Man traut ja alles dem Militär zu …

… nicht zu unrecht. Denken wir an die kuriosen Erfindungen und Projekte in die man auf der ganzen Welt Unsummen verpulvert hat. Die USA haben mindestens drei Versuche gestartet, sich gegen anfliegende Raketen zu schützen und dafür mindestens 125 Milliarden Dollar ausgegeben. Ein Versuch führte sogar zu Stationierung – bis Farmer das verboten. Die waren von der Idee Atomraketen mit anderen Atomraketen abzuschießen irgendwie nicht so begeistert.

Im Irak hat man riesige Kanonen entwickelt, aber auch funktionierende Erfindungen sind äußerst skurril. Da ist der Marschflugkörper, erfunden als „V1“ von den deutschen im zweiten Weltkrieg – das skurrile ist es eine billige Waffe (ein konventioneller Sprengkopf) mit einem teuren Transportvehikel zu kombinieren. Ähnliches gilt den GPS-gelenkten Granaten, wobei hier die Zusatzkosten noch vertretbar sind. Auch Flugzeuge die nur noch vom Computer stabil geflogen werden können, weil sie sonst sofort abschmieren würden zähle ich dazu.

Weil es das alles gibt, trauen viele dem Militär auch in der Aufklärung viel zu. Michael K. hat in einem alten Blog die frage gestellt ob ich glaube dass man Bierflaschen vom Orbit aus erkennen könnte, also nicht Flaschen an sich sondern Bierflaschen (wobei man das Etikett entziffern muss). Nun bevor ich darauf antworte will ich mal ein Beispiel das KH-9 Hexagon System nehmen. Von dem hat man auch lange Zeit eine enorm große Auflösung versprochen. Bis hinunter zu 10 cm ging dies. Die Logik war eigentlich immer dieselbe:

  • Der Satellit wird mit einer titan IIID gestartet wiegt also so um die 10 t und ist so lang wie ein Bus (aus der Nutzlasthülle ableitbar). So was großes muss auch eine hohe Auflösung haben.
  • Ähnlich groß wie ein KH-9 ist das Hubble Weltraumteleskop und das hätte aus 200 km Höhe rund 4 cm Auflösung.

Ich habe schon früher darauf hingewiesen, dass es viele Gründe gibt die gegen den Vergleich mit Hubble spricht. Der offensichtlichste: Die Kamera ist bei Hubble um diese hohe Auflösung zu erreichen in Längsrichtung fest eingebaut. Ein Satellit mit der Konstruktion könnte am Erdboden nur einen kleinen Streifen abbilden und wenn er was anderes aufnehmen soll, so muss man den ganzen Satelliten drehen – das dauert und verschwendet viel Zeit. Ich war daher schon immer der Meinung die Kamera müsste quer eingebaut sein und sie müsste in der Länge kleiner als der Durchmesser sein, damit man sie drehen kann. Damit ist aber die Auflösung rund viermal kleiner.

Als dann in den Neunzigern die Details über Corona freigegeben wurden, war auch klar, dass dieses System genau so funktionierte. Eine Kamera war quer eingebaut, ein rotierender Spiegel lenkte das Licht um, um so einen Streifen quer zur Flugrichtung von einigen Hundert Kilometern Breite  abzubilden. Warum sollte man das bewährte Prinzip ändern. Was man nicht wusste, war wie die Nachfolgesysteme Gambit und Hexagon funktionierten. Besser gesagt, welche Aufgaben sie hatten. Doch eine einfache Auflistung der Startdaten lässt einen Rückschluss zu:

Alternativname Starts Erfolge Erfolgreich [%] Einsatzzeitraum
CORONA 130 113 86,92 1959 – 1972
GAMBIT 91 86 94,51 1963 – 1984
HEXAGON 20 19 95,00 1971 – 1986
KENNAN 6 6 100,00 1976 – 1984

Der erste Hexagon startete ein Jahr vor Einstellung von Corona. Gambit lief überlappend mit beiden Programmen und auch KENNAN lief überlappend (inzwischen durch CRYSTAL abgelöst). Daraus kann man ableiten, dass Hexagon Corona ablöst. Corona waren aber keine Detailaufklärer sondern hatten die Aufgabe sehr große Gebiete in mittlerer Auflösung abzubilden. Die Detailaufklärung erfolgte mit Gambit, von dem man inzwischen auch weiß das es die Rolle des Detailaufklärers hat.

Inzwischen wurde auch Hexagon der Geheimhaltungsstatus entzogen und siehe da – anstatt einiger Zentimeter Auflösung hat die hochauflösende Kamera maximal theoretische 60 bis 100 cm Auflösung je nach Kontrast. In der Praxis bei Film eher weniger wie auch veröffentliche Aufnahmen zeigen. Der riesige Satellit war nötig um viele Filmkapseln mitzuführen und vor allem ein sehr aufwendiges Kamerasystem das 167 mm breiten Film mit einigen Kilometern pro Stunde durch das System zog, denn Streifen waren bis zu 595 km lang.

Nun wir wissen was Hexagon leistet. Das hält die Leute aber nicht davon ab weiter zu spekulieren. Schließlich arbeitet das Nachfolgesystem Kennan mit CCD – die sind lichtempfindlicher und keine erschöpfliche Ressource wie Film, zudem überlappte sich der Einsatz mit Hexagon – sind sie die Nachfolger von Gambit? Sicher, aber 5-10 cm halte ich für keine gute Auflösung. Zum einen hat man sie 1976 als das System eingeführt wurde mit den verfügbaren Sensoren sicher nicht erreicht. Zum anderen hat man dann ein massives Datenübertragungsproblem. Auf Film kann man in kurzer Zeit enorme Datenmengen speichern. Ein Hexagon konnte auf 90 km Film 160 Millionen km² in je nach Kontrast in 60-100 cm Auflösung abbilden. Das wäre bei digitalen Daten rund 444 Terabyte. Die 1976 zu verarbeiten als das System in Betrieb ging war wohl unmöglich. Man hätte rund 5 Millionen Magnetbänder gebraucht um das zu speichern. Daneben muss man sie übertragen. Selbst mit einem Satelliten und 30 MBit/s, (ein Transponder über GEO-Satellit, keine Kompression) müsste ein Satellit rund vier Jahre ununterbrochen senden.

Das sind die Zahlen für 60 cm Auflösung, man möge nun auf 5-10 cm hochrechnen….

Der überzeugendste Beweis dass die Nachfolgesatelliten gestrichen wurden, die NASA zwei der Satelliten bekam und auch sie Weitwinkeloptiken haben (zehnmal größeres Blickfeld als Hubble), was eine hohe Auflösung ausschließt. Da nun das Militär auf zivile Satelliten setzt die derzeit maximal 0,45 m Auflösung haben (nächste Generation 0,25 m). Warum sollte diese schlechter sein als das was man schon hat? Auch andere Nationen wie Frankreich oder Russland haben alle Systeme im Betrieb die bei knapp 1 m Maximalauflösung liegen. Die Plejades Satelliten welche die Helios ablösen haben z.B. die gleiche Auflösung sind aber durch Fortschritte in der Technik wie die zivilen Nachfolger erheblich leichter.

Die Frage ist natürlich auch, welchen Nutzen es bringen soll, Fotos mit 10 cm Auflösung zu haben (neben den Nachteilen bei der Datenmenge, Gewinnung und Auswertung). Für militärisches Gerät das einige Meter groß ist, ist die Auflösung viel zu fein und Menschen kann man leichter mit anderen Methoden überwachen wie z.B. dem Abhören von Telefongesprächen und selbst wenn man sie nur zählen will, so kommt man mit groben IR-Aufnahmen, wo jeder ein helles Pixel erzeugt einfacher zählen.

Ich vermute daher das auch heute die Satelliten keine 5 bis 10 cm Auflösung haben. Ich würde sie eher bei 30-60 cm ansetzen.

8 thoughts on “Man traut ja alles dem Militär zu …

  1. Dazu kommt noch eins: Die angegebene Auflösung gilt für den Fall, daß der Setellit senkrecht über dem Beobachtungsobjekt steht. Das ist aber nur recht selten der Fall, meistens muß er schräg sehen. Dann erhöht sich der Abstand recht drastisch und die Auflösung sinkt.
    Bei einer Umlaufzeit von rund 90 Minuten dreht sich die Erde in dieser Zeit um 2500 km weiter. Im ungünstigsten Fall erhöht sich dadurch der Abstand auf mehr als 1250 Kilometer. Bei einer Flughöhe von 200 km ist das mehr als das 6-fache, und entsprechend verschlechtert sich die Auflösung.

  2. Es gibt immer mehr als einen Satelliten im Orbit und auch bei zivilen Systemen ist die revisittime, also die Zeit nach der man ein Objekt schräg von der Seite fotografieren kann nicht 1 Umlauf sondern typisch 4-6 stunden. Mit einem Satellit kann man eine revisittime von 12 Stunden erreichen, wenn die aufnahmen am Morgen/Abend gemacht werden und es auf der Halbkugel gerade Sommer ist (mehr als 12 Stunden Sonnenschein/tag)

  3. „Auch Flugzeuge die nur noch vom Computer stabil geflogen werden können, weil sie sonst sofort abschmieren würden zähle ich dazu.“

    Das liegt allerdings nicht daran, dass die Konstrukteure zu blöd sind, stabil fliegende Kampfflugzeuge zu bauen, sondern daran, dass ein aerodynamisch instabiles Flugzeug wesentlich wendiger ist. Kein (moderner) Jäger/Jagdbomber kann deshalb ohne Computerunterstützung in der Luft gehalten werden.

  4. …und die ganzen Aufnahmen der Krisenhotspots werden heutzutage durch Drohnen gemacht, nicht durch Satelitten.
    Ich brauche wohl keinen der hier regelmäßig Mitlesenden darauf aufmerksam zu machen, daß ein Satelitt für die heute gewohnten „Live“-Bilder viel zu unflexibel ist.
    Drohnen im militärischen Standart-Einsatz genau wie Stealth-Technik gibt es seit 30 Jahren.
    Ich habe keinerlei Zweifel, daß nicht nur die Amerikaner 24Std/7Tage Drohnen über der Ostukraine kreisen lassen.
    Nur weil irgendein Journalist oder subalterner Behördenmitarbeiter die als „Satelittenbilder“ angekündigt hat, ist kein Grund von irgendetwas anderem als Drohnenaufnahmen auszugehen.

    Bernd

  5. Moin,

    > Ähnliches gilt den GPS-gelenkten Granaten

    Im Lybienkrieg sind den Franzosen diese ausgegangen, so dass ungepanzerte Ziele mit Übungsmunition angegriffen wurde. Nicht sehr effektiv: Ein „intelligenter“ Stein der vom Himmel fällt.

    > wobei man das Etikett entziffern muss

    Das Etikett ist glaube ich nicht nötig. Von Form und Farbe unterscheiden sich Wasserflaschen, Bierflaschen, Vodkaflaschen, und Weinflaschen doch meist sehr.

    > Ich habe keinerlei Zweifel, daß nicht nur die Amerikaner 24Std/7Tage Drohnen über der Ostukraine kreisen lassen.

    Drohnen sind relativ einfach vom Himmel runter zu holen. Das haben die Iraner schon mehrmals vorgeführt. Also gehe ich davon aus, dass nur US Drohnen über der Ukraine fliegen.

    > Drohnen im militärischen Standart-Einsatz genau wie Stealth-Technik gibt es seit 30 Jahren.

    Eher gesagt seit 69 Jahren. Northtrup hat mal ein 1zu1 Model der Horten gebaut und festgestellt, dass dieses Flugzeug gegenüber den Englischen Radarstellungen unsichtbar gewesen wäre.

    ciao,Michael

  6. Sehr gute Erklärung von Bernd! Noch eine Ergänzung: Für Auflösungen deutlich unter 1m wird man nicht um korrigierende Optiken herum kommen, die das Luftflimmern korrigieren. Solche Korrekturen sind bei Spiegelteleskopen jenseits von 3 bis 4 m Spiegeldurchmesser unbedingt nötig, weil man sonst statt am Beugungslimit am „Atmosphärenlimit“ arbeitet. Dieselben Korrekturen braucht man auch beim Blick in die umgekehrte Richtung, vom Weltraum auf die Erde. Aber die Korrekturen können nur einen Teil der atmosphärischen Effekte ausgleichen, deswegen wurde Hubble gestartet und am Nachfolger (JWST) gearbeitet.

    Wenn man schon nachts und aus großer Höhe (so gut wie alle Spitzenteleskope stehen höher als 2000 m über NN) Probleme mit dem atmosphärischen Flimmern hat, wie sieht es dann erst tags und bei Beobachtung von Zielobjekten auf Meereshöhe aus???

    Dank immer schnellerer Computer, besserer Aktoren, besserer Algorithmen für die adaptive Optik, größeren Multi-Segment-Spiegeln usw. usf. werden die kommerziellen Erdbeobachtungssatelliten die Auflösung immer weiter steigern. Kunden, denen das Vorteile bringt, gibt es genug. Nicht, um achtlos weggeworfene Bierflaschen aufzufinden, aber zum Beispiel, um Markierungsstreifen auf Straßen zu „lesen“ (Kartographie), Trampelpfade von Schmugglern aufzuklären (Polizei, Militär), die Güte von Pflanzenwachstum und die Erntemenge abschätzen zu können (Bauern, Händler und Verarbeiter von Agrarprodukten) usw. usf. usw. usf. Klar entspricht ein „Full-Scan“ der Erdoberfläche mit 3 Farbkanälen, 8 Bit pro Pixel und 10 cm Auflösung der gewaltigen Datenmenge von (unkomprimiert) 153 Petabyte. Das klingt erstmal nach einer gewaltigen Datenmenge. Zu deren Speicherung würden aber selbst mit heutiger Technologie (Aufklärungssatelliten mit 10 cm Auflösung werden ja noch etwas auf sich warten lassen) inklusive dem Overhead (Dateisystem, RAID-Verbund mit z.B. je 24 Platten in einem RAID-6, etc.) „nur“ rund 30000 Festplatten mit je 6 TB benötigt. Bei Kosten von 250 Euro für eine 6-TB-Platte und nochmal genauso viel für Serverzentrum, RAID-Systeme usw., kostet die Speicherung des „Full Scan“ der Erde also 15 Mio. €. Das ist im Vergleich zu den Kosten des Aufklärungssatelliten selber eher untergeordnet.

    Auch die Übertragung dieser Datenmengen vom Satelliten zur Erde ist technisch möglich. Wenn der Full Scan binnen Monatsfrist klappen soll, benötigt man zwar eine Datenrate von ca. 1 TBit/s. Auch das klingt erstmal gewaltig. Aber es ist nicht mehr, als die Datenrate, die heute schon bei Glasfasern üblich ist, wenn man eine Faser mittels DWDM mit verschiedenen Lichtfrequenzen belegt. Mit zwei Teleskopen (eins am Satellit, eins am Boden) kann man die Faser durch eine Vakuum- und Luft-Strecke ersetzen. Die Dämpfung dürfte bei gutem Wetter eher geringer sein, als bei üblichen Glasfaserstrecken, die ja ebenfalls hunderte Kilometer weit reichen!

    Größtes technisches Hindernis gegen eine regelmäßige Abtastung der Erdoberfläche im 10-cm-Raster ist also die Hauptoptik des Beobachtungssatelliten. Gaia (der nicht die Erde, sondern das Universum scannt) hat hier sicher einiges an Maßstäben gesetzt. Übrigens: Wäre Gaia im LEO und zur Erde gerichtet, entspräche die Auflösung seines 1-Gigapixel-Sensors bereits ziemlich genau den geforderten 10 cm / Pixel. Gaia hat allerdings eine ganz erheblich niedrigere Datenrate, weil er das ganze schwarz des Hintergrunds einfach komplett weglassen kann.

  7. @Kai Petzke
    Man braucht keine adaptive Optik, weil die Belichtunsgzeiten extrem kurz sind und so die Luftunruhe praktisch eingefroren ist. Bei den bei zivilen Satelliten eingesetzten TDI Sensoren liegt die Belichtunsgzeit bei 1/10000 bis 1/20000 s. Auch Amateure können von hellen Objekten beugungsbegrenzte Aufnahmen machen (das Phänomen schlägt eigentlich schon in Europa bei 2 Bogensekunden Auflösung, das entspricht einer 6 cm Optik) indem sie kurzzeitbelichtete Aufnahmen addieren. Das zeigen Planetenaufnahmeen von Amateuren recht deutlich die heute schon an die ersten Bilder der Raumsonden herankommen.

    Man vergleiche diese Aufnahme
    http://astrobob.areavoices.com/2012/09/12/meteor-likely-cause-of-jupiter-flash-saturns-b-ring-gets-scrambled/
    mit den Voyager Aufnahmen aus großer Entfernung. Die Aufnahme wurde mit einem 12 Zoll Teleskop gemacht, das hat rund 1/3 Bogensekunde Auflösung, Jupiter hat einen Durchmesser von maximal 50 Bogensekunden, sie ist also beugungsbegrenzt.

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