Polarlichter legen Satelliten lahm – jetzt hat das DLR eine Lösung
Geomagnetische Stürme störten 2024 den Formationsflug der Radarsatelliten TerraSAR-X und TanDEM-X. Jetzt hat das DLR ein Vorhersageverfahren entwickelt, das die Satelliten auch bei extremem Weltraumwetter auf Kurs hält.
Polarlichter über Berlin: Sonnenstürme stören auch den Satellitenbetrieb, insbesondere im engen Formationsflug.
Foto: Pelin Iochem
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat ein Verfahren entwickelt, Satelliten auch bei schweren geomagnetischen Stürmen zu betreiben. Die DLR-Einrichtung Raumflugbetrieb und Astronautentraining hat ihre Erkenntnisse auf dem internationalen Symposium für Raumflugdynamik 2026 in Toulouse vorgestellt.
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Geomagnetische Stürme treten auf, wenn das Erdmagnetfeld starke Sonnenwinde ablenkt und auf die Atmosphäre prallen lässt. Eine sichtbare Spur solcher Stürme sind Polarlichter; je weiter entfernt von den Polen diese sichtbar sind, desto schwerer der geomagnetische Sturm.
Warum sind geomagnetische Stürme ein Problem für den Satellitenbetrieb?
Schwere geomagnetische Stürme können den Satellitenbetrieb stören. Satelliten in den erdnahen Orbits (LEO) fliegen durch sehr dünne Restatmosphäre. Magnetstürme komprimieren diese Atmosphäre, sodass sich die Dichte mitunter verzehnfacht. Das hat das DLR am Beispiel der beiden Radar-Satelliten TerraSAR-X und TanDEM-X beobachtet.
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Die beiden Satelliten fliegen in 505 km Bahnhöhe, wo die durchschnittliche Dichte der Restatmosphäre grob 1 Gramm pro Kubikkilometer beträgt. Während eines Magnetsturms verzeichnete das DLR die zehnfache Dichte. Dadurch steigt der atmosphärische Widerstand an: Die Satelliten verlieren unerwartet schnell an Höhe.
TerraSAR-X und TanDEM-X sind ideale Studienobjekte, weil sie sich im Formationsflug befinden. TerraSAR-X umkreist TanDEM-X in einer immerwährenden Spirale, mitunter sinkt der Abstand auf 200 m. Für gemeinsame Radaraufnahmen richtet sich das Tandem auf bestimmte Weise zueinander aus. Im März und im Mai 2024 störten geomagnetische Stürme die Synchronisation, die Satelliten lieferten keine Aufnahmen mehr.
Wie lässt sich das Problem lösen?
Satellitenbetreiber berücksichtigen den regulären atmosphärischen Widerstand in ihrer Bahnplanung. Die Erfahrungen mit TerraSAR-X und TanDEM-X zeigen, dass das nicht immer ausreicht. „Schnell wurde klar, dass sie genauere Vorhersagen des Weltraumwetters und insbesondere geomagnetischer Stürme benötigten, um präzisere Bahnvorhersagen für die Planung des Satellitenbetriebs treffen zu können“, heißt es in einer Mitteilung des DLR.
Das DLR hat analysiert, wie sich die geomagnetischen Stürme der jüngeren Vergangenheit jeweils auf die Satellitenbewegungen ausgewirkt haben. Außerdem hat das DLR mehrere Modellsimulationen der oberen Atmosphäre verglichen. „Für die Bahnplanung der Zwillingssatelliten kristallisierte sich schließlich eine Kombination von insgesamt drei Vorhersagemodellen zu Weltraumwetter und Atmosphärendichte als beste Lösung heraus“, schreibt das DLR.
Das Ergebnis: Seit April 2025 nutzt das DLR ein neues Verfahren zur Bahnbestimmung, -vorhersage und -kontrolle der Satelliten sowie zur Steuerung des Formationsflugs. Seitdem sind die Radarsatelliten ohne Einschränkung im Betrieb; das DLR konnte den Einfluss zweier schwerer geomagnetischer Stürme im November 2025 und im Februar 2026 korrekt vorhersagen.
Warum versagten die bewährten Berechnungsmodelle ausgerechnet im Jahr 2024?
Die Sonne folgt mehreren Zyklen, die ihre magnetische Aktivität steuern. Besonders relevant aus Sicht der Satellitenbranche ist der sogenannte Schwabe-Zyklus, der besagt, dass die Aktivität der Sonne elf Jahre lang zunimmt und dann kulminiert. Auf diesem Peak häufen sich schwere Sonnenstürme und damit auch geomagnetische Stürme in den oberen Atmosphärenschichten der Erde. Das letzte Maximum im Schwabe-Zyklus fiel – passend zu den Problemen mit den DLR-Radarsatelliten – auf den Oktober 2024.
Obwohl sich die Maxima im Elf-Jahres-Zyklus der Sonne gut voraussagen lassen, klaffen Lücken im Weltraumwetterbericht. Weder lässt sich vorherbestimmen, wann genau ein einzelner Sonnensturm auftritt, noch wie schwer er ist.
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