Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHRDie flächendeckende Überwachung großer Raumausschnitte zur Ermittlung wertvoller Bahndaten: Das sind die Fähigkeiten des Weltraumüberwachungsradars GESTRA. Es verfolgt Objekte im erdnahen Orbit – seien es Satelliten oder Weltraumschrott - und liefert als Teil eines europaweiten Sensorverbundes zuverlässig präzise Daten an das ressortgemeine Weltraumlagezentrum von DLR und Bundeswehr (WRLageZ). Durch einen zweiten Empfänger wird die Auflösung künftig weiter steigen.
Ob Satelliten, Trümmer oder Schrauben - Millionen von Objekten schweben durch den Weltraum. Jedes Einzelne kann zum gefährlichen Geschoss werden und aktive Satelliten beschädigen oder gar zerstören. Umso wichtiger ist es, die Position der Objekte zu kennen. Droht eine Kollision, können Satelliten ein Ausweichmanöver fliegen.
Das teilmobile Weltraumüberwachungsradar GESTRA, kurz für German Experimental Space Surveillance and Tracking Radar, bietet hier wertvolle Unterstützung. Es detektiert und verfolgt Objekte auf ihrer Umlaufbahn, die im Anschluss katalogisiert werden. Entwickelt wurde GESTRA vom Fraunhofer FHR im Auftrag der deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) für das WRLageZ.
GESTRA erfasst bis zu 6.000 Objekte pro Tag
2023 stellte GESTRA seine Fähigkeiten erstmalig in einer Funktionsdemonstration unter Beweis. Mit beeindruckenden Ergebnissen: Über 200 Objekte wurden durchschnittlich pro Stunde entdeckt, darunter auch kleine Objekte wie CubeSats in Entfernungen von mehreren hundert Kilometern. Zu den sichtbaren Objekten gehörten zahlreiche Starlink-Satelliten sowie die Orbiter Oneweb-0240 (Höhe ca. 1.200 Kilometer), NOAA 16-DEB (Höhe ca. 825 Kilometer), Sentinel 6 (Höhe ca. 1.300 Kilometer) und der kleine Satellit CUTE1.7 (20x20x10 Zentimeter; Höhe ca. 600 Kilometer).
Im Anschluss absolvierte GESTRA erfolgreich die Kalibrationskampagne zur Aufnahme in das Europäische Space Surveillance and Tracking Programm (EU SST) und befindet sich seit Mitte 2024 im vorzeitigen operationellen Betrieb. GESTRA liefert heute bis zu 13.000 Tracks pro Tag an das WRLageZ und trägt mit anderen Sensoren in Europa zum Bahnkatalog des EU SST Programms bei.
Hochflexibler und blitzschneller Radarstrahl: Phased-Array-Technik macht’s möglich
GESTRA wurde als Phased-Array-Radar entwickelt. Die auf einer kreisförmigen, ebenen Fläche angeordneten 256 Einzelantennen ermöglichen eine hochflexible und schnelle Ausrichtung des Radarstrahls. Die Einzelstrahler sind dabei so verknüpft, dass sich die gewünschte Strahlrichtung in Echtzeit ändern lässt. Weiterhin können beide Antennen in allen Achsen mechanisch ausgerichtet werden. Die Daten werden von einem Radarprozessor gesammelt, analysiert und zum WRLageZ in Uedem übertragen, wo GESTRA von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR betrieben wird.
Vernetzung und weitere Steigerung der Leistungsfähigkeit
GESTRA besteht aktuell aus einer Sende- und einer Empfangseinheit am Standort Schmidtenhöhe in Koblenz. Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR und das Fraunhofer FHR verfolgen gemeinsam drei Projekte zum Ausbau der GESTRA Familie. Mit GESTRA-EUSST und GESTRA-Vernetzung soll die Auflösung des Radars signifikant gesteigert werden. Im Projekt GESTRA-TX2 ist eine zweite Sendeeinheit in Entwicklung, die die Leistungsfähigkeit des GESTRA-Gesamtsystems noch einmal deutlich erhöhen wird.