Fliegende Katastrophenhelfer

Die Bilanz des Jahrhunderthochwassers der Elbe und anderer europäischer Flüsse im Sommer 2002 ist erschreckend: Mehr als 100 Menschen starben in den Fluten, Hunderttausende mussten ihre Häuser verlassen, Zehntausende Häuser und Betriebsanlagen sind zerstört. Die Kosten für die Aufräumarbeiten und den Wiederaufbau werden auf eine zweistellige Summe von Milliarden Euro geschätzt.
In Krisensituationen zeigt sich, ob die für den Ernstfall geschaffenen Szenarien wirklich greifen. Schnelle Hilfe leisteten Erdbeobachtungssatelliten. Erst die Sicht aus dem Kosmos gibt nämlich einen realistischen Überblick über die Hochwassersituation, von der weite Teile Mitteleuropas im August betroffen waren. Die mit unterschiedlichen Aufnahmesystemen ausgestatteten Raumflugkörper nehmen die Erde schnell, großflächig und damit kostengünstig auf.

Satellitendaten für das Krisenmanagement

Im Katastrophenfall sollen derartige Satellitenbildprodukte zeitnah den Nutzern zur Verfügung gestellt werden. Dafür sorgt ein auf der UNISPACE III im Juli 1999 in Wien abgeschlossenes internationales Abkommen mit einem langen Namen: „International Charter on Space and Major Disasters“. Dahinter verbirgt sich eine neue zentrale Organisationsform, für die es im deutschen noch keinen zutreffenden Namen gibt. Die Mitglieder dieser Charta verpflichten sich, unter humanitären Aspekten uneigennützig zweckgebundene Hilfe zu leisten.
Mitglieder können Agenturen, Organisationen oder Firmen werden, die über Fernerkundungs-Ressourcen verfügen und diese gratis bereitstellen. Die Mitgliedschaft ist freiwillig. Mitglieder sind bislang die Europäische Raumfahrtagentur ESA (ERS, Envisat), die nationalen Agenturen Frankreichs (CNES – SPOT), Kanadas (CSA – RadarSat), Indiens (ISRO – IRS), Deutschlands (DLR – BIRD) sowie die amerikanische Wetterbehörde NOAA (POES, GEOS).
Mit dieser internationalen Charta wurde ein Instrument geschaffen, um im Katastrophenfall von möglichst allen Sensorsystemen hochauflösende Daten schnell, effektiv, unbürokratisch und kostenfrei zu bekommen.
Die Aktivierung des Systems sowie die Verwendung der Daten obliegt „autorisierten Nutzern“. Das können Länder, Regierungen oder von Regierungen beauftragte Raumfahrtagenturen sein. Die Bundesregierung hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) als Kompetenzpartner beauftragt. Das Gleiche tat Österreich. Damit fungiert das DLR für beide Staaten als „Relaisstation“: Es empfängt, verwaltet, bereitet auf und versendet die Fernerkundungsdaten. Die Aufbereitung der Daten erfolgt so, dass sie von nationalen, regionalen und lokalen Behörden und Krisenstäben ohne Vorkenntnisse vor Ort genutzt werden können.

Hochwasserhilfe aus dem All

Die Nagelprobe bestand das System während dieser Hochwasserkatastrophe. Am 17. August wurde es erstmals von der Schweiz aktiviert, um die Auslieferung von Pumpen und Elektrogeneratoren in den überfluteten Gebieten der Tschechischen Republik durch Schweizer Hilfsteams zu unterstützen. Am 20. August forderte der österreichische Innenminister Satellitenbilder von der Charta an, da die Donau denselben Hochwasserstand wie die Elbe zu erreichen drohte. Zwei Tage später benötigte auch das deutsche Innenministerium Satellitendaten wegen der hohen Elbe-Pegelstände.
Die ESA hat den drei Staaten sofort Archivaufnahmen sowie aktuell gewonnene Bilder ihrer ERS-Erderkundungssatelliten zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus schaltete sie Envisat ein, ihren neuesten Umweltsatelliten.
Der am 1. März mit einer Ariane 5 gestartete größte Raumflugkörper zur Erfassung der auf den Meeren, Landflächen sowie in der Atmosphäre ablaufenden Prozesse arbeitet zwar noch nicht im operationellen Modus. Die Kalibrierung sowie Überprüfung seiner Instrumentkomplexe ist noch nicht abgeschlossen. Doch in Anbetracht der Überschwemmungen erarbeiteten die ESA-Spezialisten kurzfristig ein Spezialprogramm. Das Radaraufzeichnungssystem ASAR sowie das Spektrometer MERIS wurden speziell auf die Elbe, Donau und Moldau ausgerichtet. Am 19. August gelangen bei zwei Überflügen Datenaufzeichnungen mit dem ASAR, wobei erstmals ein zweikanaliger Aufnahmemodus erfolgreich praktiziert werden konnte, der die Überschwemmungsbereiche sichtbar werden ließ.
Dieser Modus, der mit unterschiedlicher Licht-Polarisation arbeitet, erweitert die Möglichkeiten der Radar-Sensorik zur Klassifizierung von unterschiedlichen Geländeoberflächen. Dadurch können beispielsweise überflutete Niederungen sowie angrenzende Gebiete exakt auseinandergehalten werden.

Deutsche Fernerkundungs-Task-Force

Im Rahmen der Charteraktivierung hat am DLR das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) zusammen mit dem Institut für Methodik der Fernerkundung (IMF) das Projektmanagement für Deutschland sowie Österreich übernommen. DFD und IMF koordinieren über eine „Hochwasser-Task-Force“ die Datenweitergabe sowie –analyse.
Diese Task Force akquiriert seitdem alle verfügbaren Satellitendaten, um sie den Lagezentren vor Ort für Vorsorgemaßnahmen und zur Bestandsaufnahme kostenlos zur Verfügung zu stellen. Die Hilfsaktion wurde unterstützt von der ESA sowie den Raumfahrtagenturen Frankreichs (CNES), Indiens (ISRO) und Kanadas (CSA), die mit ihren spezifischen Erderkundungssatelliten SPOT (CNES), Radarsat (CSA) sowie IRS (ISRO) aufeinander aufbauende sowie ergänzende Informationen liefern. Sozusagen im Reißverschlussverfahren.
Hinzu kommen aktuelle Bilder der Landsat-Satelliten, die die amerikanische Behörde U.S. Geological Survey unbürokratisch zur Verfügung gestellt hat, obwohl sie noch kein Charter-Mitglied ist. Eine wertvolle Quelle zur aktuellen Lagebeurteilung stellen ebenso die Daten des amerikanischen MODIS-Sensors auf dem NASA-Satelliten Terra dar.
Und nicht zu vergessen der DLR-eigene Satellit BIRD: Der am Institut für Weltraumsensorik und Planetenerkundung in Berlin-Adlershof entwickelte Raumflugkörper wurde kurzerhand von seinen langfristig abgestimmten Forschungsaufgaben entbunden und zur gezielten Hochwasser-Bildschau abkommandiert. BIRD soll auch in Zukunft zur Analyse von Naturkatastrophen beitragen.

Zauberwort Allwetterfernerkundung

Die Satellitenbilder halfen den Krisenstäben in den Überschwemmungsgebieten bei der strategischen Planung, Koordinierung und Bewältigung vielfältigster Maßnahmen des Katastrophenschutzes, von der Kontrolle und Stabilisierung der Dämme, über gezielte Flutungen von Rückhaltebecken bis zur Findung des richtigen Evakuierungszeitpunktes der von der Flut bedrohten Anwohner. Dies sind nur einige der wesentlichsten Vorteile der Satellitenfernerkundung.
Da Mitteleuropa häufig unter einer dichten Wolkendecke liegt, ist der Nutzen konventioneller optischer Systeme beschränkt. Sie könnten nur bei schönem Wetter zum Einsatz gelangen. Im Allgemeinen vollziehen sich Unwetter aber nicht bei Sonnenschein und blauem Himmel. Daher sind Radarsysteme gefragt: Sensoren, deren Strahlen zu jeder Zeit und zu allen Wetterbedingungen bis zum Boden dringen, ja oftmals sogar in ihn eindringen können. Sie werden weder von Dunkelheit noch von Wolken in ihrer Aufklärungsarbeit behindert.
Derartige Radarsysteme, die unabhängig von Tageslicht und Wetterverhältnissen rund um die Uhr Bilder gewinnen können, haben die europäischen Umweltsatelliten ERS-2 und Envisat sowie der kanadische Radarsat an Bord. Sie ermöglichen eine Allwetterfernerkundung.
Diesem Vorteil wiederum steht eine andere limitierende Größe gegenüber: Der Wiederholzyklus. Bei dem europäischen Umweltsatelliten Envisat sind es beispielsweise 35 Tage. Envisat umrundet die Erde in 800 km Höhe auf einer sonnensynchronen polaren, nahezu kreisförmigen, Umlaufbahn. Ein Umlauf des Satelliten dauert rund 100 Minuten. Da sich die Erde unter dem Satelliten hinwegdreht, können zwar die Instrumente nach und nach den gesamten Globus abtasten – und zwar innerhalb von einem bis drei Tagen, je nach Blickfeld der Sensoren. Wenn man aber exakt die gleichen Aufnahmeverhältnisse benötigt, muss man 35 Tage warten.
Limitierende Größen dieser Art können aber im Falle einer Charter-Aktivierung durch die zusätzlich bereitgestellten Bilddaten anderer Sensorsysteme minimiert und egalisiert werden.

Nach der Flut ist vor der Flut

Kosmosaufnahmen allein reichen nicht aus. Zusätzlich müssen Luftbilder gewonnen werden. Gerade bei der Flutkatastrophe ergänzen sich Luft- und Satellitenbilder.
Hier half in hervorragender Weise die Bundeswehr. Das Aufklärungsgeschwader 51 vom Fliegerhorst Jagel (bei Schleswig) hat mit seinen Tornados mehrfach Befliegungen entlang der überschwemmten Gebiete durchgeführt. Zum Einsatz gelangten hierbei verschiedenartige Hochleistungs-Luftbildkameras, die im optischen oder im thermalen Infrarot arbeiten. Jeweils drei Kameras wurden in dem unter dem Tornado-Rumpf befindlichen Aufklärungsbehälter installiert. Mit einer Geschwindigkeit von 800 km/h wurden die Befliegungen zwischen 200 bis 1500 m Höhe durchgeführt. Neben der Personensuche sowie der Prüfung der Deichanlagen auf Schwachpunkte galt es den Ist-Zustand festzuhalten. Das Bildmaterial ist den zuständigen Vermessungs- und Umweltämtern übergeben worden. Darüber hinaus haben verschiedene Kommunen in Sachsen, Sachsen-Anhalt sowie in Brandenburg eigene Luftbildbefliegungen in Auftrag gegeben.
Die Bilder dienen zugleich dem zukünftigen Krisenmanagement. Es gilt einerseits die Vorhersagemodelle zu verbessern. Es gilt aber auch in den kommenden Jahren und Jahrzehnten vielfältige bauliche Konsequenzen zu treffen (Siedlungen, Flüsse, Rückhaltebecken usw. usf.), um die Schäden kommender Überschwemmungen wirkungsvoll zu begrenzen. Denn eines ist gewiss: Die nächste Flutwelle kommt bestimmt.