Bei herrlichen Sonnenschein und angenehmen Temperaturen wurden wir nach Anmeldung an der Pforte zu einem Vortragsraum in der Nähe der Radarkugel (Radom) abgeholt. Ein kurzer Gang innerhalb des Geländes führte uns an einem Gestra Container mit kleiner Kuppel vorbei. Was dies für Aufgaben hat sollte im nachfolgenden Vortrag noch genauer erklärt werden. Nachdem weitere drei Besuchergruppen neben unserer Gruppe im Vortragssaal Ihren Platz gefunden hatten wurden wir von einer jungen Mitarbeiterin herzlich begrüßt.

Ein spannender Vortrag in Kombination von Folien und kurzen Videos folgte zu den Themen Vorstellung der Institute, Standorte, Zusammenarbeit mit weiteren Instituten bzw. Einrichtungen bis hin zu Universitäten und Auftraggebern wie die Bundeswehr oder Deutsche Luft- und Raumfahrt (DLR). Darüber hinaus haben wir gelernt, dass Radar- und Hochfrequenzthemen mitsamt Entwicklungen zu Lösungen hier in Theorie und Praxis angesiedelt sind.

Eines der Aufträge beinhaltete ein Weltraumbeobachtungsradar TIRA zu entwickeln.

Die FHR beschreibt dies wie folgt (entnommen aus der Webseite des FHR):
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Das Weltraumbeobachtungsradar TIRA ist nicht nur das größte Experimentalsystem des Instituts, sondern auch in Europa einzigartig. Zudem hält das System mehrere Weltrekorde.

Das System dient in erster Linie als Experimentalträger der Entwicklung und Untersuchung von Radarverfahren zur Erfassung und Aufklärung von Objekten im Weltraum. Außerdem ist TIRA zur Unterstützung von Weltraummissionen gefragt: Raumfahrtorganisationen aus der ganzen Welt greifen auf die besonderen Fähigkeiten der Fraunhofer-Wissenschaftler und ihrer Anlage zurück.

Gebäude:
Das Radar wird durch ein Radom (weiße Hülle) geschützt. Das Radom hat eine Durchmesser von 47,5 Metern und ist damit weltweit das größte. Insgesamt ist das Gebäude ca. 56 Meter hoch und schon aus großer Entfernung als weiße "Kugel" zu sehen.

Technik:
Im Innern befindet sich eine Antenne mit einem Durchmesser von 34 Metern. Sie kann in Azimut (horizontal) um 360° und in Elevation (vertikal) um 90° gedreht werden. Der bewegbare Teil wiegt 240 Tonnen und kann mit einer Geschwindigkeit von 24° pro Sekunde (in Azimut) bzw. in 15 Sekunden eine Runde gedreht werden.

Das TIRA-System beinhaltet ein Verfolgungsradar (Tracking) und ein Abbildungsradar (Imaging). Das schmalbandige, kohärente Verfolgungsradar hoher Leistung hat eine Sendefrequenz im L-Band (1.333 GHz) und das Abbildungsradar hat eine Sendefrequenz im Ku-Band (16.7 GHz) und ist mit hoher zielauflösender Bandbreite ausgestattet.

Anwendungen:
Für Raumfahrtorganisationen auf der ganzen Welt außerhalb der USA bietet das Weltraumbeobachtungsradar TIRA als einziges System die Möglichkeit von Boden aus in hoher Präzision die Bahn zu vermessen oder in hoher Auflösung Objekte wie Satelliten abzubilden. Das System wird daher eingesetzt um Weltraumschrott genau zu vermessen, um ein Ausweichmanöver eines operativen Satelliten zu vermeiden oder etwa um ein Objekt abzubilden, welches außer Kontrolle geraten ist. Hierzu zählen technische Störungen oder Satelliten die unkontrolliert in die Erdatmosphäre eintreten.

Zuletzt unterstützten die Fraunhofer-Forscher die Wissenschaftsgemeinschaft mit Messdaten und Abbildungen bei den Abstürzen des deutschen Röntgensatelliten ROSAT und der russischen Marssonde Phobos-Grunt.

Im Detail werden aus den Radarmeßdaten von Weltraumobjekten mit den hier entwickelten Verfahren charakteristische Merkmale de Objekte, wie z.B. orbitale Bahnparameter, Eigenbewegung, orbitale Lebensdauer, Objektgröße, Gestalt, Masse und Materialeigenschaften, bestimmt.
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Ein weiterer Auftrag an das FHR war die Entwicklung des mobilen Weltraumradars GESTRA für unterschiedliche Einsatzzwecke.

Die FHR beschreibt dies wie folgt (entnommen aus der Webseite des FHR):

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Im erdnahen Weltraum ziehen mehrere tausend Satelliten, Raumfahrzeuge und andere Objekte ihre Bahnen. In diesem Bereich befinden sich aber auch hunderttausende Teile Weltraumschrott: Insgesamt handelt es sich dabei um rund 8.000 Tonnen Material. Der größte Teil davon – etwa 75 Prozent – befindet sich auf niedrigen Orbits zwischen 200 und 2000 Kilometern Höhe, im sogenannten „Low Earth Orbit“ (LEO). Eine Kollision mit Weltrauminfrastruktur stellt damit ein hohes Risiko dar. Auch die Internationale Raumstation ISS, die auf einem Orbit in rund 400 Kilometern Höhe kreist, ist davon betroffen. Um Kollisionen so weit wie möglich zu vermeiden, werden kontinuierlich verlässliche Daten zur Weltraumlage benötigt. Hierzu werden Radarsysteme wie GESTRA benötigt.

Das GESTRA-Radar, das die größeren dieser Objekte erfassen kann, arbeitet im Mikrowellenbereich und erkundet den niedrigen Erdorbit in einer Höhe von 300 bis 3000 Kilometern – also dem Bereich, in dem sich die meisten Satelliten und die ISS befinden. Das System soll im Januar 2021 mit voller Leistungsfähigkeit in Betrieb genommen werden.

Mit Hilfe der von GESTRA gewonnenen Radardaten soll ein nationaler Bahndatenkatalog erstellt werden. In diesem Verzeichnis werden alle erfassten Weltraumobjekte aufgelistet und deren Daten kontinuierlich aktualisiert.

Im Rahmen des Projektes EUSST (European Space Surveillance and Tracking) soll mit Hilfe der Daten von GESTRA und weiterer Radarsysteme zudem ein europäischer Bahndatenkatalog erstellt werden. Die GESTRA-Daten werden zudem für weitere wissenschaftliche Forschungsprojekte zur Verfügung gestellt.

Eine der Besonderheiten von GESTRA liegt in der Mobilität des Systems. Es besteht aus zwei Einheiten (Sheltern) – dem Sende- sowie dem Empfangs-Shelter. Durch diese Aufteilung kann es relativ einfach per Schwertransport an verschiedene Aufstellorte verbracht werden. Die beiden Einheiten werden dort in einem Abstand von etwa 100 Metern aufgestellt. Derzeit befindet sich die Anlage auf der Schmidtenhöhe bei Koblenz.

Ein weiterer Vorteil von GESTRA ist die hochflexible und schnelle Ausrichtung des Radarstrahls. Die Sende- und Empfangsanlagen bestehen aus 256 Einzelantennen, die innerhalb einer kreisförmigen ebenen Fläche eingelassen sind.

Die Signale der Einzelstrahler können derart verknüpft werden, dass sich die gewünschte Strahlrichtung in Sekundenbruchteilen einstellt. Beide Antennen können zusätzlich in alle gewünschten Richtungen ausgerichtet werden. Die vom System aufgenommenen Daten werden von einem Radarprozessor gesammelt und analysiert und anschließend zum Weltraumlagezentrum in Uedem übertragen, welches das GESTRA-Radarsystem betreibt.
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Wir haben in den weiteren Vorträgen im Radom gelernt, dass Beobachtungen mit dem Radarspiegel Wetter- und Temperaturunabhängig sind. Staub und Nebel sind für TIRA ebenfalls kein Hindernis. Lediglich im Wasser können Radarstrahlen nicht eingesetzt werden, da sie das Wasser nicht durchdringen können. Die beeindruckende Auflösung und Empfindlichkeit des Radars wurde verglichen mit einer 2 Euro Münze, die detailgetreu auf der Spitze des Eifelturms detektiert werden könnte. Ein typischer Beobachtungszyklus eines LEO-Objekts in der Atmosphäre oder Weltraum kann bis zu 20 Min betragen bis er wieder aus dem Blickwinkel des Radom verschwindet. Praktische Beispiele wurden für die Analyse von beschädigten Satelliten genannt, wo sehr genau abgebildet werden kann wo die Beschädigung vorhanden ist. Typische Auftraggeber sind z. B. Satellitenbetreiber, die aus den realen Daten weitere Entscheidungen für Ihre Satelliten treffen können.

An dieser Stelle nochmal vielen Dank für die Möglichkeit und die Organisation zu diesem Event an Peter DG1FN aus dem Ortsverband K01.

Weiterführende Informationen findet Ihr unter nachstehenden Links:

https://www.fhr.fraunhofer.de/de/das-institut/technische-ausstattung/weltraumbeobachtungsradartira.html

https://www.dlr.de/de/ar/themen-missionen/weltraumsicherheit/gestra