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GESTRA: Den erdnahen Orbit »im Blick«

11. September 2020

Um den erdnahen Orbit zu überwachen und zu wissen, welche Objekte sich dort bewegen, braucht es ein Phased-Array-Radar mit hoher Strahlagilität. Ein solches baut das Fraunhofer FHR im Auftrag des Bundeswirtschaftsministeriums: Im Herbst 2020 werden die Forschenden das teilmobile Weltraumüberwachungsradar GESTRA offiziell an das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) übergeben.

© Fraunhofer FHR / Philipp Wolter
Phased-Array-Antenne des GESTRA-Senders und -Empfängers.
© Fraunhofer FHR / Jens Fiege
GESTRA ist im Juli 2020 an seinem Zielort in der Nähe von Koblenz angekommen.

Phased-Array-Radar zur Überwachung des erdnahen Orbits

Was schwirrt wo im erdnahen Orbit, kurz LEO (Low Earth Orbit) genannt, umher? Im LEO ziehen die Satelliten, die uns wichtige Informationen übermitteln, ihre Bahnen. Allerdings stellt Weltraumschrott eine Gefahr für die Satelliten dar. Um Operateure von Satelliten rechtzeitig warnen zu können, wenn ein Schrottteil einem Satelliten gefährlich nahe zu kommen droht, erstellt das amerikanische Weltraumüberwachungssystem einen globalen Katalog – den US-SSN-Katalog. In diesem sind die meisten größeren Flugobjekte im LEO verzeichnet. Auch Deutschland nutzt derzeit die amerikanischen Daten, möchte sich aber mit eigenen Mitteln aus dieser Abhängigkeit lösen. Dazu sind allerdings zwei verschiedene Radar- Systeme nötig: Eines, das einzelne Weltraumobjekte verfolgt und abbildet – das übernimmt das Weltraumbeobachtungssystem TIRA am Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR. Und ein weiteres, das die Überwachungsfunktion erfüllt, also die verschiedenen Objekte in einem großen Raumausschnitt aufspürt. Dies kann nur ein Phased-Array-Radar mit hoher Reichweite und Strahlagilität, das es bislang auf deutscher Seite nicht gab.

Kernkompetenz: Schnelle Raumüberwachung

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) beauftragte daher das Fraunhofer FHR, ein solches Phased-Array- Radar aufzubauen: Von der Konzeptionierung und der Design-Phase bis hin zum einsatzfähigen System. Das Design sieht ein quasi-monostatisches System vor, das aus separatem Sende- und Empfangssystem besteht. Die Phased Array-Antennen sind dabei jeweils auf einem 3-Achsen-Positionierer montiert: So lässt sich zunächst mechanisch der Überwachungsbereich einstellen und dieser Bereich anschließend elektronisch innerhalb von Millisekunden scannen. Mit den Radarstrahlen wird dabei eine Art Zaun geschaltet, ähnlich einem Scheibenwischer: Jedes Objekt, das groß genug ist und den Zaun passiert, wird detektiert. Das Einzigartige an GESTRA: Es ist teilmobil, kann also an beliebigen Stellen aufgestellt werden.

Herbst 2020: Übergabe an das DLR

Mittlerweile ist das GESTRA-System zu etwa 90 % fertig gebaut. Es folgen nun die Serienabnahmen der Komponenten aus dem Fraunhofer FHR, insbesondere der Elektronik in den Sende- und Empfangsantennen. Im Juli 2020 wurde GESTRA auf die Schmidtenhöhe bei Koblenz verfrachtet und dort mit der vor Ort existierenden Infrastruktur verbunden. Es folgten Systemnachweise für das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Im Herbst 2020 wird GESTRA offiziell an das DLR übergeben. Das Weltraumlagezentrum erstellt mit dem neuen Radarsystem einen deutschen Katalog. Soll ein Objekt aus diesem Katalog dann genauer untersucht werden, werden die Forschenden des Fraunhofer FHR es mit Hilfe von TIRA verfolgen und abbilden.