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Autor: Andreas Frost
In Neustrelitz erforscht das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), wie Schiffe sicher über die Meere navigieren können und wie sich das Weltraumwetter auf die Landwirtschaft auswirkt.
Auf einem Monitor im Kontrollraum des Rechenzentrums zeichnet eine geschlängelte rote Linie die Ölspur eines havarierten Schiffes nach. „Wir möchten zukünftig bestimmen, ob dies Fisch- oder Erdöl ist“, erklärt Egbert Schwarz. Er leitet die Forschungsstelle Maritime Sicherheit des Deutschen Fernerkundungsdatenzentrums (DFD) in Neustrelitz, einem der 30 Standorte des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die Daten für eine solche Öl-Analyse fangen die Antennen auf dem Gelände vor dem DLR-Gebäude auf. Neben kleinen unauffälligen Drahtgebilden richten acht große Parabolantennen ihre „Schüsseln“ gen Himmel.
Erste Funkwellen-Tests bereits 1913
Die Bodenstation in Neustrelitz wird von zwanzig Fernerkundungs-Satelliten mit den Informationen gefüttert, die ihre Sensoren gesammelt haben. Schon 1913 wurden von hier testweise Funkwellen nach Berlin und Swinemünde geschickt. 1969 empfingen DDR-Forscher hier erstmals Daten eines Satelliten – des sowjetischen „Interkosmos 1“. Seit 1992 ist das DLR hier mit aktuell rund 130 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern zu Hause.
Egbert Schwarz, Leiter der Forschungsstelle Maritime Sicherheit im Austausch mit seinem Forschungsteam.
Die gesammelten Rohdaten werden mit mathematischen Modellen und künstlicher Intelligenz aufbereitet und visualisiert. Die Forschenden versuchen, mit immer feineren Methoden beim Erfassen der Daten mit optischen und Radar-Sensoren sowie bei der Datenverarbeitung noch genauere Ergebnisse zu liefern. Inzwischen nutzen hyperspektrale Satellitensensoren bis zu 240 sogenannte Spektralkanäle des Lichts. So ist es möglich, die „Bilder“ noch differenzierter zu betrachten.
Es gelte herauszufinden, so Egbert Schwarz, welche dieser Spektralkanäle genutzt werden können, um die Ausbreitung von Blaualgen auf der Ostsee zu erkennen und diese von Öl zu unterscheiden oder um den Unterschied zwischen jungem und altem Meereis zu erkennen. „Wir haben von Neustrelitz aus das Forschungsschiff ,Polarstern‘ bei der Navigation durchs Polarmeer unterstützt, nahezu in Echtzeit.“
Wir haben von Neustrelitz aus das Forschungsschiff ,Polarstern‘ bei der Navigation durchs Polarmeer unterstützt, nahezu in Echtzeit.
Egbert Schwarz, Leiter der Forschungsstelle Maritime Sicherheit
Wenn Sonnenwind die Düngung stört
Der erdumspannende Datenverkehr wird immer wichtiger. Doch er ist störanfällig, etwa wenn Sonnenstürme Plasmawolken mit extrem vielen geladenen Teilchen in Richtung Erde schicken. Während die einen sich über Polarlichter freuen, fürchten Physiker wie Dr. Jens Berdermann, Leiter des Instituts für Solar-Terrestrische Physik, die Auswirkungen auf Energieversorgung, Navigations- und Kommunikations-Infrastruktur.
Im Gespräch vor einer gigantischen Antenne. Dr. Jens Biedermann (re.), Leiter des Instituts für Solar-Terrestrische Physik.
Berdermann erforscht das Weltraumwetter. Dafür nutzt er hier in Neustrelitz eine spezielle Antenne. Sie ist innerhalb eines weltweiten Forschungsverbundes die einzige in Europa und empfängt Signale von einem Satelliten, der in 1,5 Millionen Kilometern Entfernung „vor“ der Sonne stationiert ist. „Wenn dort Ionen eines Sonnensturms ankommen, bleiben uns in der Regel bis zu 45 Minuten, um darauf zu reagieren“, erklärt Berdermann. Er untersucht, wie die Teilchen sich in der Erdatmosphäre ausbreiten.
Am Institut für Solar-Terrestrische Physik entstehen laut DLR international führende Modelle, die in renommierten Weltraumwetterservices zum Einsatz kommen. „Viele Prozesse sind noch nicht vollständig verstanden“, räumt Berdermann ein. Irgendwann aber, da ist er sicher, wird der tägliche Wetterbericht auch über das Weltraumwetter informieren: „Damit Landwirte ihre Felder optimal düngen können, müssen sie wissen, ob ihre GPS-Navigation vom Sonnenwind gestört wird.“
Damit Landwirte ihre Felder optimal düngen können, müssen sie wissen, ob ihre GPS-Navigation vom Sonnenwind gestört wird.
Dr. Jens Berdermann, Leiter des Instituts für Solar-Terrestrische Physik
Robustes Back-Up-System für die Navigation
Dr. Ralf Ziebold, Leiter der DLR-Abteilung Nautische Systeme, arbeitet an einem deutschlandweit einzigartigen Forschungsthema. Für den Fall, dass die Satelliten-Navigation durch Sonnenwind oder andere Einflüsse gestört wird, sucht er nach Lösungen für die Ostsee. Es gibt kaum ein Seegebiet, das dichter befahren ist, sodass Navigationsfehler gravierende Auswirkungen haben können. „Wir brauchen ein robustes Back-up-System“, sagt Ziebold. Dafür will er Funksignale nutzen, die entlang der Ostseeküste von den Wasser- und Schifffahrtsämtern gesendet werden.
Wir brauchen ein robustes Back-Up-System.
Dr. Ralf Ziebold, Abteilungsleiter Nautische Systeme
Teilt seine Erkenntnisse mit seinem Team. Dr. Ralf Ziebold, Abteilungsleiter für Nautische Systeme.
Zwei der zahlreichen Herausforderungen: Da die Funkfeuer auf der Erde mit deutlich längeren Wellen senden als die Satelliten, ist es schwerer, die genaue Position eines Schiffes zu bestimmen. Für die Postionsbestimmung ist außerdem eine extrem genaue Zeitsynchronisation nötig. Navigations-Satelliten sind mit teuren Atomuhren ausgestattet. Für die Funkstationen an der Ostsee sucht Ziebold noch einen geeigneten, aber preiswerteren Ersatz.
Raketenbau mit Plasteflaschen
Während ein langes Foucaultsches Pendel hin und her schwingt und die Drehung der Erde um die eigene Achse veranschaulicht, dehnen sich unter der Glasglocke einer Vakuumpumpe zwei Luftballons im zunehmend luftleeren Raum unterschiedlich aus. „Der eine ist mit Luft, der andere mit Wasser gefüllt“, erklärt Dr. Albrecht Weidermann. Im Schülerlabor, dem DLR_School_Lab, hat er mit seinen Mitarbeitenden im vergangenen Jahr mithilfe moderner Experimentiergeräte, aber auch alltäglicher Gegenstände über 5.000 Schülerinnen und Schülern gezeigt, worum es beim DLR in Neustrelitz geht.
Sogar Schwerelosigkeit – oder wie die Fachleute sagen: Mikrogravitation – lässt sich im Fallturm des DLR_School_Labs für 0,6 Sekunden „erzeugen“. Mit einem normalen Handy können dabei Versuchsabläufe gefilmt und später ausgewertet werden. Ein Höhepunkt sind für den meist begeisterten Forschungsnachwuchs die Versuche mit aus handelsüblichen Plastikflaschen selbst gebauten Wasserraketen. „Wenn sie mit der richtigen Menge Wasser befüllt und dann auf etwa drei Bar Druck aufgepumpt werden, fliegen sie bis zu 25 Meter hoch“, berichtet der ehemalige Physiklehrer. Das reicht zwar nicht für einen Flug in den Orbit, „aber ein Anfang ist gemacht.“
Dr. Albrecht Weidermann mit einer selbstgebauten Wasserrakete aus einer Plastikflasche.
Hier dreht sich alles um Luft- und Raumfahrt. Plakatives Erdmodell im Schullabor.
Egbert Schwarz, Leiter der Forschungsstelle Maritime Sicherheit, im Austausch mit seinem Forschungsteam.
Dr. Jens Berdermann (re.), Leiter des Instituts für Solar-Terrestrische Physik.
Teilt seine Erkenntnisse: Dr. Ralf Ziebold, Abteilungsleiter für Nautische Systeme.
Im Kontrollraum der Bodenstation Neustrelitz hat Matthias Berg, Arbeitsgruppenleiter Systembetrieb Echtzeitsysteme, alles im Blick.