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Wenn wir über Weltraumtechnik nachdenken, dann klingt das so nach unglaublich
schwierigen großen Herausforderungen. Die Menge an Satelliten, die über unseren Kopf hinwegfliegen,
das ist Rocket Science. Das kann man nicht verstehen. Konrad wird uns das Gegenteil beweisen,
indem er uns erklärt, wie wir mit einfachsten Mitteln Wetterdaten aus dem Weltall empfangen
können. Viel Spaß! Ja, dann vielen Dank für die Einführung und genau, mein Name ist Konrad,
Neeride, EIM. Und wer von euch hat gestern eigentlich während dem Sturm eine Wetter-App mit
Regenradar gesehen? Vielleicht mal Stimmungsumfrage. Ja, also eigentlich hat von jeder jeder von euch
schon mal Kontakt zu der Technologie gehabt und so was Ähnliches werde ich euch heute auch zeigen,
dass man das eigentlich nicht über große Wetterinstitute machen muss, sondern eigentlich mit
den Sachen, die hier schon vor mir aufgebaut sind. Genauer, wie ging es eigentlich damit los? Also
wo kommt das eigentlich her? Genau, das ziemlich unscheinbare Bild war das erste Bild von unserer
Erde, von einem Satelliten. Das hat die NASA damals in den 60er Jahren. Ende der 50er Jahre
wurde die Technik entwickelt und 1960 wurde der erste Satellit gestartet, der mit TV-Kameras
ausgestattet war, um erst mal zu schauen, ob die Technologie überhaupt funktioniert und ob das
überhaupt sinnvoll sein kann, Wetterdaten von der Erde, also aus dem Weltall zu senden und das hat
sich eben rausgestellt, dass das ziemlich gut funktioniert hat. Der Satellit hat fast 70 Tage
durchgehalten, hat eben einfach ganz standardmäßige TV-Kameras an Bord gehabt und man konnte gut die
Wolken sehen, wie eben auch gezeigt und er hat sich eben ständig um unsere Erde bewegt und die
Bilder ausgesendet. Eigentlich ziemlich ähnlich zu dem Verfahren, wo ich heute noch mal genauer
darauf eingehen werde. Genau, aber wo fliegen die Satelliten eigentlich? Es wurde eingangs schon
erwähnt, dass die Satelliten eben ständig über uns fliegen, aber wo eigentlich? Genau, hier sind
schon verschiedene Orbits auf der Slide angedeutet, aber zuerst einmal für Wettersatelliten ein sehr
wichtiger Orbit, eben der Low Earth Orbit. Der ist eben bei einer Höhe unter 2000 Kilometern und da
fliegt der Satellit eben ständig um unseren Planeten und wir können ihn dann hier von uns aus zehn
Minuten sehen, von einem Azimut zum anderen, also der im Optimalfall sehen wir ihn dann ganz niedrig
im Süden oder im Norden. Es kommt dann immer darauf an, in welche Richtung er fliegt und er fliegt dann
immer über die Polkappen. Da gibt es gleich noch mal eine schöne Animation, ebenso ähnlich wie die
ISS. Der Vorteil für Wettersatelliten ist eben, dass wir eine gute Auflösung haben. Das hängt auch mit
der Wellenlänge von Licht zusammen, wie gut wir das eben aufnehmen können und der Low Earth Orbit
erlaubt eben eine sehr gute Auflösung und ist vor allem überall auf der Welt verfügbar. Die
Satelliten, die wir uns später noch mal anschauen, das ist eine Flotte aus drei Satelliten und die
fliegen eben einmal morgens und einmal abends über jeden Punkt der Erde, also in Europa zumindest.
Und an anderen Orten, zu anderen Uhrzeiten, aber jeder Ort der Erde wird eben zweimal von den
Satelliten überflogen. Genau, so sehen eben die Bilder aus, die der Satellit produziert. Jetzt hier
ein Bild aus dem sichtbaren Spektrum, also das, was wir auch sehen würden, wenn wir jetzt in 500
Kilometer Höhe uns befinden würden und nur schwarz-weiß sehen könnten, so würde das ungefähr
aussehen. Man sieht eben ganz Europa, da ist eben eine Karte drunter gelegt, dass man sich besser
orientieren kann. Das ist West- und Nordeuropa, Großbritannien und da sieht man eben ziemlich
gut die Wolken. Aber wir kommen später noch mal darauf, wie genau, welche Instrumente eigentlich
sich für was eignen. Genau, so sieht das eben aus. Die Erde oder der Satellit dreht sich und er fliegt
eben einmal um die Erde, immer drum herum. Das ist eben noch mal eine schöne Animation.
Ein weiterer Orbit, der für Satelliten eben interessant ist, vor allem für Wettersatelliten,
nicht für Kommunikationssatelliten, wir sprechen immer nur über Wettersatelliten heute, ist eben
der geostationäre Orbit. Der ist in 36.000 Kilometer über dem Äquator. Da ist auch noch
mal eine Grafik. Der rote Teil ganz hinten ist der geostationäre Orbit und der Satellit bewegt
sich dabei eben immer genauso schnell wie die Erde. Also für uns bleibt er halt immer am gleichen
Punkt im Himmel stehen. Das hat man ja auch bei TV-Satelliten so, dass man seine Salidenschüssel
einmal ausrichtet und dann nie wieder irgendwie was verändern muss. Genau. Und der Nachteil dabei ist,
dass über Europa es leider keine Satelliten gibt, die man so einfach empfangen kann. Deswegen bleiben
wir heute erstmal bei dem Low Earth Orbit, wo man eben schauen muss, dass der Satellit gerade über
einem ist, bevor man ihn empfangen kann. Aber bei den geostationären Satelliten ist halt ein großer
Vorteil, dass sie halt ständig einen Teil unserer Erde beobachten können. Also wenn er jetzt zum
Beispiel über über dem Äquator gibt es einige Wettersatelliten, über den afrikanischen
Äquator gibt es einige Satelliten, die sind halt sehr schwer zu empfangen, aber die decken halt
den gesamten Planeten ab. Genau, das wie hier auch nochmal sichtbar jetzt hier über Amerika und
Südamerika. Genau, der deckt dann halt eben, der rotiert sich halt wie die Erde und deckt dann eben
diesen Teil ab. Und so sehen dann diese Bilder aus. Das ist jetzt vom Wettersatelliten GOES 16,
der ist über Amerika und ist eben über dem pazifischen Ozean auf dem Äquator positioniert.
Genau, so viel erstmal zu den Orbits. Was wird dann jetzt überhaupt oder welche Instrumente gibt
es denn überhaupt? Ein sehr wichtiges Instrument sind eben die Radiometer und da hat sich seit dem
ersten Satelliten sehr viel getan. Unter anderem ist es AVHRR, ein multispektrales Instrument,
das heißt, er unterteilt eben das Spektrum, was wir sehen können, in ganz viele verschiedene
Kanäle auf. Also man kann dann, es gibt zum Beispiel die Sea-Level Surface Temperature,
die hat eben eine ganz bestimmte Wellenlänge, wenn sie eine ganz bestimmte Temperatur hat. Also kann
man viel genauere Vorhersagen treffen, wie zum Beispiel die Wolken charakterisiert sind, wie
die Vegetation auf der Erde ist und das kann man alles aus den Infrarot- und sichtbaren Spektralbereichen
ableiten. Und das können diese AVHRR, also Advanced High Resolution Radiometers, genau können das eben
sehr gut aufzeichnen. Genau, aber die Daten werden jetzt also aufgezeichnet auf dem Satelliten, aber
wie werden die jetzt auf die Erde gesendet? Keine Angst, das ist jetzt das letzte theoretische
Segment und dann zeige ich euch, wie man das praktisch macht. Genau, zum einen mit APT, also
Automatic Picture Transmission, den Standard, der wurde ungefähr zeitgleich mit dem ersten
Satelliten entwickelt, also auch in den 60er Jahren. Das ist eben ein analogisches Übertragungsverfahren,
also wenn man dem zuhört, dann hat er so "bibibibi", so hört er sich an und da werden eben die Farbtöne in verschiedenen, also in Werten von 0 bis 100
abgebildet und der Standard ist aber sehr verlustreich, weil die Daten eben nur schwarz-weiß
übertragen werden können, weil eben ein Wert von 0 bis 100 Prozent eben angegeben wird immer in den
Farbbereichen und die analogen Übertragungsverfahren, das Signal verschiebt sich immer weiter und dadurch
verschiebt sich auch die
von dem Signal, die eben die Informationen codiert.
Und dadurch verschieben sich die Bilder in der Software immer, also muss man das
auch korrigieren. Deswegen sieht man da unten immer so Korrektur-Ränder, an denen
die Software dann festmacht, wie sie die Bilder eben korrigieren soll. Und das ist
eben dieser Doppler-Shift. Also das berühmte Beispiel ist halt Krankenwagen.
Da hört man auch, dass wenn er vorbeifährt, wenn er vor einem ist, dass da
die Frequenz anders ist, als wenn er schon vorbeigefahren ist. Und das
gleiche passiert bei den Saliten auch, wenn die sich da mit sehr hohen
Geschwindigkeiten über uns drüber bewegen, dass sich die Signale auch da
leicht verschieben. Und das kann man in diesen analogen Übertragungsverfahren
eben nicht ausgleichen. Die Daten, die da übertragen werden, sind zum einen
Infrarotdaten auf dem einen Kanal. Also es werden immer zwei Bilder gesendet,
ein Infrarotkanal und ein tageszeitabhängiger Kanal. Tagsüber ist es
eben das sichtbare Licht, das was wir zuerst gesehen hatten. Und nachts ist es
eben ein Nah-Infrarotbereich. Und dann kann man eben da auch die Temperatur
zum Beispiel ableiten. Genau. Und was man eben auch mit so einer Antenne machen kann,
ist die Low-Rate Picture Transmission. Das wurde in Russland entwickelt und ist
eben ein digitales Übertragungsverfahren. Also die Daten werden da eben noch mal
verpackt in digitale Signale, die dann eben von den Saliten ausgesendet werden.
Das kann man damit auch empfangen. Das Problem ist nur, man braucht einen
Computer, einen SR, um das eben dann zu demodulieren. Aber man hat eben als Vorteil
die zwölffache Auflösung und eben drei Kanäle, die zeitgleich übertragen
werden bei den Saliten, um die es jetzt geht. Man könnte das anders auch
einteilen. Also man hat 60 Kilobit pro Sekunde, die man eben maximal senden
könnte. Und 40 Kilobit pro Sekunde werden aktuell für Bilddaten gesendet.
Und genau, so sehen die da unten ungefähr aus. Die Aussetzer, das ist
unbedingt von den Saliten, weil der schon ein bisschen älter ist. Der hat dann
immer technische Probleme. Ja genau, aber jetzt gibt es einen neuen, den Metor M2-3.
Vielleicht können wir den auch noch mal im Laufe des Camps empfangen.
Genau, aber wie geht das jetzt eigentlich? Praktisch, wie kann man das praktisch
umsetzen? Zu allererst braucht man eben eine Antenne. Die Wetterdaten werden
ungefähr in dem Bereich von FM-Radiowellen oder noch darunter sind eben
auch Flugfrequenzen. Also die Frequenzen, die die Tower benutzen, sind ganz in der
Nähe. Und die sind ungefähr in dem Bereich bei zwei Meter. Und optimale
Antennen sind immer bei Lambda halbe, weil sie eben nicht zu lang sind. Und die
Antenne, die hier jetzt ist, ist eine V-Depol-Antenne. Also die hat eben auch
die Wellenlänge Lambda halbe, also 35 Zentimeter hat jedes Stück, also insgesamt
ein Meter, also genau die Hälfte von zwei Metern. Und die ist eben so
geformt. Die einfachste Antenne wäre natürlich einfach zwei Stäbe, die einen
Meter lang sind. Aber die hat eben noch diese V-Form, die ist bei 120 Grad.
Weil sich dadurch eben die Empfangskarakteristiken stärker auf
diese orbitale Form des Satellitens einstellt. Also wenn der Satellit, der
fliegt, also man müsste diese Antenne dann eben Richtung Norden ausrichten. Und der
Satellit fliegt immer von Norden nach Süden oder von Süden nach Norden. Und
darauf kann man eben, stellt dieser Winkel eben die sich ein und man erhält eben
bessere Empfangsergebnisse. Genau. Und dann geht das Signal eben weiter in so ein
STR. Das kann eigentlich jedes STR sein. Die Frequenzen sind eben so
nah an dem Radioband dran, dass man da eigentlich relativ viel Auswahl hat.
Der abgebildete STR ist zum Beispiel einfach in einem DVB-T-Stick, die in China oder auch
in vielen Ländern einfach für Fernsehempfang genutzt werden. Die kann man
einfach an seinen Laptop anstecken und dann kann man Fernsehen damit gucken.
Lustig bei denen ist, dass dafür gibt es eben spezielle Treiber, die diese
Limitationen eben umgehen, die diese Sticks mit sich bringen. Und dann kann man
die meisten Sticks unterstützen, glaube ich, 30 Megahertz bis 1 Gigahertz.
Der unterstützt sogar noch weniger, weil das eine spezielle Version ist. Aber die meisten
decken halt dieses Spektrum genau ab, was man da eben empfangen will. Und das ist
eben eine sehr günstige Alternative, um das zu empfangen.
Genau. Aber der erste Schritt ist eben zu wissen, wo der Satellit ist. Da gibt es
eben ganz viele Programme. Hier ist die Software G-Predict, die das macht. Und da
gibt man eben ein, an welchen Satelliten man interessiert ist. In dem Fall
senden die NOAA-Flotte, das sind eben die Nachfolger der TRIOS-Serie, senden eben noch
diese APT, also diese analogen Signale aus. Und da muss man halt schauen, dass
sie eben über einem drüber sind, während des Zeitraums. Da gibt es eben
viele Software, auch fürs Handy, die einem da eben im Tagesverlauf zeigt, welche
Satelliten gerade verfügbar sind. Und sobald der Satellit eben über einem drüber
ist, riechen die Antenne am besten nach Norden aus, ungefähr einen Meter über
dem Grund, weil da die Empfangseigenschaften am besten sind, weil
der Boden auch als Erde fungiert teilweise. Genau. Und dann während des
Überfluges sieht dann das Signal so aus. In der Software werden also die
Radiosignale werden da eben angezeigt. Und dann kann man das halt einfach aufnehmen
und der speichert das dann ab. Oder man kann das auch direkt an einem Programm
weitergeben, was eben diese Daten direkt verarbeitet. Da gibt es auch viele
Software. Wir können vielleicht, wenn euch das interessiert, auch später noch mal
darauf eingehen, wie das genau dekodiert wird und demoduliert wird. Aber genau,
es reicht glaube ich jetzt einfach erst mal zu wissen, dass diese Signale das
Wetterbild kodieren. Und das wird eben am Anfang, ist es ziemlich schwach, weil der
Satellit auch weiter weg ist von einem. Und je weiter der Pass eben voranschreitet,
desto stärker wird eben das Signal. Das ist eben ein Signal, wo der Satellit
eben relativ hoch schon im Orbit-Stand. Genau, deswegen ist es so stark.
Genau, ja und dann muss man eben das Signal demodulieren. Da können wir später
vielleicht auch noch mal drauf eingehen. Und dann hat man eben am Ende ein ziemlich
schräges Resultat, wegen dem Doppler-Shift. Also die Frequenzen verschieben sich da.
Und das kann man eben korrigieren und erhält am Ende, vielleicht können wir noch mal
noch mal zurück. Ich habe jetzt glaube ich keine extra Folie dafür. Und dann
erhält man eben so ein Bild raus. Genau, ja und für die Zukunft
senden die Satelliten auch noch andere Übertragungsverfahren aus, die eben
deutlich mehr von der Auflösung der Radiometer übertragen. Das ist eben
High Resolution Pictrotons Mission. Das hat jeder Satellit, der vor 20 Jahren
gestartet wurde, auch schon an Bord. Aber das ist deutlich komplizierter. Die
Signale sind teilweise so schwach, dass man Satellitenschüsseln braucht, die eben
viel Signal bündeln und dann eben in eine Feed, die eben in dem Centerpoint
befestigt wird, bündeln. Und dann erhält man natürlich, weil die Drähte auch
ziemlich klein sind, die man dann im Endeffekt nutzt, auch noch ein relativ
nutzbares Bild. Genau, das war jetzt einer meiner ersten Versuche von HRPT.
Genau, aber so weit erstmal. Wir können dann später auch, wenn Interesse besteht,
das mal praktisch machen. Ich habe geschaut, in 50 Minuten ist der nächste
Überflug. Genau, vielen Dank für die Aufmerksamkeit.
[Applaus]
[Musik]
SWR 2020