Luft- und Raumfahrt für den Umweltschutz

Mission Aerial Firefighting

Waldbrände und Brände in Savannengebieten nehmen weltweit an Häufigkeit und Schwere zu. Es ist zu erwarten, dass durch den vom Menschen verursachten Klimawandel und den damit verbundenen Temperaturanstieg das Brandrisiko in den nächsten Jahrzehnten noch weiter steigen wird. In Zukunft kann nur eine schnelle und effiziente Frühwarnung verbunden mit der kurzfristigen Verfügbarkeit von Einsatzkräften helfen, diese Gefahr in den Griff zu bekommen.

Um schnell und effektiv auf Waldbrände reagieren zu können, kommt der Brandbekämpfung aus der Luft eine erhebliche Bedeutung zu. Hierbei kommen neben Wasserbombenflugzeugen vermehrt auch Helikopter zum Einsatz. Die Mobilität, Geschwindigkeit und Lieferfähigkeit von Drehflüglern machen sie effektiver als Starrflügler bei der direkten Verteilung von Feuerlöschmitteln. Insoweit ist zu erwarten, dass ihre Beschaffungsraten in den kommenden Jahren steigen werden. 

Brandmeldesatelliten als Frühwarnsystem

Wesentlicher Teil einer effektiven Feuerbekämpfung ist die Früherkennung von Brandherden. Hierzu steht modernste Satellitentechnik zur Verfügung. So detektieren zwei spezielle bispektrale infrarotoptische Brandmeldesatelliten Hochtemperaturereignisse an der Erdoberfläche. Anders als globale Erdbeobachtungssatelliten, die nur eine relativ geringe Genauigkeit aufweisen, können diese aufgrund ihrer sensiblen Sensoren sowie der hohen Genauigkeit und Auflösung auch kleine energieärmere Brände (z.B. brennende Schiffe, chemische Hitzeentwicklungen oder Schwelfeuer) präzise erfassen. Wurden von bisherigen Satellitensystemen etwa nur Hitzequellen mit einer Leistung ab 10 Megawatt erfasst, detektieren die modernen Brandmeldesatelliten bereits Hitzeereignisse ab 1 Megawatt. Dabei ermöglicht die Verwendung von zwei Kameras in zwei Spektralbereichen auch die Erkennung von Bränden, die deutlich kleiner als die Abtastweite sind. Auch wenn ein Pixel immer noch so groß wie sechs Fußballfelder ist, werden doch Feuer erkannt, die etwa so groß wie ein Anstosskreis sind.

Die Brandmeldesatelliten umkreisen die Erde in einer Höhe von etwa 500 Kilometern in einem polaren Orbit, der die Satelliten über die Pole führt. Zueinander sind die Satelliten um einen halben Orbit versetzt, so dass der eine um 9:30 Uhr den nullten Breitengrad von Nord nach Süd passiert, während der andere um 11:30 Uhr von der Süd- auf die Nordhalbkugel wechselt. Für eine Umrundung benötigen sie 90 Minuten, schaffen somit pro Tag 16 Umrundungen entlang der Längengrade. Nach etwa 20 Tagen haben sie die Erdoberfläche mit ihren hochempfindlichen Sensorsystemen vollständig über alle Breitengrade abgetastet. Zueinander bewegen sie sich in einer freien Konstellation. 

Modernste Kameratechnik als Herzstück

Die Kamerasysteme der speziellen Brandmeldesatelliten bestehen jeweils aus einer optischen und zwei Infrarotkameras. Das bispektrale Infrarot-Sensorsystem verfügt über zwei Infrarotsensoren mit unterschiedlichen Spektralbereichen: Ein Sensor erfasst elektromagnetische Strahlung im mittleren Infrarotbereich, der andere im thermischen Infrarotbereich. Zusätzlich wird der sichtbare Spektralbereich durch einen optischen Sensor erfasst. Diese Kamera, die über eine höhere Auflösung als die Infrarotsensoren verfügt, dient der besseren geografischen Verortung der Wärmebilder.

Die Auflösung des Kamerasystems ist beeindruckend: Die Infrarotkameras verfügen über eine Abtastweite am Boden von nur 178 Metern. Anders als rein visuelle Systeme sind sie zudem von Wetter und Sichtverhältnissen unabhängig. 

Institut für Quantenphysik der Atmosphäre

Das IKON Institut für Quantenphysik der Atmopshäre erforscht die Physik und die Chemie der Atmosphäre vom Erdboden bis in die Stratosphäre. Die Kenntnis der dort ablaufenden dynamischen, wolkenphysikalischen und chemischen Prozesse ist Grundlage für vielfältige Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt. Sowohl auf regionaler wie auf der globalen Skala werden die maßgeblichen Mechanismen und Veränderungen in der Atmosphäre mit Fernerkundung, Messflugzeugen und Rechenmodellen quantifiziert und systematisch untersucht.