Nach 50 Jahren bahnbrechender Satellitenbilder ist der Landsat der NASA bereit für 50 weitere – Tech

Die Landsat-Satelliten der NASA haben seit dem ersten Start des Projekts im Jahr 1972 mit diesem Jahr kontinuierlich Geschichte in der Erdbeobachtung geschrieben 50 Jahre Innovation und Wissenschaft. Sein Einfluss mag Sie überraschen, ebenso wie seine anhaltende Relevanz angesichts eines schnell wachsenden kommerziellen Bildsatellitensektors.

Landsat mag Ihnen ein bekannter Name sein, aber es klingelt nichts Besonderes. Es ist verständlich – es gibt eine Menge NASA-Satelliten dort oben, die auf den Planeten herabblicken. Aber am einfachsten lässt es sich so sagen: Landsat hat 1972 im Grunde genommen die moderne Erdbeobachtung erfunden. Erinnern Sie sich dann an eine Weile, als auf jedem Google Earth-Bild „USGS“ stand? Ja, das war auch Landsat. Das Projekt hat die Satellitenbildgebung im Grunde von einem hochmodernen Forschungswerkzeug zur Alltagstechnologie geführt.

Landsat 9 ist erst im vergangenen September gestartet, das jüngste in einer langen Reihe einflussreicher Raumfahrzeuge.

Ich habe mit gesprochen Jim Eisen, der seit 1978 bei der NASA und seit 1992 bei Landsat arbeitet. Irons erzählte die Geschichte von Landsat von Anfang an, sowohl was er selbst mitgemacht hat als auch die Überlieferungen, die er im Laufe der Jahre aufgenommen hat. Es passt, dass für ein Projekt, das die Bildgebung der Erde neu definieren würde, der allererste Satellit sowohl innovativ als auch historisch bedeutsam war.

„Landsat 1 wurde 1972 gestartet – es trug zwei Instrumente, eines war das Return Beam Vidicon, und es war eine Art Fernsehkamera, es nahm analoge Daten auf“, sagte Irons. „Aber Hughes [Aircraft Company] überzeugte die NASA, ein weiteres experimentelleres Instrument an der Nutzlast anzubringen: den Multi-Spectrum Scanner. Und es lieferte digitale Daten.“

Dass 1972 digital irgendetwas war ziemlich innovativ, ganz zu schweigen von leistungsstarken digitalen Sensoren im Orbit. Aber das Team hat die Schrift an der Wand deutlich gesehen, und das war auch gut so.

„Nach dem Start hatte das RBV Probleme und die Daten von der MSS wurden zu bevorzugten Daten. Das war ein großer Wendepunkt“, erinnert sich Irons. „Es war ein Instrument, das einen oszillierenden Spiegel verwendete, der hin und her ging, um einen Pfad mit 7-14 Hz unter dem Orbitalpfad des Sensors zu scannen, um ein digitales Bild zu erstellen. Und es ist mechanisch! Es war wundervoll.“

„Die Designerin dieses Sensors, Virginia Norwood, ist mit ihren 90ern immer noch bei uns. Es war damals sehr ungewöhnlich, überhaupt eine Ingenieurin zu haben. Sie kam letzten Monat zum Start von Landsat 9.“

Es ist eine bemerkenswerte Tatsache, dass der Beginn der orbitalen Bildgebungsrevolution die Idee einer der damals seltenen Frauen in der Raumfahrt- und Technologieindustrie war, deren Rollen in vielen der wichtigen Errungenschaften der Ära erst seit kurzem die Aufmerksamkeit erhalten, die sie verdienen . Sie können mehr über die Rolle von Norwood bei der Entwicklung des MSS lesen, das der Vorläufer vieler weiterer solcher Systeme ist, in diesem NASA-Geschichtsartikeloder dieses neuere Stück.

Ein Nachfolger des MSS namens Thematic Mapper wurde 1982 mit mehr Spektralbändern eingeführt, aber 1984 traf eine weitere große Verbesserung einen Nerv im Hauptquartier:

„Landsat 5 im Jahr 1984 enthielt sowohl einen multispektralen Scanner als auch eine Weiterentwicklung der thematischen Mapper-Idee, die die räumliche Auflösung der Daten von 80 Metern beim MSS auf 30 Meter verbesserte, und es wurden Spektralbänder hinzugefügt“, sagte Irons. „Aber da waren all diese Daten! Einige Leute hatten Angst vor diesen Daten, dass Analysten davon überwältigt würden – aber es kam nicht so. Die Computerkapazitäten hielten mit und bald wurden die thematischen Mapper-Daten bevorzugt.“

Das würde sich im Laufe der Zeit bis heute als Regel erweisen: Es gibt wirklich nicht zu viele Daten. Solange Sie es sammeln und aufbewahren können, wird jemand eine Verwendung dafür finden.

Sie könnten Sie sogar dafür bezahlen – aber ein Versuch, Landsat in den folgenden Jahren zu privatisieren, scheiterte oder verglühte beim Wiedereintritt im Fall von Landsat 6, das es nie in die Umlaufbahn schaffte. In der Zwischenzeit erhöhte das private Unternehmen, das für den Betrieb und die Verteilung der restlichen Daten gegründet wurde, den Preis, bis niemand mehr bereit war, mehr zu zahlen. „Es waren bis zu 4.400 US-Dollar pro Szene mit thematischen Kartierungsdaten. Die Leute haben einfach aufgehört, es zu benutzen“, sagte Irons.

Als die NASA und die USGS, die sich ursprünglich um die Verteilung der Bilder kümmerten, die Zügel wieder in die Hand nahmen, hatten sie ein internationales Datenwiederherstellungsproblem. Stellen Sie sich vor, Sie hätten riesige Datenmengen in einer Bodenstation in China oder Südamerika, lange bevor es allgegenwärtige Breitbandnetze gab. Wie bringen Sie es zur zentralen Verarbeitung und Analyse zurück in die Zentrale in den USA? Ich sagte Irons, ich stelle mir große Lastwagen voller Festplatten vor, das Äquivalent zu Sneakernet mit Verbrennungsmotor.

„Genau das ist passiert!“ er lachte. „Sie fuhren einfach auf die Straße zu [USGS] Anlage mit Sattelschleppern voller Magnetbänder. Es war schwierig, weil sie all diese unterschiedlichen Formate und Instrumente hatten. Das sorgte also für ein kleines Chaos. Sie kauften Pizzaöfen, um das Wasser aus einigen dieser Bänder zu backen.“ (Ich wollte mehr über diesen Teil hören, aber unsere Zeit war begrenzt.)

Aber die Rückführung der Daten war nur ein Vorbote einer noch größeren Verschiebung.

„Nach dem Start von Landsat 7 war vielleicht die größte Änderung im gesamten Programm“, sagte Irons. „USGS verlangte immer noch 600 US-Dollar für eine Mapper-Datenszene. Und sie trafen 2008 eine meiner Meinung nach institutionell mutige Entscheidung, mit der NASA konsistent zu sein und Landsat-Daten kostenlos jedem zur Verfügung zu stellen, der es wollte. Also ging es von 400 $ auf 600 $ umsonst.“

Wie Sie sich vorstellen können, hat diese Wahl das Modell komplett auf den Kopf gestellt und über Nacht alles verändert.

„Es gab eine explosionsartige Nutzung und Umverteilung der Daten“, fuhr er fort. „Nun, an einigen Orten wie Google Earth und Amazon Cloud Services waren sie reingegangen und hatten das gesamte Archiv von USGS heruntergeladen.“

Aus diesem Grund wurde jahrelang immer, wenn Sie sich eine Online-Karte ansahen, die USGS gutgeschrieben. Natürlich waren Google und Amazon nicht Eigentümer der Bilder oder haben sie selbst aufgenommen, obwohl das jetzt alle Majors in verschiedenen Maßstäben tun. Sie luden einfach ein riesiges Bild der gesamten Erde herunter und stellten es ihren Kunden in neuer Form zur Verfügung.

„Es ist ein Kampf für uns, die Daten und das Programm so zu brandmarken, dass die Steuerzahler wissen, dass sie auf ihre Kosten kommen“, gab Irons zu. Es ist nicht wie jedes Mal, wenn Sie Google Maps öffneten, es dankte Sie für die Ermöglichung ihres Geschäfts!

In den Jahren danach sind Landsat 8 und 9 mit verbesserten Sensoren gestartet und haben weiterhin unschätzbare Daten gesammelt, die mit den vorangegangenen Jahrzehnten kontinuierlich sind – eine kostenlose Langzeitdatenbank eines großen Teils des Planeten, die je nach Bedarf etwa alle paar Wochen abgebildet wird die Ära.

Natürlich fotografieren Konstellationen wie die von Planet heutzutage täglich den ganzen Globus. Warum also überhaupt Landsat?

„Diejenigen von uns, die an Landsat arbeiten, sind sehr beeindruckt von dem, was die kommerziellen Anbieter erreicht haben“, sagte Irons. „Die Botschaft, die wir vermitteln möchten, ist, dass Landsat diese Daten ergänzt – sie ersetzen Landsat-Daten nicht. Erstens ist es ein offener und transparenter Zugang – das ist der Schlüssel, und das gilt für alle Daten, die von NASA-Satelliten gesammelt werden.

„Zweitens, die USGS hat dieses 50-jährige Datenarchiv gepflegt. Gibt es einen Business Case für Unternehmen, ihre Daten über Jahrzehnte zu archivieren, damit wir die Auswirkungen des Klimawandels langfristig beobachten können, anstatt nur kurze Datenausbrüche zu haben? Ich weiß nicht, ob der Business Case da ist.“

Hier sehen Sie ein Beispiel dafür, wie jahrzehntelange kontinuierliche Daten aussehen:

„Und eines der Dinge, die unsere Zeitreihenanalysen ermöglichen, ist, dass die NASA der Kalibrierung zwischen den Sensoren große Aufmerksamkeit schenkt“, fuhr Irons fort. „Wenn Sie von einem Landsat-Bild zum anderen wechseln, wissen Sie, dass es kalibriert wurde – wenn Sie im Laufe der Zeit eine Änderung sehen, können Sie deutlich machen, dass sich eher das Ding als die Kamera ändert. [Commercial constellations] Verwenden Sie dazu Landsat-Daten. Wir dienen als Industriestandard, um ihnen bei der Kalibrierung zu helfen.“

Hier überschnitt sich das Gespräch mit dem, worüber ich mit Ginger Butcher gesprochen habe, die sich seit Jahren für das Projekt einsetzt.

„Wir können ein Landsat-Bild von heute mit einem Landsat-Bild von 1972 vergleichen“, sagte sie. „Das ist einer der Grundsätze des Programms: Wir haben ein engagiertes Kalibrierteam, das die Instrumente im Auge behält. Bei jedem Vollmond drehen wir das Raumschiff um, um es als eine Art Graukarte für Fotografen zu verwenden.“

Mit der zunehmenden Bedeutung kommerzieller Anbieter im US-Weltraumprogramm war es in den letzten Jahren eine echte Frage, ob es sich lohnt, Landsat weiter zu finanzieren, aber Argumente wie die oben genannten haben gewonnen.

„Früher mussten wir wirklich hart arbeiten, um diese nächste Mission zu bekommen, aber jetzt haben wir im Grunde genommen die Regierung dazu gebracht, zu sagen, dass dies eine wertvolle Ressource ist, mit der es sich lohnt, weiterzumachen“, sagte Butcher. „Jetzt schauen wir in die Zukunft und welche Fähigkeiten wir aus dem nächsten Landsat herausholen wollen. Welche Art von Forschung betreiben die Menschen? Welche zusätzlichen Wellenlängen werden für Arbeiten auf Eis oder in Wäldern oder bestimmten Bereichen in der Landwirtschaft benötigt? Mit Wärmedaten können wir uns zum Beispiel Pflanzen ansehen und sehen, ob sie überwässert oder unterversorgt sind – bei Wasserrechten im Westen ist das wirklich wichtig. Wenn sich Wissenschaftler neuen Fragen und neuen Forschungsgebieten stellen, entscheiden sie, wohin Landsat als nächstes geht.“

Das Projekt wird mehr denn je mit dem kommerziellen Sektor und mit ESA-Satelliten wie Sentinel-2 zusammenarbeiten.

„Wir finden es großartig“, sagte Irons. „Das Aufkommen all dieser Systeme bedeutet, dass das Landsat-Projekt unglaublich erfolgreich war; es hat im Grunde den Markt für sie geschaffen.“