Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHRFür Sicherheit im Gebirge müssen Lawinen zuverlässig überwacht werden. Eine Machbarkeitsstudie des Fraunhofer FHR zeigt die technologischen und operativen Vorteile von Passivradar gegenüber bestehenden Kontrollverfahren. Besonders relevant ist dabei die Nutzung moderner Satelliten-Megakonstellationen als Signalquellen.
Fällt Schnee en masse vom Himmel oder klettern die Temperaturen schnell nach oben, heißt es in manchen Gebieten: Lawinengefahr! Um das Risiko für Mensch und Infrastruktur zu bannen, werden mitunter kontrollierte Sprengungen eingesetzt. Doch wurde die Lawine wie gewünscht ausgelöst? Dafür ist eine Bestätigung erforderlich. Für Einsatzkräfte und Betreiber ist diese Verifikation ein entscheidender Bestandteil des Risikomanagements.
Auch was natürliche Lawinen angeht, ist das Monitoring entscheidend für die Sicherheit der Gesellschaft. Vielfach kommen dazu Radartechnologien zum Einsatz: Sie erlauben eine kontinuierliche, wetterunabhängige Fernüberwachung. Die Schwierigkeit: Lawinen ereignen sich meist in abgelegenem Gelände, in dem keine terrestrische Infrastruktur vorhanden ist oder nur mit erheblichem Aufwand realisiert werden kann.
Starlink und Co. als Signalgeber
Passives Radar ist daher eine besonders geeignete Technologie für die Lawinendetektion in schwer zugänglichen Regionen. Im Gegensatz zu üblichem Radar sendet dieses System nicht selbst elektromagnetische Energie aus, sondern nutzt die Signale von Rundfunk oder Mobilfunk. Die Vorteile: hohe Signalverfügbarkeit, geringe Kosten, einfache Installation sowie lizenzfreier Betrieb. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dank der Bewegung der Signalquellen auch von einem stationären Empfänger aus ein bistatisches Radar mit synthetischer Apertur (SAR) zu erzielen.
Doch gibt es auch hier ein Manko – in abgelegenen Bergregionen stehen vielfach keine Rundfunksignale zur Verfügung. Im Projekt SLIDE, kurz für „FSS-constellations for avalanche detection with passive radar“, setzt das Fraunhofer FHR daher auf die Signale satellitengestützter Beleuchtungssysteme, etwa die Megakonstellationen Starlink und OneWeb mit festen Satellitendiensten (FSS). Diese Systeme ermöglichen eine großflächige und kontinuierliche Ausleuchtung auch entlegener Gebirgsregionen, da mehrere Satelliten die Zielgebiete gleichzeitig aus unterschiedlichen Beobachtungswinkeln erfassen.
Simulation und Praxistest
Dieser Frage gehen die Forschenden des Fraunhofer FHR im Auftrag der ESA-ESTEC in einer Machbarkeitsstudie nach. Auf Basis topographischer Daten entwickeln sie eine realitätsnahe Simulationsumgebung zur Analyse der Detektierbarkeit von Lawinen.
„Anhand der topographischen Daten eines Berges haben wir eine Simulationsumgebung entwickelt, in der wir Lawinen simuliert und analysiert haben, ob diese mit Hilfe der Starlink-Signale erkennbar sind“, erläutert Diego Cristallini, Gruppenleiter Passiv Radar im Bereich MFR. Um die vielversprechenden Simulationsergebnisse auch praktisch überprüfen zu können, detektieren die Forschenden mit ihren Passiv-Radarsystem zudem kleine kontrollierte „Erdlawinen“ in einer ehemaligen Basaltmine am Rhein nahe Remagen. Die Mine soll wieder mit Erde zugeschüttet werden – die Lawinen entstehen, wenn ein Bagger seine Ladung in das bisher noch klaffende Loch schüttet. Diese Versuche dienen der experimentellen Validierung unter realitätsnahen Bedingungen.
Ergebnis: Potenzial für den operativen Einsatz
„Sowohl die Simulationen als auch der Praxistest zeigen“, fasst Cristallini zusammen, „dass sich passives Radar mit Signalen aus Satelliten-Megakonstellationen gut eignet, um Lawinen zu detektieren.“ Damit steht ein leistungsfähiger, skalierbarer und wirtschaftlicher Ansatz zur Verfügung, der insbesondere in infrastrukturschwachen Regionen neue Möglichkeiten für ein zuverlässiges Lawinenmonitoring eröffnet.