{"id":293,"date":"2008-09-04T10:29:03","date_gmt":"2008-09-04T08:29:03","guid":{"rendered":"http:\/\/bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=293"},"modified":"2008-09-04T11:16:48","modified_gmt":"2008-09-04T09:16:48","slug":"spionagesatelliten","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2008\/09\/04\/spionagesatelliten\/","title":{"rendered":"Spionagesatelliten"},"content":{"rendered":"\n

Ich habe mich ja schon einmal in einem Artikel mit der Problematik von Spionagesatelliten beschäftigt. Heute will ich mein Hauptaugenmerk nicht auf die Optik richten, sondern den Problemen, mit denen zivile Satelliten konfrontiert sind, die hochauflösende Erderkundung betreiben und diese Bilder verkaufen.<\/p>\n

Es gibt eine Reihe davon. For wenigen Tagen startete eine Dnepr gleich 5 Satelliten der deutschen Firma RapidEye, jeder nur 150 kg schwer. Ihre Auflösung beträgt nur 5 m, doch dies ist schon deutlich mehr als Erderkundungssatelliten liefern und man für kartographische oder Spektraluntersuchungen braucht. Andere Satelliten von Indien und Israel haben 1-2 m, Auflösung und Digiglobe startet ihren zweiten Satelliten mit 0.6 m Auflösung in einigen Wochen. Für einen Satelliten von 150 kg Gewicht sind 5 m Auflösung nicht so schlecht und die Firma hat ja davon gleich 5 auf einmal gestartet um die globale Abdeckung zu verbessern.<\/p>\n

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Optische Instrumente für diese Auflösung sind nicht das Problem: Die Kamera HiRISE an Bord von Mars Reconnaissance Orbiter<\/a> wiegt 65 kg, benutzt ein 50 cm Teleskop und hat eine Auflösung von 1 ?rad, das sind aus 500 km Höhe noch 50 cm\/Pixel. Erst wenn die Kamera deutlich größer wird, wie man es für die oft postulierten 10 cm eines KH-11\/12 benötigt, wird es schwierig – nicht wegen dem Gewicht, das in der Dritten Potenz zur Auflösung ansteigt, sondern vor allem wegen der Tubuslänge und dem begrenzten räumlichen Volumen in einer Nutzlastverkleidung. (Für 10 cm aus 300 km Höhe braucht man ein Teleskop von etwa 180-200 cm Durchmesser. Das wiegt zwar dann etwa 670-810 kg. Bei geschätzten 10-15 t Startgewicht ist das Gewicht eines solchen Teleskops also gar kein Problem).<\/p>\n

Das Problem ist die Datengewinnung und Übertragung.<\/p>\n

Bei den heutigen Satelliten setzt man TDI Sensoren ein. (TDI = Time Delayed Integration). Die Problematik eines hochauflösenden Satelliten ist die Belichtungszeit: Der Satellit bewegt sich mit 7000 m\/s relativ zur Erdoberfläche und wenn Details von 1 m Größe abgebildet werden sollen, so muss die Belichtungszeit deutlich unter 1\/7000 Sekunde sein. TDI Sensoren bestehen aus 16-128 Pixelzeilen. Die Information wird dabei von einer Zeile in die nächste kopiert und die letzte Zeile dann ausgelesen. Durch das, zur Bewegung synchrone Kopieren, bekommt jedes Pixel eine viel längere Belichtungszeit. Das ganze ist vergleichbar der mechanischen Bewegung der Zeile synchron zur Bewegung. Im Vergleich zu einem mechanischen Schwenk von Teleskop oder Sensor gibt es aber keinen Zeitverlust um nach dem Schwenk die Ursprungsposition zu erreichen und keinen mechanischen Verschleiß.<\/p>\n

Das Limit setzen heute die Ausleseraten. Eines der modernsten TDI Sensoren, wie das CCD21241, hat 24000 Pixel von 8.75 ?m Größe. Hier werden bis zu 300 MHz Ausleserate erreicht. Das entspricht etwa 12000 Zeilen pro Sekunde. Bei 7000 m\/s ist die Auflösung so beschränkt auf 7000 m\/s \/ 12000 Zeilen\/s = 7\/12 m also etwa 60 cm. Erfasst wird eine Zeilenbreite von 14.4 km.<\/p>\n

Dieses System liefert eine Datenrate von nahezu 300 MByte\/s, deckt aber nur einen Streifen von 14.4 km Breite ab. So ist es nicht verwunderlich, wenn Digiglobes neuer Vogel, Worldview 1 bei einer Auflösung von 0.41 m\/Pixel pro Tag nur eine Fläche von 450.000 km? abbilden kann – Klein im Vergleich zur Erdoberfläche von 500 Millionen km?. Trotzdem sollte man das "nur" in Anführungszeichen setzen, denn Monochrom, (8 Bit\/Pixel) entspricht diese Fläche einer Datenmenge von 2.7 Terrabyte pro Tag.<\/p>\n

Selbst bei der Rekordatenrate von 800 MBit\/s braucht man 8 Stunden pro Tag um diese Datenmenge zu übertragen. Dies ist nur mit mehreren Bodenstationen möglich, da Funkkontakt nur über etwa 10 Minuten pro Station bestehen und nur nahe des Pols ein Kontakt pro Umlauf möglich.<\/p>\n

Es ist logisch, dass so die Fläche in dieser Auflösung begrenzt ist. Das ist ein Problem für eine Firma, die natürlich nur ein begrenztes Gebiet ablichten kann. Doch eine Firma kann damit leben, sofern sie nicht zu viele Aufträge ablehnen muss. Anders sieht es bei einem militärischen System für die USA aus. Sie haben ein strategisches Interesse an Aufnahmen von der ganzen Welt. Sowohl zur Einschätzung von Konflikten wie auch zur Unterstützung ihrer vielen Truppen in Friedens und Kriegsmissionen rund um die Erde. Es ist leicht nachzuvollziehen, dass dann ein System mit 10 cm Auflösung das (extrapoliert von den Worldview 1 Daten) weniger als 30.000 km? pro Tag erfassen kann, nicht den strategischen Nutzen hat, das man sich von ihm erhofft.<\/p>\n