung von 0.5 W bei 136.56 und 136.74 MHz. Kommandos wurden bei 148.25 MHz empfangen.

Daten konnten in Echtzeit gesandt oder auf ein Endlos Analogtonband gespeichert und mit 50 facher Geschwindigkeit ausgelesen werden.

Die 8 Experimente wogen insgesamt 16.88 kg und verbrauchten 8.4 Watt an Leistung. Sie untersuchten 7 Phänomene die man folgenden 3 Fragestellungen zuordnen konnte:

Die Experimente stammten von MPI für extraterrestrische Forschung in Garching, MPI für Aeronomie in Lindau, der Uni Kiel, der TH Darmstadt und der DFVLR. Sie erforschten kosmische Strahlen, Teilchen des Van Allen Strahlungsgürtels und Polarlichter.

10 Tage nach dem Start wurde der Kommandoempfänger störanfälliger. Dies konnte man durch das Senden mit mehreren Bodenstationen kompensieren. Schon am 9.12.1969 nach 300 Umläufen fiel der Bandrekorder aus. Danach konnten die 70 % der Daten empfangen werden, die in Echtzeit gesendet wurden. Am 29.6.1970 brach der Kontakt zum Satelliten nach 233 Tagen aus unbekannten Gründen ab, die geplante aktive Lebensdauer von 1 Jahr wurde damit nicht erreicht. Ursache war vermutlich eine Strahlenschädigung des Datensenders. 10 Jahre nach dem Start verglühte Azur in der Atmosphäre. Trotz der Probleme und der nicht erreichten Solllebensdauer war Azur ein voller Erfolg. Er lieferte über 10 Gigabit an Daten über die Strahlungsgürtel der Erde. Mit Azur bekam die Bundesrepublik nicht nur einen Satelliten sondern auch Know-how im Management einer Weltraummission und der Koordinierung von vielen Partnern in Forschung und Industrie.

DIAL Dial (10.3.1970)

Dial resultierte aus einer Kooperation von CNES und DFVLR. Ziel war die Bereitstellung einer Nutzlast für den Erststart der Diamant B Rakete. Dial dürfte maximal 50 kg wiegen und musste die Nutzlastkapazität von 115 kg mit einem französischen Forschungssatelliten teilen. Die Ausschreibung gewann Junkers. Das Besondere an Dial war die geringe Vorbereitungszeit die zur Verfügung stand und dies es notwendig machte von vielen Techniken des Satellitenbaus abzukommen. Im Januar 1969 wurde die Vereinbarung zwischen DFVLR und CNES unterzeichnet.

Nur 13 Monate nach einer Vereinbarung zwischen der CNES und dem BMFT wurde Dial gestartet. Dial steht für Diamant Allemagne. Die Diamant hatte Priorität hinsichtlich Starttermin, Bahn und Nutzlast. Dial war deswegen ein höchst einfacher Satellit, da man nur ein Jahr zum Bau Zeit hatte. Ziel von vier Experimente war die Messung von mehreren Zustandsgrößen der Hochatmosphäre im Äquatorialbereich. Die Experimente benötigten keine besondere Ausrichtung im Orbit. Der 60 kg schwere Satellit war für 25-28 Tage Arbeitsdauer ausgelegt und arbeitete 71 Tage, bis die Batterien erschöpft waren. Das Gehäuse war oktogonal und trug Solarzellen. Sie lieferten zusätzlichen Strom um die Silberzink Batterie zu unterstützen. Die 90 Ah Batterie aus 19 Zellen war die primäre Energieversorgung. 222 Solarzellen eine Ergänzung. Im domartigen Aufbau befanden sich die Experimente. Wesentliche Aufgabe war die Messung der Elektronendichte und die Messung des Magnetfeldes. 10 kg der Startmasse entfiel auf 4 Experimente vom MPI für extraterrestrische Physik in Garching, dem Institut für Kernphysik der Uni Kiel und dem Institut für Geophysik und Meteorologie der TU Braunschweig.

Dial hatte eine Höhe von 115 cm, einen maximalen Außendurchmesser von 71 cm mit Antennen von 30 cm Länge. Er sandte bei 136.56 MHz die Daten mit 1920 Bit/sec und einer Sendeleistung von 0.5 Watt zur Erde. Die Bahn lag anfangs bei 319 km Erdnähe und 1633 km Erdferne. die Bahnneigung betrug 5.41 Grad.

Aeros Aeros 1+2 (16.12.1972 / 16.7.1974)

Nach den Erfahrungen mit Dial wurden mit Aeros 1+2 zwei spezielle Satelliten zur Erforschung der Hochatmosphäre gestartet. Aeros 1+2 waren in der Aufgabenstellung mit Azur verwandt und gewissermaßen seine Nachfolger. Aeros 1 war ein gemeinschaftliches Projekt von Deutschland und den USA. Von den 5 Messgeräten stammte eines aus den USA, die dafür die Scout Trägerrakete umsonst stellten. Aeros 2 war ein rein deutscher Satellit, in diesem Fall musste das BMFT 12 Millionen DM für den Start zahlen.

Nach einer 2 Jährigen Studienphase wurde das Projekt im Juni 1969 zwischen der NASA und dem BMFT vereinbart. Hauptauftragnehmer wurde nach einer Ausschreibung im April 1970 Dornier. Unterauftragnehmer waren ERNO, SEL, AEG Telefunken und Siemens.

Aeros hatte als Aufgabe die Erforschung der Thermosphäre, der Atmosphäre oberhalb von 100 km. Die Instrumente bestanden aus:

AerosAlle deutschen Experimente stammten übrigens aus Baden Württemberg. Ebenso wurde der Satellit in Friedrichshafen gebaut. Aeros 1 war also eigentlich eher der erste schwäbische als dritte deutsche Satellit... Als neue Anforderung gegenüber Azur und Dial kam hinzu, dass alle Experimente gleichzeitig arbeiten mussten, aber in unterschiedliche Richtungen schauten. Man löste das Problem indem man einen Zylinder konzipierte. Auf dem Mantel waren an einer Seite die Experimente zur Untersuchung der Hochatomsphäre angebracht. Das Spektrometer schaute aus dem Zylinderdeckel, der mit Solarzellen bedeckt war zur Sonne. Diese Stirnseite war ständig auf die Sonne ausgerichtet.

Beide Satelliten waren jeweils 127 kg schwer und hatten eine Höhe von 73.8 cm bei einem Durchmesser von 91.4 cm. 1300 Solarzellen lieferten eine Leistung von 50 Watt. Dazu kam eine Silber-Zink und eine Nickelcadmiumbatterie als Energiequelle. Die Nickelcadmiumbatterie war wiederaufladbar und für den Erdschatten gedacht, die Silberzinkbatterie war nicht wiederaufladbar und für Notfälle sowie die erste Phase vom Start bis zur Ausrichtung auf die Sonne vorgesehen. Von 96 Minuten Umlaufszeit war der Satellit jeweils 33 Minuten auf der Schattenseite, was bei Aeros 1 bedeutete, dass die Batterie 3844 mal entladen und wieder aufgeladen wurde, eine für die damalige Zeit enorme Anforderung an die Batterie.

Die Lage konnte mit zwei Hydrazintriebwerke geändert werden. Die Stabilisierung erfolgte durch Spinstabilisierung. Nach dem Abtrennen von der Trägerrakete rotierten die Satelliten mit 10 Umdrehungen pro Minute. 2 Massen an einem Seil senkten diese auf 10 Umdrehungen pro Minute ab. Nach dem Abtrennen der Massen wurde diese Rotation beibehalten und elektronisch mit einer Genauigkeit von einem Prozent geregelt. Die Regelung erfolgte unter Ausnützung des irdischen Magnetfeldes und Magnetkernspulen an Bord des Satelliten. Mit demselben System wurden auch die Instrumente an Bord mit einer Genauigkeit von 5 Grad ausgerichtet.

Ziel waren Bahnen von mindestens 230 x 600 km Höhe. Die Scout konnte die Satelliten in höhere Bahnen bringen, die durch die Reibung der Atmosphäre langsam zu einer Kreisbahn wurde. Ziel war eine Mission von 180 Tagen Länge, durch Zünden von Triebwerken wenn das Apogäum unter 600 km sank konnte die Bahn jeweils nochmals angehoben werden. Dadurch wurde die Mission um 2 bzw. 8 Monate verlängert.

Aeros 1 wurde am 16.12.1974 gestartet. Die erste Bahn hatte ein Perigäum von 218 km und ein Apogäum von 865 km (geplant: 230 x 800 km). Am 28.4.1973 hatte er seine Solllebenszeit erfüllt und befand sich in einer 200 x 500 km Bahn. Am 29.4.1973 zündete man den bordeigenen Antrieb für 4 Minuten und erreichte eine neue Apogäumshöhe von 660 km. Am 10.8.1973 war die Bahn erneut soweit abgefallen, dass der Wiedereintritt bevorstand. Man zündete erneut das Triebwerk, diesmal um das Perigäum abzusenken und den Satelliten gezielt in die Atmosphäre eintreten zu lassen. Aeros 1 verglühte am 22.8.1973 nach 8 Monaten

Aeros 2 wurde am 16.7.1974 gestartet. Er war ein Nachbau von Aeros 1, und nachdem dieser so erfolgreich war in Auftrag gegeben wurden. Diesmal war es ein rein nationaler Satellit und der Start musste bezahlt werden. Ziel war es die Daten von Aeros 1 zu ergänzen, die dieser vorwiegend im Winterhalbjahr gewonnen hatte, daher wurde Aeros 2 im Sommer gestartet. Er gelangte in eine Bahn von 212 x 869 km Höhe. Im März 1975 sollte der Satellit wieder in die Atmosphäre eintreten. Man zündete Ende Februar 1975 die Satellitentriebwerke und hob die Bahn erneut an. Die Mission war so sogar noch länger als bei Aeros 1. Aeros 2 verglühte erst am 25.9.1975 nach 14 Monaten. Von den 150 Millionen DM, die das Aeros Projekt kostete entfielen 112 Millionen auf den Bau von Aeros 1, 3 Millionen auf die Bodenanlagen, aber nur 35 Millionen auf Aeros 2, obwohl man hier die Trägerrakete bezahlen musste. Dies ist typisch für Forschungssatelliten: Die Entwicklung kostet weitaus mehr als der Bau (oder Nachbau) eines Satelliten

Helios 1+2 (10.12.1974 / 15.1.1976)

Helios Sonnensonde Helios 1+2 sind mit Sicherheit ein herausragender Punkt im deutschen Weltraumprogramm, auch wenn die Öffentlichkeit weitgehend keine Notiz von Ihnen nahm. Helios 1+2 sind nicht nur die ersten Raumsonden die nicht von der UdSSR oder USA gestartet wurden, sie waren in ihrem Ziel: Einer Untersuchung des Raumes zwischen Sonne und Erde sehr anspruchsvoll: Die Sonden mussten sich bis auf 43 Millionen km Entfernung der Sonne, das ist näher als der Planet Merkur oder weniger als ein Drittel der Entfernung der Erde. Dadurch ist die Sonneneinstrahlung dort 10 mal höher als auf der Erde mit Werten von 13 kW/m². Trotz dieser mörderischen Umgebungsbedingungen, gelang es die Sonden so zu konstruieren, das sie durch geschickte Baumaßnahmen diese aushielten. Die beiden Sonden waren für eine Lebensdauer von 18 Monaten ausgelegt, arbeiteten aber bis zum 16.3.1986 (Helios 1) beziehungsweise Ende 1981 (Helios 2, die noch 3 Millionen km näher an die Sonne flog und daher stärkeren Belastungen ausgesetzt war). Der Entfernungsrekord besteht bis heute und es sind auch keine Projekte geplant, die näher an die Sonne herankommen.

Sie hatten die Form einer riesigen Garnrolle. Diese hatte einen Durchmesser von 2.77 m oben und unten, in der Mitte betrug der Durchmesser nur 1.75 m. Die Höhe betrug 2.12 m, mit der Sendeantenne 4.21 m. Zwei Ausleger für das Magnetometer (Experiment 2) und Plasmawellen (Experiment 5) ragten um 4.7 beziehungsweise 14.8 / 16 m zur Seite heraus. Bei Helios 2 war diese Antenne nur bis auf 14.8 m entfaltbar. Soll waren 16 m.

Der Zentralkörper ist ein Sechzehneck. Solarzellenflächen befanden sich nur am oberen und unteren Rand. Diese Fläche war um 32.5° zur Rotationsachse geneigt, um wenig Licht aufzunehmen und vieles zu reflektieren. In Erdnähe produzierten diese maximal 270 W an Strom. Benötigt wurden in Erdnähe 229 W Strom, beim Betrieb aller Experimente in Sonnennähe 238 Watt. Der minimale Strombedarf betrug 211 Watt. Der Strom wurden von 14080 Sonnenzellen an der Oberfläche geliefert.

Das Temperaturkontrollsystem musste mit einer Einstrahlung von 1 KW bis 70 KW zurechtkommen. Dies geschah durch mehrere Techniken. Zum einen sind 50 % der Oberfläche mit optischen Reflektoren überzogen, die 93 % des einfallenden Lichtes reflektieren. Für die Anbindung der Reflektoren und Solarzellen musste erst ein Bindeelement gefunden werden, welches zwischen -100 und +170°C funktionierte. Im Innenraum, der nicht von der Sonne beschienen wird, regulieren Louver die Temperatur. Dies sind Elemente wie Jalousien, die durch ein Bimetall geöffnet werden. Sie strahlen die Wärme in den Weltraum ein.

Helios Aufbau Unter der Sonde ist eine Superisolierung an der gesamten Innenseite untergebracht. Die Sonde ist so gut isoliert, dass es nötig ist sie in Erdferne zu heizen. Dies machen thermostatgesteuerte Heizsysteme für die Instrumente und die Elektronik. Ziel war eine Arbeitstemperatur von 20° für die Elektronik.

Als letzte Maßnahme rotiert die Sonde sehr schnell mit um ihre eigene Achse. So ist nur ein Teil der Oberfläche der Sonne ausgesetzt. Die Rotationsachse ist so ausgelegt, dass die Sonde senkrecht zur Ekliptik rotiert. Die nominelle Rotationsrate betrug 60 +/- 1 Umdrehungen pro Minute.

Die Sonden wurden von Messerschmidt-Bölkow-Blohm (MBB) gebaut. Sie waren für eine Missionsdauer von 18 Monaten oder 3 Sonnenumläufe ausgelegt. Jede Sonde trägt 10 Experimente mit einem Gesamtgewicht von 73.2 kg (Helios 1) beziehungsweise 76.5 kg (Helios 2) an Bord. Die Anzahl der Experimente wurde nach dem finanziellen Engagement aufgeteilt. Sieben der Experimente stammen aus der BRD und 3 von den USA. Die Experimente lassen sich in 3 Gruppen einteilen:

Die Experimente befinden sich zumeist im mittleren Ring der "Garnrolle".

Die Kosten von 700 Millionen DM für beide Sonden von je 371 kg Gewicht wurden im Verhältnis 3.375:1 zwischen Deutschland und den USA aufgeteilt. Die USA stellten die beiden Trägerraketen Titan 3E und ihr Deep Space Network zur Verfügung. Die Sonden selbst und die anderen 7 Experimente wurden in Deutschland entwickelt und gebaut. Beide Sonden waren um 180° in ihrer Bahn versetzt. Die Sonden stellen bis heute den Rekord der nächsten Sonnenannäherung. Mehr über Helios in einem eigenen Artikel.

Symphonie 1+2 (19.12.1974 + 27.8.1975)

Die beiden Deutsch-Französischen Symphonie Satelliten waren die ersten geostationären Nachrichtensatelliten die in Europa gebaut wurden. Die beiden Satelliten kosteten die für die damalige Zeit enorme Summe von 600 Millionen Mark. (Geplant 450 Millionen DM). Wie bei Azur ging der größte Anteil darauf eine Industrie in beiden Ländern zu formen, die nötigen Empfangsanlagen am Boden zu bauen etc. Neben den beiden Flugexemplaren wurde ein Reserveexemplar und 6 Modelle zur Untersuchung des elektrischen, thermischen, mechanischen und Funkverhaltens gebaut. Dies erklärt zum Teil, auch die Kosten. Darüber hinaus waren die Satelliten für ihre Zeit enorm modern:

  1. Sie verwandten zum ersten Mal einen flüssigen Antrieb für die Apogäumsantrieb. Der 400 N Antrieb wurde in der Folge auch für den Antrieb der Raumsonde Galileo genutzt. Weiterentwicklungen dieses Antriebs findet man heute noch bei Planetensonden.
  2. Ein 10 N Zweistoff Lagekorrektur System ersetzte das bis dahin üblich Kaltgassystem - Dabei wurde erheblich weniger Treibstoff als beim Kaltgassystem verwendet. Auch dieses fand Einzug in das Lageregelungssystem von Galileo. Es ist heute Standard bei europäischen Sonden. Amerikanische Sonden verwenden zumeist noch das Einstoff-System.
  3. Die Satelliten waren die ersten zivilen dreiachsenstabilisierten Satelliten im geostationären Orbit. Als Folge wurde die Dreiachsenstabilisierung für die INTELSAT 5/5A Serie von Deutschland gebaut.
  4. Die Antennen waren anders als bei den bisherigen Satelliten so ausgelegt, dass sie nur eine kleine Zone auf der Erde ausleuchteten, dadurch konnten die Empfangsantennen am Boden kleiner sein.
  5. Erster Einsatz des TDMA Übertragungsverfahren: Anstatt das Frequenzband in Kanäle zu teilen, hat jeder Kanal das volle Band für eine kurze Zeit. Dies erlaubte es die Übertragungsrate deutlich zu steigern, da Kanäle mit geringerem Datenvolumen nun das Band kürzer belegten.

SymphonieJeder Satellit wog beim Start 402 kg, im Orbit noch 244 kg, leer 221 kg. Die Abmessungen lagen bei 1.7 m Durchmesser und 0.5 m Höhe. Die Solarpanel von 6.8 m Spannweite mit 21888 Solarzellen lieferten zu Missionsbeginn 303 Watt Strom. Mindestens 187 Watt wurden für den Betrieb benötigt. 2 Nickelcadmiumbatterien dienten als Puffer. Jeder Satellit verfügte über zwei Transponder mit je 1200 Telefonkanälen. Alternativ konnten zwei Fernsehkanäle über denselben Transponder übermittelt werden. Gesandt wurde bei 4 GHz, empfangen bei 6 GHz.

Die Satelliten übermittelten Daten zwischen Europa und Amerika, ab 1977 nach einer Verschiebung von Symphonie 1 im Orbit von 11.5 Grad West nach 50 Grad Ost auch zwischen Afrika und Europa und Indien. Die Satelliten wurden bis 1983 genutzt, als mit den europäischen ECS Satelliten erheblich leistungsfähigere Nachfolger zur Verfügung standen. Sie waren dann (nach 9 bzw. 8 Jahren Betrieb) aber noch immer funktionsfähig.

Der deutsche Anteil von 300 Millionen DM teilte sich wie folgt auf: 56.2 Millionen DM Anteil an der Entwicklung der Europa II Trägerrakete, welche die Satelliten ursprünglich transportieren sollte. 203.1 Millionen DM Satelliten, 31.4 Millionen DM für die Trägerrakete Delta 3914, 9.3 Millionen DM für Erdfunkstellen.

Die Satelliten wurden für zahlreiche Programme genutzt zuerst für experimentelle Programme bei denen Fernsehen und Bildfunk aus Kanada übermittelt wurden oder Life Übertragungen des Apollo Sojus Projektes. Es schloss sich eine nicht-kommerzielle Nutzphase an. Dank des kleinen Spotgebietes von Symphonie konnte man eine 3 m Antenne auf der Erde zum Senden und Empfangen benutzen. Dies nutzte das Rote Kreuz mit einer mobilen Bodenstation in Katastrophengebieten. Indien nutzte einen Symphonie Satelliten für Unterrichtprogramme. Frankreich nutzte Symphonie für Telefon und Fernsehverbindungen ihrer Übersee Departements nach Frankreich und experimentell wurde auch das Senden und Empfangen von Schiffen aus erprobt.

Obwohl heute vergessen sind die beiden Symphonie Satelliten geschichtlich sehr bedeutend: Zum einen ermöglichte ihr Bau den Aufbau einer europäischen Industrie die Kommunikationssatelliten baut und heute ein wichtiger Industriezweig ist. Firmen wie Astrium und Matra-Marconi Space verdanken ihren Markterfolg auch Symphonie. Zum zweiten sind die beiden Satelliten daran schuld, das heute Ariane 50 % des Weltmarkts bei kommerziellen Starts hält. Ursprünglich sollten diese mit einer Europa 2 Rakete starten. Als das Programm scheiterte wandte man sich an die Amerikaner die eine entsprechende Trägerrakete vom Typ Delta 2914 zwar zur Verfügung stellten, aber dafür die Auflage machten, dass man die Satelliten nur experimentell nutzen dürfte. Da ein Telefonkanal damals 6000 USD Gebühren pro Jahr einbrachte, kann man leicht ausrechnen warum.

Dies führte dazu, das man obgleich man mit der Europa Trägerrakete eine Pleite hingelegt hatte sich nochmals aufraffte und eine neue Trägerrakete entwickelte. Eine Trägerrakete voll ausgerichtet auf den Transport geostationärer Satelliten, eine Trägerrakete zuverlässiger als die Atlas, die größte US Trägerrakete für den freien Markt, mit mehr Nutzlast, mit der Möglichkeit Doppelstarts durchzuführen. Eine Rakete die so erfolgreich wurde, dass sie heute das Maß aller Dinge ist: Die Ariane.

TV-Sat 1+2 (21.11.1987 / 9.8.1989)

TV SATDeutschland und Frankreich hatten 1974/75 mit dem französisch / deutschen Programm Symphonie 1+2 die ersten europäischen Kommunikationssatelliten entwickelt und dabei auch den Grundstock für eine europäische kommerzielle Raumfahrtindustrie gelegt. Mit den Satelliten TDF 1+2 bzw. TV-Sat 1+2 wollte man ein neues Kapitel aufschlagen. Die bis dahin schwersten kommerziellen Kommunikationssatelliten sollten eine neue Fernsehnorm D2-MAC einführen, die mittels extrem starker Sender von 220 Watt auch mit 60 cm Antennen auf der Erde empfangen werden konnten. Beide Satelliten gehörten zu den größten und schwersten ihrer Zeit. TV Sat 1 wog 2077 kg. TV-Sat 2 war noch etwas schwerer und wog sogar 2145 kg.

Anders als bei Symphonie wurden diesmal die Satelliten getrennt entwickelt in Frankreich TDF-1/2 und in Deutschland TV SAT 1+2. Leider hatte man die Rechnung ohne den Verbraucher gemacht. Es gelang nicht die Endpreise für die neuen Fernsehempfänger in günstige Regionen zu senken und es gab auch nicht eine Flut neuer Programme sondern nur öffentliche Programme die auf 5 Kanälen ausgestrahlt wurden. Bei TV-Sat 1 gelang es zudem nicht eines der Solarpanel auszufahren, weil wahrscheinlich Klammern für den Transport, vor dem Start nicht entfernt wurden. Als 1989 TV-Sat 2 startete gab es schon Konkurrenz: Astra 1A konnte mit 50 Watt Sendeleistung immerhin 90 cm Antennen bedienen und strahlte dadurch erheblich mehr Programme in der alten Norm aus. TV SAT 1+2 waren bald Relikte eines missglückten Experiments. Beide Satelliten kosteten mit Start und Bodensegment 500 Millionen DM. Die für TV Sat entwickelten Düsen zur Lageregelung kamen auch bei Galileo zum Einsatz. Als man bei TV-Sat 1 bei Tests entdeckte, dass diese zum Überhitzen neigen konnte man rechtzeitig vor dem Galileo Start neue anfertigen und so diese Mission vor einer eventuellen Katastrophe bewahren.

ROSAT (1.7.1990)

RosatIn den Fünfziger Jahren wurde von dem deutschen Experimentalphysiker Wolter Deutschland die Technologie erfunden, mit der man Röntgenstrahlen an flachen Oberflächen reflektieren und bündeln kann. Dadurch ist es möglich ist auch für Röntgenstrahlung ein Teleskop zu bauen. Sehr bald entwickelte sich Carl Zeiss zu einem der führenden Hersteller solcher Optiken und lieferte diese auch für die amerikanischen Satelliten der HEAO Serie. So war es nur folgerichtig, das Deutschland auch einen Röntgensatelliten startete.

ROSAT ist der größte bislang in Deutschland gebaute Satellit. Er wog 2426 kg, davon entfielen alleine für die Nutzlast 1550 kg. Ein 12 m² großes Solarpanel lieferte 1000 W Strom. Der Spitzenverbrauch betrug 607 Watt. Pro Tag lieferte der Satellit 700 MBit an Daten. Ohne das Solarpanel hatte er Abmessungen von 2.13 x 2.45 x 4.50 m. Im Orbit ist er mit entfaltetem Panel 2.3 x 4.7 x 8.9 m groß.

ROSAT sollte ursprünglich am 30.10.1987 mit einem Space Shuttle starten, doch die Explosion der Challenger verzögerte den Start und machten eine Anpassung an eine Delta notwendig. Letztes erforderte zwar eine Anpassung des Satelliten, dieser gelangte dafür auf eine 580 km hohe anstatt nur 475 km hohe Bahn. Dadurch war die Periode im Erdschatten geringer und es gab längere Kontakte zur 15 m Bodenstation in Weilheim (6 mit je 8 Minuten Dauer pro Tag). Die Bahn war um 53 Grad zum Erdäquator geneigt.

ROSAT ist der letzte Röntgensatellit der den gesamten Himmel durchmusterte, alle folgenden Missionen bauen auf ROSAT auf und untersuchen nur noch einzelne Quellen - dafür mit höherer Empfindlichkeit und Auflösung.

Hauptinstrument ist ein 83 cm großes Wolter Teleskop mit 2.4 m Brennweite. Es konnte im Scan Mode auf 30 Bogensekunden genau ausgerichtet werden und für die Beobachtung von Punktquellen sogar auf 10 Bogensekunden genau. Gegenüber dem direkten amerikanischen Vorgänger HEAO-2 "Einstein" ist dieses Teleskop etwa 5 mal empfindlicher. Angeschlossen daran ist ein Detektor zur Energieauflösung und eine Hochauflösende Kamera. Sie arbeiteten zwischen 0.1 - 2 keV Energie (0.6 nm- 10 nm Wellenlänge).

Dazu kommt ein kleineres britisches Teleskop für Untersuchungen im extremen UV es arbeite 0.04 und 0.2 keV Energie (6-30 nm Wellenlänge). Der Detektor zur Energieauflösung fiel im Juni 1994 aus. Der Orbit von ROSAT war so angelegt worden, dass er sich um 1 Grad pro Tag verschob und man innerhalb von 180 Tagen den gesamten Himmel erfassen konnte. Ein Objekt konnte bei diesem Orbit etwa 2 Tage lang beobachtet werden. Dies waren die beiden Beobachtungsmodi des Satelliten.

Es entdeckte ROSAT bis Ende 1991 bei einer Durchmusterung 130.000 Röntgenquellen - HEAO-2 brachte nur 840 zu Tage. Danach erfolgten bis Ende 1994 Einzeluntersuchungen an 5000 Objekten. ROSAT erbrachte sogar den Nachweis von Röntgenstrahlung auf dem Mond und in Kometen! Bis Ende 1998 war die Finanzierung gesichert. Im Februar 1999 wurde er abgeschaltet. Nebenprodukte von ROSAT waren Detektoren für Röntgenstrahlung (für Medizin und Materialwissenschaften sehr nützlich) und ein Verfahren um Hautkrebs anhand von Aufnahmen mit einer Verlässlichkeit von 90 % zu erkennen, gegenüber einer Quote von 75 % bei Allgemeinärzten.

Das Vermächtnis 560 Millionen DM teuren ROSAT ist eine vollständige Durchmusterung des Himmels in hoher Auflösung und zahlreiche Einzeluntersuchungen. Die Nachfolger XMM (ESA) und Chandra (NASA) werden durch empfindliche Detektoren eine höhere Empfindlichkeit (XMM) oder höhere Auflösung (Chandra) besitzen, jedoch nicht mehr den gesamten Himmel durchsuchen.

Express (15.1.1995)

ExpressExpress war eine deutsch - russisch - japanische Gemeinschaftsmission. Ziel war der Start deutsche Materialforschungsexperimente mit einer russischen Kapsel (Masse 770 kg, davon 300 kg für Experimente) auf einer japanischen My-3S Rakete. Doch das Lenkungssystem der Rakete versagte und der Orbit war zu niedrig. Nach nur 2,5 Umläufen, bevor man Kontakt mit der Kapsel aufnehmen konnte verglühte diese wieder in der Erdatmosphäre. Erst nach einigen Monaten wurde in Ghana von dem Fund einer merkwürdigen Kapsel berichtet, die sich nach Untersuchungen als Express herausstellte. Offensichtlich hatte die Kapsel 2,5 mal die Erde umrundet und war dann wieder in die Atmosphäre eingetreten. Da es sich um eine Wiedereintrittskapsel handelte, überstand sie dieses obgleich sie natürlich nicht ideal ausgerichtet war und der Fallschirm sich nicht öffnete. Auch wenn die Mission größtenteils gescheitert war, konnten zumindest die Experimente die neue Hitzeschutzschilde an der Außenseite der Kapsel erprobten abmontiert und untersucht werden.

Abrixas (28.4.1999)

Abrixas

Der Satellit Abrixas sollte ein preiswerter und einfacher Nachfolger von ROSAT werden. Ziel war eine Himmelsdurchmusterung mit 30 Bogensekunden Genauigkeit mit sieben Röntgenteleskopen und Röntgenstrahlendetektoren im 1-10 keV Band. Erstmals sollte diese mit abbildenden Teleskopen mit CCD Chips für den Röntgenbereich geschehen. Ersparnisse kamen durch Verwendung von Detektoren die man für den viel größeren XMM Newton entwickelt hatte.

Hauptinstrument war ein Wolter Teleskop von 160 cm Fokuslänge mit 27 ineinander verschachtelten Spiegeln von 16.3 bis 7.6 cm Größe. Es machte 160 kg der 460 kg Startmasse aus. Es gab 7 Bildfelder von je 40 x 40 Bogenminuten Größe. Daran angeschlossen war die 6 x 6 cm große EPIC Kamera von XMM Newton. Aufnahmen sollten im mittleren Energiebereich (0.5-1.5 keV Energie) gemacht werden. XMM Newton sollte bei niedrigeren Energien empfindlicher sein, weil er in seinem Orbit über den Strahlungsgürteln sich befindet.

Der Satellit wurde von einem T805 Transputer mit dem Echtzeit Betriebssystem RTX gesteuert. Auf den 64 MByte RAM wurden auch die Röntgenbilder von jeweils 400 x 400 Pixel Größe, der auf -80 °C gekühlten Kamera gespeichert und bei Überflug der Bodenstation in Deutschland sollten sie mit  500KBit/sec übertragen werden. Ein 4.1 m² großes Solarpanel lieferte genug Strom um auch die 200 Watt Strombedarf im Schatten zu decken.

Er sollte mit den für XMM Entwickelten Detektoren mehr als 10.000 Röntgenquellen entdecken und eine Brücke zwischen ROSAT und XMM stellen. Sechs Durchmusterungen von jeweils 6 Monaten Dauern waren geplant während der drejährigen nominellen Betriebszeit in einem 580 km hohen Orbit, 48.5 Grad geneigt zum Äquator.

Doch schon 3 Tage nach dem Start des 2.5 x 1.8 x 1.15 m großen Satelliten mit einer Kosmos Trägerrakete war klar das die Batterie ausgefallen war. Man hoffte, das der Satellit durch Zufall noch von der Sonne beschienen wurde und man so die Kommunikation aufnehmen könnte, doch dies gelang nicht. Am 1.7.1999 wurde der Satellit aufgegeben. Abrixas ist die erste deutsche "Discovery" Mission und auch nach ROSAT der erste größere wissenschaftliche Satellit. Ziel war damit auch die Reduktion der gesamten Projektkosten, was sich auch in der Wahl der Trägerrakete niederschlägt. Abrixas kostete nur 40 Millionen DM, also etwa ein Zehntel von ROSAT. Dazu kamen 8 Millionen DM für den Start an Bord einer Kosmos Trägerrakete.

Champ (15.7.2000)

ChampDie zweite "Discovery Mission" Deutschlands nach ABRIXAS ist Champ. Ein 522 kg schwerer Satellit der mit einer Kosmos Trägerrakete gestartet wurde. Ziel ist die Erforschung der Erde mit verschiedenen Experimenten. Gemessen werden alle Kräfte die auf den Satellit durch Atmosphäre und Gravitation einwirken, das Magnetfeld, das elektrische Feld um den Satelliten, die Entfernung Boden-Satellit über einen Reflektor und der Bahnverlauf durch GPS Empfänger. Die Mission des Satelliten ist auf 5 Jahre ausgelegt, während der Satellit von 460 auf 300 km Höhe sinken wird bevor er dann rasch in den tieferen Schichten der Atmosphäre verglüht. Durch eine Zündung des bordeigenen Triebwerks ist die Bahn mittlerweile angehoben worden, so das der Satellit noch länger operieren kann. Die Daten die CHAMP (Challenging Microsatellite Payload) liefert sind auch wichtig um die Daten von Grace zu ergänzen. Die gesamte Mission kostete nur 55 Millionen DM. CHAMP sendet seine Daten mit 1 MBit an den Boden, er ist auch der Vorläufer von GRACE, welche wesentliche Teile der Satellitenstruktur verwenden.

Grace (17.3.002)

Grace (Gravity Recovery and Climate Experiment) ist eine Deutsch-Amerikanische Mission, bei welcher der größte Teil der Projektkosten von Deutschland gestellt wird. Ziel der Mission ist es vornehmlich das Gravitationsfeld der Erde genauer zu vermessen. Dies geschieht dadurch das dieses den Orbit der zwei Satelliten beeinflusst. Der Orbit kann durch Abstandssensoren auf den Satelliten welche die Erde in 220 km Abstand auf einer polaren Umlaufbahn bestimmt werden. Es ist möglich den Abstand auf wenige Tausendstel Millimeter genau zu bestimmen. Damit kann man wiederum Rückschlüsse auf die Masseverteilung im Erdinnern treffen. Weiterhin liefert jeder der beiden Satelliten täglich 200 Profile über Temperaturverteilung und Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre. Daher der zweite Teil des Namens (Climate Experiment). Es sollen unter anderen Aussagen über die weltweit verfügbaren Vorräte an Süßwasser getroffen werden.

Grace Mission Die beiden Satelliten wurden zusammen am 17.3.2002 auf einer Rockot gestartet, diese Rakete von Astrium im Westen angeboten und es war der erste kommerzielle Start dieser Rakete. (Astrium war auch der Hauptauftragnehmer des Satelliten). Jeder Satellit hat eine Masse von 490 kg und Abmessungen von 3.1 × 1.9 × 1 m. Sie umrunden die Erde auf einer polaren Umlaufbahn in 500 km Höhe. Die Mission ist auf 5 Jahre ausgelegt. Beide Satelliten basieren auf demselben Bus wie auch Champ. Dieser Synergieeffekt dürfte auch dafür verantwortlich sein, dass das JPL, das ebenfalls am Satelliten beteiligt ist, zum ersten Mal nicht darauf bestand Teile des Satelliten mitzuentwickeln oder die Startrakete zu stellen.

Schon nach 111 Tagen lag die erste globale Karte des Schwerefelds der Erde vor. Die beiden Satelliten hatten das Referenz Geoid (Die Erde so verformt, das die Oberfläche dem Schwerefeld entspricht) von 1m auf 10 cm, stellenweise sogar auf 1 cm genau verbessert - eine Steigerung um den Faktor 10-100!

SAR-Lupe (19.12.2006-2009)

SAR/LupeNachdem die Bundeswehr sich bisher auf die USA verlassen hat, was hochauflösende Bilder angeht und diese sich nicht als zuverlässig erwiesen (insbesondere wenn es um Gebiete ging, in denen sie gerade Krieg führten wie Afghanistan) hat die Bundeswehr im Jahre 2001 ein Satellitensystem bestellt, welches ab 2005 die Aufklärung übernehmen soll. Vor allem geht es um Bilder von Krisenregionen in denen Soldaten der Bundeswehr in Friedensmissionen unterwegs sind, wie in Afghanistan. SAR-Lupe arbeitet im Verbund mit dem französischen Aufklärungssatelliten Helios-II. Beide Systeme ergänzen sich in ihren Fähigkeiten und es gibt auch den Austausch von Daten zwischen Frankreich und Deutschland.

SAR-Lupe besteht aus 5 identischen Satelliten in 3 Orbits, die ab 2006 mit halbjährlichem Abstand mit Kosmos Trägerraketen gestartet werden. Im Jahre 2008 ist das System voll ausgebaut und wird mindestens bis 2017 arbeiten. (10 Jahre nach Start des ersten Satelliten). Die 500 km hohen Orbits sind so gewählt, das eine möglichst schnelle Reaktionszeit gegeben ist. Gefordert ist die Gewinnung von Bildern innerhalb von 36 Stunden. Der Start soll mit einer russischen Rakete erfolgen. Wahrscheinlich ist ein Start mit einer Kosmos, da diese auch vom Hauptauftragnehmer OHB angeboten wird. Der Start des ersten Satelliten war für den 23.2.2006 vorgesehen, verschob sich aber auf den 19.12.1006. Es ist der erste Start eines militärischen westlichen Satelliten mit einer russischen Trägerakete - Deutlicher kann man die Veränderungen in den Beziehungen von West und Ost nicht mehr darstellen. Die weiteren sollen bis 2009 gestartet werden.

Die Daten werden im X-Band verschlüsselt zum Boden gesandt, die Parabolantenne wird dazu auf die Empfangsstation ausgerichtet. Kommandos vom Boden und zu anderen Satelliten eines Orbits erfolgen verschlüsselt im S-Band.

Jeder SAR-Lupe Satellit wiegt nur 770 kg und hat Abmessungen von 4 × 3 × 2 m. Der Stromverbrauch liegt bei nur 250 Watt. Die Daten des Radars können an Bord verarbeitet und auf einem 128 GBit Speicher abgelegt werden. Die Lagereglung geschieht mit Reaktionsschwungrädern und Magnettorquerregelung. Für die Bahnänderung werden Triebwerke mit flüssigen Treibstoffen eingesetzt.

Jeder Satellit liefert pro Tag 30 Aufnahmen mit 1 m Auflösung und 5.5 × 5.5 km Kantenlänge. Bilder mit einer niedriger Auflösung gibt es von Gebieten mit 60 × 8 km Kantenlänge. Innerhalb von 11-19 Stunden soll ein neues Ziel erfasst werden können. Dies war eine der Anforderung an das System. Daher gibt es auch 3 Orbits und 5 Satelliten. So passiert jeden Tag mindestens ein Satellit ein Zielgebiet. Alle Orbits sind nahezu polar, liegen aber im Breitengrad verschoben.

Das SAR-Lupe Programm hat einen Gesamtumfang von 500 Millionen Euro. Jeder Satellit kostet mit Start also nur 100 Mill. Euro. Davon entfallen 300 Millionen auf die fünf Satelliten und 200 Millionen für das Bodensegment und die Starts.

Meine Wünsche an das deutsche Weltraumprogramm

Im Jahre 2000 betrug der deutsche Etat für alle Weltraumprogramme 1.5 Milliarden. DM. Davon gingen 2/3 an die ESA. Dagegen verfügte Frankreich über einen Etat von 4.5 Milliarden. DM, wovon nur 1.25 Milliarden. an die ESA ging. Daher hat Frankreich ein relativ starkes nationales Weltraumprogramm. Es wäre utopisch zu glauben, dass dies auch bei uns so sein könnte. Doch denke ich sollte es möglich sein, dass nationale Weltraumprogramm und ESA Anteil gleichberechtigt wären. Diese Verdopplung des nationalen Anteils würde das Budget um nur ein Drittel erhöhen. Dabei muss man bedenken, dass mit dem bisherigen nationalen Budget natürlich auch die gesamte Infrastruktur der DLR finanziert werden muss. Dieser Fixkostenanteil sorgt dafür, das Deutschland im Mittel nur alle 2 Jahre eine kleine Mission starten kann.

Was fehlt ist allerdings auch eine bessere Öffentlichkeitsarbeit. Hier heißt es über den großen Teich nach Amerika zu schauen. Sowohl bei Mars Pathfinder wie auch bei den beiden Mars Rovern Spirit und Opportunity erregten die Bilder weltweites Aufsehen. Bilder können auch Laien verstehen. Aber welcher Laie weiß, dass die auf den Mars Rovern befindlichen anderen Experimente (Spektrometer für Alphateilchen und Mössbauer Spektrometer, bei Pathfinder auch der Chip der Kamera) von Deutschland stammten und somit mehr als die Hälfte der Instrumentellen Nutzlast von Deutschland gestellt wird?

Dies gilt auch für Stardust, Galileo, Cassini. Auf allen diesen Raumsonden flogen deutsche Experimente, vor allem Staubdetektoren. Man sollte den eigenen Beitrag mehr hervorheben. Als 2001 in Australien die Buschfeuer wüteten leistete BIRD wertvolle Hilfe bei der Bekämpfung. Wer hat davon erfahren?

Daher ist nein Rat es wie die Amerikaner bei Pathfinder zu machen: Diese Sonde lieferte nur wenige Ergebnisse, doch sie war wegen ihrer Bilder öffentlichkeitswirksam. Heute verfügen schon Satelliten über kleine Kameras, vergleichbar Digitalkameras um das entfalten von Solarzellen etc. zu beobachten, damit man bei Fehlern etwas mehr über die Ursache weiß. Warum kommt man bei der DLR nicht auf die Idee eine solche Kamera auf Grace oder Champ zu montieren und die Erde zu richten? Zusammen mit dem Möglichkeit die Bilder übers Internet abzurufen wäre das für viele attraktiv (denn Bilder von echten Erderkundungssatelliten kosten Geld). Natürlich bedeutet das nicht mehr Wissenschaft. Das hat mit dem Einsatzzweck von Grace oder Champ nichts zu tun. Aber es hält die Mission im öffentlichen Bewusstsein. Die USA geben jährlich 3-4 Milliarden. Dollar für Space Shuttle Flüge aus, obwohl diese wissenschaftlich wenig bringen. Aber auch sie halten das Interesse an der Raumfahrt hoch. Davon könnte Deutschland lernen.

Links: DLR


© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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