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Foto Aufklärungssatelliten der USA - Teil 2

Im Teil 1 wurde die Entwicklung und Technik der ersten Aufklärungssatelliten der Serie Corona beschrieben, über die sehr viel inzwischen veröffentlichtes Material vorliegt. Dem gegenüber gibt es ab KH 7 keine freigegebenen Details. Die wesentlichen Daten werden von verschiedensten Quellen aus den Orbits, Art der Trägerrakete und Dauer der Mission abgeleitet. Es ist klar das diese daher mit einem großen Unsicherheitsfaktor belastest sind. Ich habe auch hier meine Kenntnisse als Hobbyastronom einfließen lassen um aus den Massen und Durchmessern der Satelliten realistische Daten über Auflösung und Brennweite zu erhalten.

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KH-5 Argon

KH-6 Lanyard

KH-7 Gambit

Mit einer Auflösung von 1.8 m bei einem Startgewicht von 1500 kg war die Grenze der Thor Rakete erreicht. Eine größer Nutzlast war mit dieser Rakete nicht möglich. Eine größere Kamera war aber erheblich schwerer - Eine Verdopplung der Auflösung macht die Kamera zirka 6-8 mal schwerer. So wurden die nächsten Satelliten mit der Atlas Agena D gestartet, die mit 2700 kg erheblich größere Satelliten transportieren konnte. Der Codename dieses Programms war Gambit.

38 Satelliten wurden in rascher Folge zwischen dem 12.7.1963 und 4.7.1967 gestartet. Davon waren 36 erfolgreich. Jeder wog 2000 kg und kam der Erde bis auf 120-140 km nahe, noch niedriger als die Satelliten des Corona oder Lanyard Systems. So ersetzte Gambit auch Lanyard, während die Corona Satelliten noch bis 1972 weiter flogen, da sie eine größere Fläche abbilden konnten.

Mit dem Gambit endet leider auch die bei dem Corona, Argon und Lanyard Programm gezeigte Offenheit. Wesentliche Details zu dem Satelliten sind noch heute geheim. Die Verwendung der Atlas-Agena und später Titan-Agena innerhalb des Gambit Systems, aber z.B. nicht der Atlas Centaur oder Titan IIIA spricht dafür, das auch bei diesem Satelliten die Agena Oberstufe integrierter Bestandteil des Satelliten zur Lageregelung und Bahnanhebung ist (notwendig, da bei Bahnhöhen ab bis 120 km sonst der Satelliten keinen Tag im Orbit sonst bliebe). Die Gambits verfügten über 2 Rückkehrkapseln, die typische Arbeitszeit im Orbit betrug lediglich 7 Tage.

Das Gambit Programm übernahm das OCV von LANYARD. Bei den ersten 3 Flügen blieb es aber noch mit der Agena verbunden, welche bei CORONA die gesamte Lageregelung durchführte. So war allerdings das Gesichtsfeld der Kamera auf den Punkt direkt unter dem Satelliten begrenzt. Nach Abtrennung der Kapseln gab es erst die Abtrennung von der Agena und Tests des OCV. Als dieses nach 3 Flügen qualifiziert war nahm auch die Startfrequenz rapide zu. 4 Flügen 1963 folgten 10 im nächsten Jahr.

Während Gambits gestartet wurden, lief das Corona Programm mit den Typen KH-4 / KH-4A und KH-4B weiter. Das hatte seinen Grund in der Arbeitsteilung. Die Gambits haben eine 3-4 mal höhere Auflösung als die KH-4B der Corona Serie. Aber sie deckten auch ein kleineres Gebiet ab und waren schwerer, erforderten eine größere Startrakete und waren deswegen wahrscheinlich auch erheblich teurer. Es machte also Sinn die Corona Serie weiter zu betreiben um auf ihren niedrig auflösenden Aufnahmen Ziele für die Gambits ausfindig zu machen.

KH-7 Gambit war etwa 5.0 m lang und hatte einen Durchmesser von 1.5 m. Die Filmkapsel hatte einen konischen Durchmesser von 0.8 m bei einer Länge von 0.7 m. Sie wog etwa 160 kg und wurde von einem Star-12 Feststoffantrieb abgebremst (Voll 33 kg, leer 10 kg). Gebaut wurden die Satelliten von General Electric. Die Kamera stammte von Eastman Kodak mit ITEK als Unterauftragnehmer.

Im Jahre 2002 wurde die Geheimhaltung über das Gambit Programm teilweise aufgehoben und die Bilder die damit gemacht werden wurden freigegeben. Details über die Satelliten fehlen nach wie vor. Die folgenden Angaben habe ich vom Space Review übernommen - es sind keine offiziellen Informationen. Nach diesem Artikel war Gambit (KH-7/8) das erste echte Spionagesatellitenprogramm mit der Aufgabe hochauflösende Aufnahmen zu erstellen, welche die der U-2 nicht nachstehen (Auflösung ungefähr 0.6 m). Gebilligt wurde es erst als die U-2 nicht mehr über feindliches Territorium fliegen konnte, nachdem im Mai 1960 eine abgeschossen wurde und dies Chrustschow nutzte um die USA öffentlich anzuprangern. CORONA galt als Interiims-Programm, welches von einem besseren System - Gambit abgelöst werden sollte.

Das Teleskop sollte bei Gambit ein 44 Zoll Teleskop (112 cm Durchmesser) sein mit einigen Besonderheiten. Die Cassegrain Konstruktion wurde durch zwei Erweiterungen ergänzt: Ein Eingangsschlitz vor dem Film begrenzte die Lichtmenge auf einen Schlitz, so dass man bei einem Endlosfilm diesen bei einem langsamen, gleichmäßigen Transport streifenweise belichten konnte. Passt man die Transportgeschwindigkeit an die Bewegung des Satelliten über die Erdoberfläche an, so ist eine Bewegungskompensation möglich. Es muss die Belichtungszeit immer geringer werden je höher die Auflösung ist. Wenn der Film der Bewegung des Bildes über die Fokalebene nachgeführt wird, so ist eine viel längere Belichtungszeit möglich.

Die zweite Besonderheit ist ein dritter Umlenkspiegel, welcher das Licht um 90 Grad in die Längsachse umlenkte (Die Kamera schaute wie bei den CORONA Satelliten durch die Seite zum Boden). Das verkürzt zum einen die optische Achse, wodurch der Tubus kürzer sein kann. Zum anderen befindet sich in der Nase des Raumfahrzeugs die Filmkapsel. Daher muss das Licht zur Nase umgelenkt werden.

Der Autor schreibt im Space Review Artikel, der dritte Spiegel hätte durch die Bewegung einen 30 Grad Schwenkbereich erlaubt. Das halte ich für schwer möglich. Das Blickfeld ist begrenzt durch den Hauptspiegel, wenn dieser nicht gedreht wird kann es nur um einige Grad verschoben werden. Allerdings war die Fokuslänge mit 77 Zoll (196 cm) recht kurz, so dass ein recht großes Blickfeld resultierte. Bei dem 9 Zoll bereiten Film wurde ein 8.5 Zoll breiter Streifen genutzt. Das entspricht einer Breite von 6.3 Grad oder aus 167 km Höhe einem Streifen von 18.4 km Breite und beliebiger Länge (minimal 8 km, maximal 400 km). Die meisten Bilder waren etwa doppelt so lang wie breit, auch wegen der Komptabilität zu bisherigen Auswertemethoden.

Die Auflösung der Kamera ist dann von der Feinkörnigkeit des Films abhängig. verwandte man denselben Film wie bei der letzten CORONA Mission so würde sie bei etwa 56 cm liegen, was einem Film mit etwa 150 Linien/mm entspricht. Die meisten Autoren gehen von einer Auflösung von 1.2 m zu Beginn der Mission aus, die dann durch bessere Kontrolle der Filmbewegung und feinkörnigen Film bis auf 0.6 m gesteigert wurde,

Übernommen von Lanyard hat man das OCV. Den Treibstoffverbrauch dafür (und auch die Störungen bei der Aufnahme, bedingt durch die Trägheit des Kaltgassystems und dessen Tätigkeit) konnte reduziert werden indem man unbelichteten Film in der Gegenrichtung spulte. Dadurch wurde das Drehmoment des Filmtransports ausgeglichen. Da das Satellite Recovery Vehicle, oder SRV einigen Aufwand bei der Entwicklung von CORONA erforderte und es etliche Flüge brauchte bis man zum ersten Mal Film erfolgreich barg, lag es nahe dieses erneut zu verwenden. Allerdings ist der Film mehr als 3 mal so breit wie bei CORONA. So musste die Menge an Film begrenzt werden. GAMBIT hatte nur noch 914 m Film, anstatt 4.877 m wie bei CORONA. Eine Mission konnte so maximal eine Fläche von 1.4 Millionen km² abbilden. Bedingt durch die Ungenauigkeit mit der man eine Punktlandung durchführen konnte (Die Kapsel konnte in einem Gebiet von 370 x 36 km Größe niedergehen) fing man die Kapseln wenn möglich in der Luft auf, ansonsten bargen Taucher sie. Da der Film das kostbarste war, dass die Mission lieferte und es damals sehr oft Ausfälle der Elektronik gab, entwickelte man für GMBIT Ein Lifeboat System: Eine sekundäre Energieversorgung aus Batterien, das bei einem Ausfall des Satelliten immer noch das OCV zünden konnte damit ein Wiedereintrittskurs resultierte und die Kapsel dann vom Raumschiff absprengen konnte. damit war zumindest die wertvolle Ressource Film gesichert.

Verbesserungen des Orbital Control Vehikles erhöhten auch die Fotoausbeute. Der Vorrat an Kaltgas zur Korrektur der Bewegung der Mechanik wurde erhöht und so stieg die Ausbeute. Die 5.te Mission absolvierte 13 Foto-Sitzungen, die 25.ste schon 74.

KH-8 Gambit

Die nächste Generation der KH Aufklärungssatelliten, die Gambits machte schon eine neue Trägerrakete notwendig. Von der Atlas-Agena D wurde Gambit auf die deutlich stärkere Titan 3B Agena verfrachtet. Diese konnte zirka 3200 kg in einen polaren erdnahen Orbit transportieren. Die neuen Gambits wiegen nun 3000 kg. Insgesamt 60 Stück starten davon vom 29.7.1966 bis zum 17.4.1984. Die Startrate nahm dabei zuerst langsam, dann schnell ab.

Zuerst gab es 8 Starts pro Jahr. Die neue Serie KH-9 Hexagon übernahm ab 1972 einen Teil der Aufgaben der Gambits. So sank die Startrate im Jahre 1973 auf nur noch 3 Satelliten. Zu diesem Zeitpunkt wurde auch eine verlängerte Titan, die Titan 34B mit einer verlängerten Erststufe und eine verlängerten Zweitstufe eingeführt, welche die Nutzlast von 3200 auf 3500 kg in einen polaren Orbit steigerte.

Als mit den KH-11 Satelliten dann die Möglichkeit bestand, ohne Film Bilder zu gewinnen, lief die Gambit Serie Anfang der 80 er Jahre aus. Die letzten Exemplare hat man wohl nur gestartet weil sie schon gebaut und bezahlt waren.

Die KH-8 Gambits auf der Titan hatten wahrscheinlich dieselbe Auflösung von bis zu 60 cm wie die KH-7 auf der Atlas, auch wenn das optische System etwas überarbeitet sein soll. Der gleiche Außendurchmesser lässt zumindest es nur schwer zu eine größere Kamera zu montieren, ohne das andere Nachteile auftreten. Mit steigendendem Durchmesser der Kamera wird der Bereich der durch Schwenken erfasst werden kann immer kleiner, weil die Kamera früher an den Rand des gleich großen Satellitengehäuses kommt. Wahrscheinlich hatten die KH-8 daher auch eine Auflösung von etwa 60 cm, wie die KH-7. Wie diese umkreisten sie die Erde in sehr erdnahen Bahnen, typischerweise in 130 x 310 km Entfernung auf sonnensynchronen Umlaufbahnen mit Bahnneigungen von 96-110 Grad.

Vor allem aber betrug nun die Lebensdauer 30 Tage, manche vermuten bis zu 50 Tagen. Vieles spricht dafür, das die zusätzliche Masse daher auf Treibstoff beruht um die niedrige Bahn zu halten. Eventuell wurden auch mehr Filmkapseln eingesetzt. Erstmals hatten die Satelliten nun auch Solarpanels und waren nicht nur auf Batterien angewiesen. Dies war angesichts der verlängerten Missionsdauer auch notwendig, sonst wäre die Batterie zu schwer gewesen

Der Durchmesser lag wie bei KH-7 bei 1.52 m und auch diese Satelliten waren fest mit der Agena verbunden. Eigens für sie wurde die Titan 3B Agena entworfen, die fast ausschließlich diese Satelliten transportierte. Lockheed hatte eine Variation der Agena vorgeschlagen: Die Agena war mit ihren lagerfähigen Treibstoffen schon in der Lage längere Zeit im Orbit zu verbleiben. Tests mit den Agena Oberstufen nach Ende der Gemini Missionen zeigten das. Ausgerüstet mit einem zusätzlichen System für die Rollachsensteuerung konnte sie das OCSV vollständig ersetzen. Daraus resultierten zwei Vorteile: Das eine war, dass das System nun einfacher und preiswerter war. Eine Agena Oberstufe war sowieso für die Satelliten vorgesehen (auch wenn es die Titan 3A mit der Transtage als Alternative gab). Das System würde so auch sicherer sein, da eine Fehlerquelle (das OCV) wegfallen würde. Der zweite Vorteil war aber dass es viel mehr Raum gab um Film mitführen, wenn das OCV wegfiel. Zusammen mit der höheren Nutzlast einer Titan 3B erlaubte dies wesentlich längere Missionen mit einer höheren Ausbeute an Film. Vieles Spricht dafür, dass auch mehr SRV  eingesetzt wurden, die nach und nach während der Mission abgesetzt wurden.

Die ersten KH-8 hatten wie ihre Vorgänger nur ein SRV (Satellite Recovery Vehicles), beginnend mit Nummer 11 wurden zwei SRV eingesetzt und die Betriebszeit im Orbit stieg langsam von 8 Tagen bei der ersten, über 18 Tagen bei der zweiten Mission auf rund 25 Tage an. Diese frühen KH-8 waren noch batteriebetrieben, wie KH-4A sparten sie Strom indem sie nach dem Fotografieren von Objekten und dem Absetzen der ersten Kapsel einen "Zombie" Modus (heute würde man Schlafmodus sagen) einnahmen, indem die meisten Systeme mit Ausnahme des Kommandoempfängers abgeschaltet waren. Aus diesem konnte man sie dann für weitere Beobachtungen reaktivieren. Die Batterien reichten aber nur für eine Betriebszeit von 3 Wochen. So wurden ab 1974 Solarpanels als zusätzliche Energieversorgung an das Heck der Agena montiert. Sehr rasch steigen nun die Missionszeiten an von 33 bis zu 128 Tagen. Die längere Missionszeit war möglich durch den Einsatz der Titan 34B (auch als Titan 24B bezeichnet9, mit einer verlängerten ersten Stufe. Dies erhöhte die Nutzlast um etwa 300 kg. Dadurch konnte mehr Treibstoff für die Lageregelung und das bei den erdnahen Bahnen nötige Anheben der Bahn in kurzen Abständen mitgeführt werden.

Auch nach dem Einführen der Nachfolgesysteme KH-9 und KH-11 wurden weitere GAMBIT Satelliten gestartet. Wie vorher das KH-4B System als Backup zum KH-7 System diente, waren nun die KH-8 ein Backupsystem für das KH.9 System. Die Vorstellung, dass die KH-8 weiterhin im Betrieb waren, da sie sich stärker der Erde näherten und so bessere Bilder machen konnten ist meiner Ansicht nach nicht schlüssig. Die KH-8 hatten erdnächste Punkte von 127 bis 1450 km. Die KH-9 welche von 155 bis 180 km - bei Berücksichtigung der 3 mal größeren Startmasse und des doppelten Durchmessers dürften die Kameras der KH-9 auch bei etwas höheren Bahnen durchaus bessere Aufnahmen gemacht haben als das KH-8 System.

Neben dem erfolgreichen Nachfolger gab es noch einen zweiten Grund, warum die KH-8 Satelliten ausgemustert wurden: Das Space Shuttle. US Air Force und NASA kamen überein die Agena Oberstufe nicht für Space Shuttle Einsätze umzubauen. Auch ihre Technologie war veraltet. Damit hätte ein Gambit wieder ein eigenes OCV gebraucht. Mehr noch: Die lange, schlanke Form des Satelliten machte es schwer mehr als den Satelliten mit dem Space Shuttle zu starten. Die Nutzlastverkleidung einer Tiatn 34B, welche ja an den Gambit angepasst war, hat eine Länge von 12.4 m. Ein Gambit wird so etwa 10 m lang gewesen sein und mehr als die Hälfte des Nutzlastraumes des Space Shuttles ausgefüllt haben. So blieb nur die Möglichkeit den kompletten Satelliten umzukonstruieren oder eben das Programm einzustellen.

KH-9 Hexagon

Von ganz anderem Kaliber war die KH-9 Serie, Codename Hexagon, doch bekannter als "Big Bird". Das ist keine Untertreibung, denn es handelte sich schon um ganz große Satelliten. Gestartet mit einer Titan 3D wogen die Satelliten anfangs 11 t, später (ab 1984) mit der Titan 34 sogar 13.3 t.

Die Hexagon Serie war zuerst gedacht als ein Backup zu dem militärischen MOL Projekt. Gegenüber der Gambit Serie wurde die Auflösung nicht gesteigert. Sie betrug 60 cm. Die Vorteile des Big Birds waren anderer Natur. Zwei Kameras mit je 1.52 Brennweite konnten noch aus größerer Höhe Bilder machen, man konnte von den ganz nahen Orbits der Gambits wieder abrücken und auf 186-298 km Höhe gehen.

Eine weitere Panoramakamera mit 30 cm Brennweite konnte Aufnahmen mit bis zu 360 km Breite machen. Damit konnte man einen eigenen Satelliten für die Erstellung von niedrigauflösenden Bildern einsparen.

Durch 4 (spätere Modelle die mit der Titan 34D gestartet wurden sogar 6) Rückführbehälter stieg die Lebensdauer auf bis zu 2 Jahren im Orbit an. Im Durchschnitt waren die 20 gestarteten Missionen 138 Tage aktiv. 19 der 20 Missionen glückten. Der Erststart fand am 16.7.1971 statt und bedeutete das Ende des Corona Programms, der letzte am 18.4.1986. Im Durchschnitt befanden sich in diesem Zeitraum immer 1-2 Hexagon Satelliten im Orbit. Die Big Birds waren die größten und letzten Spionagesatelliten die mit Film arbeiteten. Andere Quellen geben bis zu 12 cm Auflösung bei den Satelliten der Hexagon Serie an. Bei den hier abgebildeten Teleskopen und der Brennweite von 152 cm ist dies jedoch nicht möglich, man brauchte dazu Film mit 877 Linien/mm. Das ist 3 mal so hoch wie der feinkörnigste verfügbare Film.

Die Panoramakameras, welche die Grobkartierung durchführten ersetzten die KH 1-4 Serie mit ihren breiten Scans. Die Aufnahmen dieser wurden veröffentlicht. Sie sind geeignet für Karten mit einem Maßstab von etwa 1/250000. Das entspricht bei gängiger Drucktechnik einer Bodenauflösung von etwa 20-40 m.

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KH-10 Dorian (Mol)

Im Jahre 1963 untersuchte das Verteidigungsministerium erstmals die Möglichkeit mit Astronauten militärische Erderkundung zu betreiben - ähnlich wie dies auch die Sowjets in den militärischen Saljut Stationen (Almaz) tun sollten. 1965 lag der Plan für das Projekt MOL vor: Mol stand für Manned Orbital Laboratory. 1966 begann man das Projekt zu entwickeln. Träger war für Mol die Titan 3C, die dafür schon entwickelt wurde, als MOL schwerer wurde, wich man auf eine Titan 3M aus, eine verlängerte Titan 3C, in etwa der späteren Titan 34D vergleichbar. (Diese wurde dann aber nie gebaut). Die Kosten für MOL stiegen jedoch rasch von 1.5 auf 3 Mrd. USD an. Dazu kam eine andere Frage: Was würde passieren wenn man eine Besatzung verlieren würde? Wenn ein KH-8 Satellit verloren ging, so startete man einfach einen neuen, ein Verlust einer bemannten Mission würde aber das gesamte Programm anhalten bis man wirklich sicher war, dass dies nicht noch mal vorkommen konnte. Das konnte sich ein Programm von dem nach Ansicht des DoD die nationale Sicherheit abhing nicht leisten. Die ansteigenden Kosten des Vietnamkriegs führten schließlich 1969 zur Aufgabe des Projektes. Am 10.6.1969 wurde es nach kumulativen Ausgaben von 1.3 Milliarden Dollar und vierjähriger Entwicklungsarbeit gestrichen. Gestartet wurde lediglich ein MOL Mockup mit dem ersten Titan 3C Testflug.

Mol selbst bestand aus 3 Teilen:

• Einer Gemini B Rückkehrkapsel (Blue Gemini, Blue für die Farbe der Air Force) mit einer Masse von 1983 kg - Eine Gemini Kapsel die erleichtert wurde um das Lebenserhaltungssystem, hätte die Astronauten nach einem 30-40 Tage Flug zurückgebracht.
• Das 8620 kg schwere Labor hätte ein 140 m³ großes Wohnvolumen gehabt, mit einer Länge von 9.3 m und einem Durchmesser von 3.05 m. Die Stromversorgung hätte mit Solarzellen und Brennstoffzellen erfolgt.
• Der Titan 3C Transtage - Ähnlich wie die Agena bei den kleineren Satelliten verbunden geblieben ist wäre hier die Titan 3C Oberstufe Transtage eingesetzt worden. Der nach dem Einschuss in den Orbit verbliebene Resttreibstoff von 2500 kg hätte die Geschwindigkeit um max. 760 m/s geändert. Das hätte ausgereicht um die Bahn mehrmals anzuheben und auch gravierende Bahnänderungen durchzuführen.

Die Gesamtmasse von MOL betrug anfangs 11340 kg, nach verschiedenen Änderungen 14430 kg. Das 9.8 t schwere Mol Mockup wurde in eine 280-298 km hohe Bahn eingeschossen. Gedacht wurde auch an Versorgungskapseln, die ebenfalls aus Gemini Raumschiffen bestanden. Dazu hätte man alle Systeme entfernt die man nur für die Besatzung benötigte und die Versorgungseinheit von Gemini mit Treibstoffvorräten und einem Antrieb ausgestattet. Die Gemini B Kapseln sollten über die Versorgungseinheit angekoppelt werden. Es war somit ein Tunnel durch die Bremseinheit und die Versorgungseinheit notwendig und der Hitzeschutzschild musste eine Lucke beinhalten. Eine so umgebaute Gemini Kapsel wurde am 3.11.1966 auf einem suborbitalen Flug getestet.

Die Kamera KH-10 an Bord soll 23 cm Auflösung am Boden gehabt haben. Verwendet soll ein Teleskop mit 1.52-1.80 m Durchmesser worden sein. (Die größte Angabe sind 72 Zoll, das sind 183 cm Durchmesser). Limitiert ist auf jeden Fall die Brennweite. Da diese maximal doppelt so hoch sein konnte wie bei KH-8 (Durchmesser von MOL 3.05 m verglichen mit 1.52 m bei Gambit) ist eine maximale Auflösung von 30 cm denkbar. Da allerdings höchstwahrscheinlich das Labor sich in einer höheren Umlaufbahn wird befunden haben als die KH-8 Satelliten, dürfte die größere Optik vor allem gewählt worden sein, um die Auflösung beizubehalten, aber längere Missionen zu ermöglichen.

Der Film soll je nach Autor mittels 4 Rückkehrkapseln oder durch die Astronauten zur Erde zurückgebracht werden. Der Vorteil des bemannten Programms lag in der Intelligenz der Astronauten. Anstatt stur die ganze Sowjetunion abzulichten konnten diese vor der Aufnahme schauen, was sich aufzunehmen lohnte und so Film einsparen und auch die Arbeit am Boden beim Auswerten der Bilder verringern. Den Vorteil dieses Konzepts erkannten auch die Sowjets die in den 70 er Jahren eine Reihe von militärischen Saljut Stationen starteten, ausgestattet mit hochauflösenden Kameras.

5 MOL sollten gestartet werden. 17 Astronauten wurden rekrutiert. Diese wechselten nach Einstellung dann ins Shuttle Programm. Bob Crippen, Copilot des ersten Space Shuttle Fluges stammte z.B. aus dem MOL Programm.

KH-11 Kennan

Mit diesem Satelliten vollzog sich die Wende weg von der Filmbergung zur elektronischen Datenverarbeitung. Anstatt Film verwendet der KH-11 Satellit CCDs. Wie ich schon ausgeführt habe ist es wahrscheinlich das keine Chips sondern eine Zeile zum Einsatz kommt (ähnliche Technik auch bei den Landsat + Spot Satelliten). Die Daten werden über militärische Kommunikationssatelliten in die USA geschickt, machen Quellen behaupten sogar, das es möglich sei den Satellit "Online" zu steuern, das heißt auf mit einer Übersichtskamera gewonnenen Bildern Gebiete auszuwählen während der Satellit das Ziel passiert und die Detailkamera dann auf diese auszurichten.

Unklar ist welche zusätzlichen Funktionen der KH-11 Satellit hat. Manche Autoren gehen von Multispektralkameras aus, andere von Höhenabstandssensoren.

Der erste KH-11 startete am 19.12.1976, der letzte am 6.11.1988. Es erfolgten 9 Starts mit einem Fehlstart. Ständig waren mindestens 2 Satelliten im Orbit. Die Startmasse muss kleiner als 11 t gewesen, sein, die Maximalnutzlast einer Titan 3D für eine polare Umlaufbahn.

Die Lebensdauer betrug anfangs 3 Jahre steigerte sich aber auf über ein Jahrzehnt, woran auch mehr Treibstoff beim Start mit der Titan 34 schuld ist. Sie erlaubte es die Masse von 11 auf 13.3 t zu steigern und so mehr Treibstoff mitzuführen. Alle KH-11 hatten stark elliptische Bahnen mit 160-300 km Perigäum und 800-1000 km Apogäum. Die ersten starteten mit der Titan 3D, die letzten 4 mit der Titan 34.

Die Erfindung des CCD hatte drastische Konsequenzen für das US Raumfahrtprogramm. Anders als mit Videokameras konnte man mit einem CCD qualitativ dem Film ebenbürtige Aufnahmen erstellen mit bestechender Schärfe und hoher Lichtempfindlichkeit. Ein CCD ist sogar noch um einiges lichtempfindlicher als Film. Wodurch man die Bewegungsunschärfe durch geringere Belichtungszeiten verringern kann. Das wichtigste war aber, dass man nun einen Satelliten beliebig lange im Orbit belassen konnte anstatt nach einigen Wochen ihn aufzugeben, weil die Filmkapseln verbraucht waren.

Die Verwendung von Scanzeilen anstatt flächigen CCD hat Vorteile und Nachteile. Scanzeilen gibt es in sehr großer Breite, man kann eine breitere Scanzeile aus mehreren einzelnen Zeilen konstruieren und die Länge eines Streifens ist unbegrenzt. Man muss sie aber sehr schnell auslesen. Typischerweise bewegt sich der Satellit mit 7 km/s relativ zum Boden. Bei einer Auflösung von 20 cm, die einem KH-11 immer wieder zugesprochen wird ergibt sich so eine maximale Belichtungszeit von 1/35000 Sekunde. Das ist selbst für einen CCD sehr wenig. Gleichzeitig muss man große Datenmengen auslesen und übertragen oder zwischenspeichern. Heute gibt es kommerzielle Aufklärungssatelliten welche dieses Problem lösen indem sie die Signale von mehreren Scanzeilen synchron auslesen und passend zur Bewegung des Satelliten addieren. Die Datenspeicherung ist heute kein Problem mehr, es gibt schnelle und große Flash RAM Bausteine und auch der Datenempfang ist heute mittels schneller Computer und Netzwerke kein Problem mehr. Mitte der 70 er Jahre war dies erheblich komplexer, wahrscheinlich übertrugen die Keyhole Daten ihre Daten life über militärische Kommunikationssatelliten. Das Problem der Belichtungszeit wurde  wahrscheinlich durch eine Bewegung der Kamera gelöst die auch Vibrationen und Bewegungen des Satelliten ausgleichen musste. Der elliptische Orbit bei dem die Bewegungsgeschwindigkeit über die Erde stark variiert machte dies nicht einfach.

Vor der Einführung des KH-11 war die US Air Force sehr an dem Shuttle Programm interessiert, baute eine eigene Startrampe für den Space Shuttle auf dem US Stützpunkt Vandenberg und wollte zeitweise sogar eigene militärische Shuttles betrieben. Die Nutzlastkapazität eines Space Shuttles war so bemessen, dass er bei einem Flug einen KH-9 in den Orbit bringen und einen anderen KH-9 zurückbringen konnte. Als diese sank war das DoD sogar sehr daran interessiert, dass man sie sehr schnell wieder auf Soll brachte.

Die Auflösung eines KH-11 ist geheim. Nach Angaben eines Autors (der wiederum mit einem CIA Angestellten gesprochen hat, also mehr Hörensagen), hatte der erste KH-11 einen Spiegel mit 234 mm Durchmesser. Bei einem Schmidt-Cassegrain System errechnet sich daraus eine Auflösung von 11 cm aus 300 km Entfernung. Dies korrespondiert mit real erzielten 12-15 cm Auflösung die öfters aus Photos abgeleitet wurden.

Diese Auflösung können bei diesen KH-11 Fotos von Mig 29 und Su 27 nicht verifiziert werden. Bei genauer der Betrachtung der Bilder ist beim besseren (unten) eine Auflösung von zirka 30 cm gegeben. Allerdings sind dies freigegebene Aufnahmen, von denen man nicht weiß ob sie nachträglich gezielt verschlechtert wurden.

KH-12 Crystal

Die nächste Generation der KH Satelliten konnte durch die größere Titan 4 Nutzlasthülle auf 4 m Durchmesser gesteigert werden. Man erwartet bei diesen Satelliten der Crystalserie eine Bodenauflösung von bis zu 10 cm. Die größere Nutzlastmasse der Titan 4 steigerte die Nutzlast auf maximal 14 t, was vor allem den Treibstoffvorräten zugute kommt. Bislang mussten nur 3 dieser Satelliten gestartet werden. Dies spricht für eine lange Lebensdauer. Verschiedene Autoren vermuten eine zusätzliche Ausrüstung zum Abfangen von elektronischen Signalen (Mobilfunk) sowie eine bessere multispektrale Ausrüstung, auch wenn dies bei militärischen Satelliten nur bedingt Sinn macht. (Man hat schon die Verwendung von IR und Farbfilm beim Corona Projekt verworfen).

Der KH-12 sollte zuerst von dem Shuttle gestartet werden, doch das DoD hat sich schon frühzeitig die Möglichkeit offen gehalten durch Ausbau der Titan zur Titan 4 mit dieser die schwere Nutzlast zu starten. Manche Autoren geben beim KH-12 ähnlich wie beim KH-11 sehr hohe Bodenauflösungen von 10-12 cm an, andere sprechen nur von 30 cm Auflösung. Der erste Start eines KH-12 erfolgte am 28.11.1992, der bislang letzte am 5.10.2001 Es wurden nur 4 Exemplare in den letzten 12 Jahren gestartet.

Die KH-12 haben Bahnen von 250-300 km als niedrigstem Punkt und 950-1200 km als höchsten Punkt. Sie sind in der Regel sonnensynchron um immer gleiche Belichtungsbedingungen zu haben.

Die Einführung der Titan 4B erhöhte die Nutzlast für einen polaren Orbit auf etwa 17-18 t. Verschiedene Autoren meinen es gäbe einen "Improved Crystal" Satelliten der etwas schwerer als die Typen für die Titan 4 ist. Das wahre Gewicht kennen wir nicht. Auch die Angaben zur Maximalnutzlast der Titan beziehen sich nur auf die 185 km Bahn. Bei den elliptischen Bahnen welche die Satelliten hatten ist sie geringer oder die Satelliten haben selbst mit ihrem Treibstoff diese Bahnen erreicht.

Rekonstruktion der Leistungsdaten

Ausgehend von dieser neuesten Generation will ich erläutern wie man eine Abschätzung der Auflösung bekommt. Was wissen wir von einem KH-12 ? Es ist nicht viel. Eigentlich haben wir nur Schätzungen. Wir können die maximale Masse aus der Größe der Trägerrakete (einer Titan 4A/B) zu etwa 19-21 t je nach Bahn bestimmen. Die Größe wird von der Nutzlasthülle bestimmt die Abmessungen von 5 m Durchmesser und abhängig von der Oberstufe maximal 26 m Länge hat. Der Satellit muss kleiner sein und hat daher einen maximalen Durchmesser von 4.3-4.5 m.

Kameraposition

Geht man davon aus, dass ein KH-12 wie in den Zeichnungen vermutet (und auch bei dem KH 1-6 Programm bestätigt) zylindrische Form hat so kann man die Kamera entweder in der Längsachse einbauen (wie Hubble) oder in der Querachse (wie bei KH 1-6). Im ersten Fall kann der Spiegel und die Brennweite sehr groß sein. Allerdings muss man um verschiedene Ziele zu fotografieren den ganzen Satelliten drehen. Das geht bei einem Weltraumteleskop, dass Stunden lang ein Objekt beobachtet, so das 10-20 Minuten für die Rotation keine Rolle spielt. Für einen Erdbobachtungssatelliten ist dies nicht praktikabel.

Wenn man die Kamera längs einbaut und über einen Umlenkspiegel nach unten schaut kann man innerhalb der Flugrichtung schnell wechseln, aber nicht quer dazu, zudem verschiebt ein Drehen des Spiegels die optische Achse, so dass man die Kamera dieser nachführen muss. Auch diese Lösung, die der obige Autor skizziert hat ist nicht praktikabel.

Es bleibt die letzte Möglichkeit: Die Kamera sitzt quer zur Flugrichtung und schaut durch ein Loch in dem Zylindermantel nach unten. So arbeiten alle Erdbobachtungssatelliten und auch die alten KH Satelliten von denen man konstruktive Details kennt. so kann man die Kamera leicht schwenken und ausrichten. Als Nachteil ist die Tubuslänge begrenzt. Die maximale Tubuslänge muss deutlich kürzer als der Durchmesser des Satelliten sein. Schließlich soll hinten am Tubus ja noch eine Kamera montiert werden und Spielraum zum drehen braucht man auch. Ich schätze, dass die Tubuslänge bei maximal 3-3.5 m Länge liegt. Bei den kurzen Schmidt-Cassegrain Fernrohren entspricht dies einer Brennweite von 12-17.5 m (der vier bis fünffachen Tubuslänge).

Detektoren

Detektoren sind CCD. Astronomische CCD und CCD für Planetensonden haben in den letzten 10 Jahren nicht die Verkleinerung der Pixelgröße mitgemacht, die Digitalkameras auszeichnen. Der Grund: Das Rauschen steigt dann schnell an. Wer selbst eine ältere Digitalkamera mit einer neueren vergleicht wird dies auch festgestellt haben. Ich denke dies gilt auch für militärische Anwendungen. Es hat keinen Sinn sehr kleine Pixel zu verwenden, wenn man dann verrauschte Bilder bekommt oder sehr lange Belichten muss, wodurch die Bewegungsunschärfe größer wird. Heute haben Raumsonden und Erdbeobachtungssatelliten CCD mit Pixelgrößen von 10-14 Mikrometern. Nehmen wir einen erdnächsten Punkt von 250-300 km an, wie er oft für diese Satelliten angegeben wird, so folgert daraus eine Auflösung am Boden von 14.3 cm/Pixel (best case f=17.5 m, 10 µm/Pixel, 250 km Aufnahmeabstand) bis 33.6 cm/Pixel (worst case, f=12.5 m, 14 µm/Pixel, 300 km Aufnahmeabstand).

Allerdings wird man 2x2 bis 3x3 Pixel zusammenfassen. Wie gut die Fotos wirklich sind wird weiterhin Spekulation bleiben. Man sollte schließlich davon ausgehen, das publizierte Bilder nur gerade soviel zeigen wie nötig ist um die Öffentlichkeit zu überzeugen und man ihre Auflösung reduziert hat. Eine Untersuchung eines KH-12 Fotos von der damals im Bau befindlichen Admiral Kuznetsov (einem Flugzeugträger) durch den Autor ergab, dass man kleinste Details von 50 cm Größe erkennen konnte. Ein Bild der Hammurabi Tankdivision von 1991 ergab in etwa dasselbe Resultat (Die T-72 Panzer waren 14-15 Pixel lang und die Wannenlänge dieser Panzer beträgt 6.95 m). Die Auflösung eines KH11/12 ist daher wahrscheinlich größer. doch um wie viel besser das wissen wir nicht.

Weitwinkel Kartierung - Die Vorläufer der Erderkundungssatelliten

Anfangs gab es neben den Detailaufklärern die bis heute eingesetzt werden noch ein zweites Programm. Ähnlich wie 10 Jahre später die zivilen Erderkundungssatelliten Landsat galt es hier sehr große Gebiete zu kartieren. Derartige Karten waren für zwei Dinge notwendig: Zum einen mussten potentielle Ziele für einen Gegenschlag erst einmal gefunden werden. Raketensilos in Sibirien stehen bekanntlich nicht auf Landkarten, aber die Interkontinentalraketen mussten präzise auf ein Ziel ausgerichtet werden.

Zum anderen war es Verschwendung wenn ein KH-1-4 einen kleinen Streifen der SU überfliegt und hochauflösende Aufnahmen anfertigt, aber der größte Teil unbewohntes Gebiet ist. Es galt also potentiell interessante Objekte für die Detailaufnahmen zu entdecken. Das hier vorgestellte Samos Programm war jedoch nicht sehr erfolgreich. So ging man dazu über, eben öfters einen KH 2-4 Satelliten zu starten.

Samos

Zivile und militärische Aufklärungssatelliten

Lange Zeit wurden die militärischen Aufklärungssatelliten mit den zivilen Programmen wie z.B. Landsat verglichen und die wesentlich größere Bildauflösung hervorgehoben. Dieser Vergleich ist in Teilen falsch, wie folgende Überlegungen zeigen.

Die unterschiedlichen Missionen

Während militärische Satelliten das Ziel haben von kleinen Zielen wie Militärbasen, Raketenstellungen oder sogar Flugzeugen hochauflösende Bilder zu gewinnen, hatten die zivilen Satelliten die Aufgabe die gesamte Erde in einem Rhythmus von 14 Tagen zu kartieren. Dadurch sind die Satelliten allenfalls mit den Typen Samos und Argon vergleichbar.

Die unterschiedlichen Medien

Die meisten militärischen Satelliten arbeiteten mit Film, auf dem man viele Informationen speichern konnte ohne einen Computer zur Auswertung zu benötigen, alle zivilen Satelliten arbeiteten dagegen mit digitalen Signalen. Dadurch ergaben sich zwei wichtige Unterschiede - Zum einen sind diese in der Auflösung schlechter, zum anderen fällt eine enorme Datenmenge an. Das Landsat System z.B. startete 1972 und lieferte in 30 Sekunden ein Bild von 185 km Breite und 3240 × 3240 Punkten (7 Bit pro Punkt) in 7 Kanälen also eine Datenmenge von 64 MB. Die damals verfügbaren Großrechner hatten dagegen Hauptspeicher unter 1 MB Größe und eine Rechenleistung in etwa vergleichbar einem IBM PC.

Die Aufgaben

Zivile Satelliten fertigen Aufnahmen in mehreren Spektralkanälen an. Die Kombination solcher Aufnahmen zu Falschfarbenaufnahmen lässt Möglichkeiten zu, die militärische monochrome Aufnahmen nicht bieten. Man kann Vegetation nicht nur von Flächen gleicher Farbe unterscheiden sondern sogar kranke von gesunden Pflanzen, verschiedene Getreide von anderen unterscheiden. Man kann selektiv bewohnte Gebiete hervorheben oder nach Bodenschätzen suchen. Die Ziele sind daher ganz andere als bei militärischen Satelliten (Es gibt allerdings auch die These, das moderne KH-12 multispektrale Sensoren besitzen um z.B. tote Pflanzen die, als Tarnung benutzt werden von lebenden zu unterscheiden).

Die Nutzer

Die Beschränkung auf Auflösungen von zuerst 80 m, dann im Laufe der Zeit bis auf 10 m steigend war keine große Einbuße für die ersten Benutzer der Satelliten. Dies waren zuerst Regierungen welche die multispektralen Aufnahmen benutzten um die Stadtentwicklung zu planen, Landwirtschaftliche Nutzungen zu verfolgen oder den Waldbestand durchmusterten. Dazu kamen große Konzerne die auf den Bildern nach Bodenschätzen suchten. Im Laufe der Steigerung der Auflösung kamen kartographische Aufgaben, die Überwachung der Umwelt und auch eine militärische Nutzung zu (Das Verteidigungsministerium Deutschlands nutzt z.B. Aufnahmen von SPOT).

Die neue Generation

Seit Ende der 90 er Jahre gibt es eine neue Generation von Satelliten. Die Auflösung liegt nun im Bereich von 1-7 m. Vorläufer waren die militärischen Satelliten der Zenit Serie der GUS. Deren Aufnahmen nun frei verfügbar sind. Seit dem Start von Ikonos gibt es aber auch einen rein zivilen Erderkundungssatelliten mit einer Bodenauflösung von 1 m. Der Grund für den Bedarf an solchen Satelliten liegt in zwei Punkten. Zum einen ist nun das Bodensegment zur Verarbeitung und Empfang der Bilder so preiswert geworden, das nicht mehr ein Großrechner bei jedem Nutzer stehen muss sondern eine Workstation reicht dazu. Das erhöhte die Zahl der potentiellen Nutzer beträchtlich z.B. um Fernsehanstalten die selbst sich ein Bild der Lage gewinnen wollten.

Zum anderen war spätestens nach dem Golfkrieg klar, das es nicht mehr eine offene Berichterstattung wie im Vietnamkrieg geben würde, sondern man nur noch solche Bilder zu sehen bekommt, die das Militär gerne sehen würde. Das führte zu der Nachfrage nach einem unzensierten Blick auf die Lage. Schlussendlich können dank solcher Satelliten alle Nationen die noch keinen Aufklärungssatelliten besitzen, Bilder anfertigen lassen. Das es mit dem "freien Himmel" aber noch nicht so weit her ist, zeigte Afghanistan. Rechtzeitig vor der Offensive hatte das US Militär die Aufnahmezeit des Ikonos Satelliten über Afghanistan für die nächsten 2 Jahre für 30 Mill. USD gekauft. Analoges geschah beim Irakkonflikt. Der zweite private US Späher Quickbird ist nur insofern privat, als dass er privat finanziert und gestartet wurde. Er verkauft jedoch seine Bilder exklusiv an das US DoD.

Links

Declassified Satellite Fotographs

FAS Military Space Programs

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