Sentinel-1

Erste in einer Serie von europäischen Umweltsatelliten-Missionen im Rahmen des Programms Copernicus, einer Initiative der Europäischen Kommission und der ESA mit dem Ziel, nachhaltig ein europäisches Netzwerk zur Erfassung und Auswertung von Umweltdaten zu erstellen. Der zunächst in zwei Exemplaren, um ein Jahr zeitversetzt verfügbare Sentinel-1 soll helfen, Umweltereignisse auf der ganzen Welt zu beobachten und zu analysieren. Ziel der Sentinel-1 Mission ist die lückenlose Beobachtung der globalen Landmassen, Packeisgebiete und Hauptschifffahrtswege mindestens alle 12 Tage (1 Satellit) bzw. 6 Tage (2 Satelliten). Die Herausforderung bei der Betriebsoptimierung liegt darin, eine lückenlose Abdeckung der Beobachtungsgebiete mit nur 25 % Betriebszeit des Instrumentes zu erreichen.

Dazu werden mindestens je sieben Jahre lang die zwei rund 2,2 Tonnen schweren Sentinel-1 Satelliten die Erde in 700 km Höhe umrunden. Sentinel-1A wurde am 3. April 2014 mit einer russischen Sojus-Trägerrakete vom Europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guyana gestartet, und der zweite Satellit Sentinel-1B folgte am 25. April 2016. Er umrundet die Erde auf einer identischen polaren Umlaufbahn, jedoch um 180 Grad zeitversetzt. Damit verdoppelt sich die Aufnahmekapazität. Sentinel-1 wurde konzipiert, um als Nachfolger der inzwischen inaktiven Satelliten ERS und Envisat die Kontinuität in der Radar-getragenen Erdbeobachtung zu gewährleisten.

Die folgende Infografik gibt einen Überblick über die Copernicus Sentinel-1-Mission und ihre Leistungsfähigkeit.

Infografik zur Radarbildkonstellation Sentinel-1 Quelle: ESA

Probleme von Sentinel-1B und Ende seiner Mission

Am 23. Dezember 2021 trat bei Copernicus Sentinel-1B eine Anomalie auf, die mit der Stromversorgung der Instrumentenelektronik der Satellitenplattform zusammenhing und dazu führte, dass der Satellit keine Radardaten liefern konnte. Seitdem hatten die Betreiber und Ingenieure des Satelliten intensiv daran gearbeitet, das Problem zu beheben. Leider haben die ESA und die Europäische Kommission trotz aller gemeinsamen Bemühungen das Ende der Mission von Sentinel-1B bekannt gegeben. Copernicus Sentinel-1A ist weiterhin voll einsatzfähig.

Die Technik

Als Hauptinstrument dient ein abbildendes Radar vom Typ SAR (Synthetic Aperture Radar), das von Airbus Defence and Space (vormals Astrium) in Immenstaad gebaut wurde. Die Umlaufbahn führt die Satelliten bei jedem Umlauf über die Erdpole, so dass das Radar-Instrument die Erde "streifenweise" abtasten kann, während diese sich unter ihm dreht. Hierbei kann das „Radarauge“ ein Gebiet von bis zu 400 Kilometern Breite auf einmal überblicken und Objekte bis zu fünf Metern Größe erkennen.

Das im C-Band arbeitende aktive Radar aus einer 12,30 × 0,90 Meter großen Hauptantenne, die sich aus 560 miteinander gekoppelten Einzelantennen zusammensetzt. Der C-Band-Radarstrahl mit sechs Zentimetern Wellenlänge dringt durch Wälder und Buschwerk bis auf den Erdboden und nimmt Bewegungen und Veränderungen der Erdoberfläche im Zentimeterbereich wahr. Mit der aus 280 Einzelantennen bestehenden aktiven Antenne können große Gebiete schnell abgedeckt werden. Im Fokus stehen dabei Eisbeobachtungen in den Polarregionen, vulkanische Aktivitäten, Erdbeben, Erdrutsche, Überschwemmungen, das Aufspüren von Bodensenkungen und -hebungen sowie das Beobachten von Meeresoberflächen, um Behinderungen durch Meereis und Ölverschmutzungen frühzeitig zu erkennen.

Das abbildende Radar an Bord der Sentinel-1 sendet schwache Radarstrahlung zur Erde, die an der Oberfläche reflektiert wird. Die Stärke der Reflektion wird am Satelliten gemessen und ist im wesentlich abhängig von der Art der Oberfläche und der Topographie. Um Oberflächen noch besser unterscheiden zu können werden die Radarstrahlen vor Aussenden durch Filter geschickt. Diese lassen nur vertikale oder horizontale Anteile durch (horizontal oder vertikal polarisiert). Ebenso verhält es sich dann beim Empfang - die Daten werden vor Empfang wieder gefiltert. Dies führt zu Unterschieden in der Helligkeit und damit zu einer besseren Unterscheidbarkeit der Objekte am Boden.

Wenn man diese unterschiedlich polarisierten Daten verschiedenen Farben im Rot-Grün-Blau Spektrum zuordnet, können aus den eigentlich "schwarz-weißen" Radarbildern farbige Bilder wie im Beispiel unten (Raum Bodensee) entstehen.

Als dauerhafter Datenlieferant unterstützt Sentinel die Aufklärung und Einsatzunterstützung in Katastrophenfällen. Überall dort, wo aktuellste Informationen in kürzester Zeit benötigt werden, können Bilddaten bereits innerhalb von 60 Minuten zur Verfügung gestellt werden. Das ist eine deutliche Verbesserung gegenüber bisherigen SAR-Systemen.

Das Radarinstrument kann in vier verschiedenen Beobachtungsmodi arbeiten, so kann Sentinel-1 auf die unterschiedlichsten Anforderungen reagieren:

1. Strip-Map-Mode: 80 km breite Streifen mit einer Auflösung von 5×5 Meter
2. Wide-Swath-Mode: 250 km breite Streifen mit einer Auflösung von 5×20 Metern
3. Extrawide-Swath-Mode: 400 km breite Streifen mit einer Auflösung von 100×25 Metern
4. Wave-Mode: 20x20 km umfassende Aufnahmen mit einer Auflösung von 20×5 Metern

Durch seine Radartechnik kann Sentinel-1 unabhängig von Tageszeit, Wetter und anderen, für optische Systeme störende Einflüsse (z.B Rauch), operieren und damit schnell Informationen liefern.

Beispielbild 1 - Bodensee und Umgebung

Das folgende Bild von Sentinel-1A zeigt den Bodensee. Es wurde am 10. Mai 2014 im interferometrischen 'wide swath'-Modus mit zweifacher Polarisation aufgenommen. Den verschieden reflektierten Radarpulsen wurden unterschiedliche Farben zugeordnet. Gebäude erscheinen pink, Vegetation ist grün. Gebiete mit der geringsten Reflektanz bei allen Polarisationsvarianten erscheinen dunkel, wie Wasserflächen.

Der See ist das Ergebnis der erosiven Kraft des Rheingletschers während der vergangenen Kaltzeit. Er besitzt eine Fläche von 540 km² und ist für große Teile SW-Deutschlands eine bedeutende Trinkwasserquelle. Unten rechts erkennt man die Mündung des Alpenrheins, gegenüber der Insel Lindau auf der N-Seite. Um eine Verlandung der Bregenzer Bucht zu verhindern und die heutige Küstenlinie zu erhalten, wurde die Mündung des kanalartig ausgebauten Alpenrheins in den Bodensee "vorgestreckt" und nach Westen ausgerichtet. Der Rhein verlässt im W den See. Der Bodensee hat drei Anliegerstaaten: Deutschland im N, die Schweiz im S und Österreich im O. Auf der Wasserfläche sind allerdings keine Grenzlinien festgelegt. Etwas nördlich der deutschen Uferlinie in der rechten Bildhälfte liegt die Start- und Landbahn des Friedrichshafener Flughafens.

Zum Zeitpunkt der Aufnahme wurde das Radarinstrument noch kalibriert, aber dieses Bild gab bereits einen ersten Eindruck von der Art Bilder, die für Copernicus zu erwarten sind.

Bodensee und Umgebung Quelle: ESA

Zur Bildentstehung

An Bord von Sentinel-1A befindet sich ein abbildendes Radar. Dieses sendet schwache Radarstrahlung zur Erde, die an der Oberfläche reflektiert wird. Die Stärke der Reflektion wird am Satelliten gemessen und ist im wesentlich abhängig von der Art der Oberfläche und der Topographie. Um Oberflächen noch besser unterscheiden zu können werden die Radarstrahlen vor dem Aussenden durch Filter geschickt. Diese lassen nur vertikale oder horizontale Anteile durch (horizontal oder vertikal polarisiert). Ebenso verhält es sich dann beim Empfang - die Daten werden vor dem Empfang wieder gefiltert. Dies führt zu Unterschieden in der Helligkeit und damit zu einer besseren Unterscheidbarkeit der Objekte am Boden.

Wenn man diese unterchiedlich polarisierten Daten verschiedenen Farben im Rot-Gruen-Blau Spektrum zuordnet, können aus den eigentlich "schwarz-weißen" Radarbildern farbige Bilder wie in diesem Fall des Bodensees entstehen. (R. Meisner, ESA p.M.)

Beispielbild 2: Nicht erfasste Fischereifahrzeuge vor Portugal und Marokko

Eine bahnbrechende Studie, die Daten des Satelliten Copernicus Sentinel-1 mit künstlicher Intelligenz kombiniert, hat neue Erkenntnisse über die Anzahl der Schiffe auf See geliefert. Erstaunlicherweise zeigt die Studie, dass rund 75 % der weltweiten industriellen Fischereifahrzeuge bisher für öffentliche Ortungssysteme „unsichtbar” waren.

Nicht alle Boote sind gesetzlich verpflichtet, ihre Position zu übermitteln, aber Schiffe, die nicht in öffentlichen Überwachungssystemen erfasst sind und oft als „dunkle Flotten“ bezeichnet werden, können Herausforderungen für den Schutz und die Bewirtschaftung natürlicher Ressourcen darstellen.

Die Karte zeigt einzelne Schiffe, die von Sentinel-1 im Zeitraum 2017–2021 erfasst wurden, abgeglichen (blau) mit bekannten Schiffspositionen aus AIS- Übermittlungen und nicht abgeglichenen Schiffen (orange). Die Schiffe wurden mit einem Deep-Learning-Modell als Fischereifahrzeuge oder Nicht-Fischereifahrzeuge klassifiziert. Die nationalen ausschließlichen Wirtschaftszonen sind überlagert.

Nicht erfasste Fischereifahrzeuge vor Portugal und Marokko Quelle: ESA

Sentinel-1C und Sentinel-1D

Der Start von Sentinel-1C erfolgte am 5.12.2024 in Kourou (Französisch-Guayana). Er ersetzt Sentinel-1B, der 2022 außer Betrieb gestellt wurde. Erste Bilder wurden rasch veröffentlicht (ESA).

Das neue Radarinstrument für Sentinel-1C ist weitgehend identisch mit den beiden Vorgängermodellen. Der Satellit besitzt aber eine Besonderheit auf, die zum ersten Mal eingesetzt wird. Es ist ein neuer Trennmechanismus, der helfen soll, Weltraumschrott zu vermeiden. Er besteht aus Lötstellen an den wichtigsten Verbindungspunkten zum Satelliten, die bei starker Erwärmung schmelzen und die Radarantenne von der Satellitenplattform trennen. Beide Teile sind dann getrennt der vollen Reibungshitze ausgesetzt und verglühen beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre am Ende der nominellen Lebensdauer des Satelliten von 7,25 Jahren früher und schneller.

Das Herzstück von Copernicus Sentinel-1 ist das C-SAR-Instrument (C-Band-Synthetic Aperture Radar), das mit einer Frequenz von 5,405 GHz arbeitet. Es liefert hochauflösende Bilder der Erdoberfläche unabhängig von Wetterbedingungen, Tag und Nacht. Das Radar unterstützt vier Betriebsmodi: Strip Map (Auflösung 5 × 5 m, 80 km Streifenbreite), Interferometric Wide Swath (Auflösung 5 × 20 m, 250 km Streifenbreite), Extra Wide Swath (Auflösung 20 × 40 m, 400 km Streifenbreite) und Wave-Modus für die Meeresüberwachung.

Ein wesentliches Merkmal von Sentinel-1C, das auch bei Sentinel-1D vorhanden ist, ist die Integration des Automatischen Identifikationssystems (Automatic Identification System AIS), das die Erkennung und Verfolgung von Schiffssignalen in Küsten- und Arktisregionen ermöglicht. Beide Satelliten sind auch mit Galileo, dem globalen Navigationssatellitensystem der EU, kompatibel. Diese Kompatibilität gewährleistet einen autonomen Betrieb, falls kein GPS-Signal verfügbar ist.

Durch die Kombination von Informationen über den Standort von Schiffen mit den AIS-Informationen ist Sentinel-1 ein leistungsstarkes Werkzeug für die Meeresüberwachung. Zu den Anwendungsbereichen gehören die Erkennung und Ortung von Schiffen, die für Ölverschmutzungen auf hoher See verantwortlich sein könnten, die Überwachung illegaler Fischereiaktivitäten und/oder Grenzübertritte sowie die Erkennung sogenannter „dunkler“ Schiffe, d. h. Schiffe, die ihr AIS ausgeschaltet haben, um einer Erkennung zu entgehen.

Der Start von Sentinel-1D erfolgte am 4. November 2025 mit einer Ariane 62. Er wird nach und nach den älteren Satelliten Sentinel-1A ersetzen, der sich bereits seit fast 11 Jahren in der Umlaufbahn befindet und damit seine geplante Lebensdauer weit überschritten hat. Dementsprechend wird Sentinel-1D auf eine sonnensynchrone Umlaufbahn (SSO) in einer Höhe von 693 km platziert. Auch er ist mit fortschrittlicher Radartechnologie ausgestattet, um bei jeder Wetterlage sowie bei Tag und Nacht Bilder der Erdoberfläche und damit Daten zu liefern, die für die Überwachung von Meereis, Eisbergen und Gletschern, Bodensenkungen und Ölverschmutzungen unerlässlich sind.

Die beiden aktiven Satelliten werden auf gegenüberliegenden Seiten der Erde kreisen, mit einem Abstand von 180 Grad zueinander. Diese Konstellation ermöglicht eine flächendeckende Beobachtung des Planeten. 

Mit diesem Start ist die Sentinel-1-Familie nun vollständig, wobei Sentinel-1D den letzten Satelliten der ersten Generation der Copernicus-Satellitenkonstellation darstellt.

Ariane 6 bringt Sentinel-1D ins All (4.11.2025) Quelle: ESA

Von Daten zu operativen Diensten

Die Daten der Sentinel-1-Satelliten fließen direkt in die Copernicus-Dienste ein. Sie bilden die Grundlage für den Copernicus-Katastrophen- und Krisenmanagementdienst (CEMS) zur Kartierung von Überschwemmungen, den Copernicus-Meeresüberwachungsdienst (CMS) zur Erkennung von Ölverschmutzungen und Schiffen sowie den Copernicus-Meeresdienst (CMEMS) zur Überwachung von Eisbergen und Meereiskonzentrationen zur Unterstützung einer sicheren Schifffahrt. Außerdem unterstützen sie den Copernicus-Landüberwachungsdienst (CLMS) bei der Überwachung von Vegetation, Wäldern und Landwirtschaft. Insbesondere werden die mit Interferometrie verarbeiteten Sentinel-1-Radardaten im Europäischen Bodenbewegungsdienst (EGMS), einem Teil des CLMS, zur Erkennung und Verfolgung von Bodenbewegungen aufgrund von Bodensenkungen, Erdrutschen, vulkanischer Aktivität und Erdbeben verwendet.

Zusammen verwandeln diese Dienste die Sentinel-1-Daten in operative Informationen, die greifbare gesellschaftliche Vorteile mit sich bringen: bessere Katastrophenhilfe, sicherere Meere, verbessertes Land- und Agrarmanagement und größere Widerstandsfähigkeit gegenüber Naturgefahren. Dank der Politik der offenen und freien Daten von Copernicus sind diese operativen Informationen für Behörden, Industrie, Forscher und Dienstleister weitreichend zugänglich, die auf der Grundlage der Kernprodukte und -daten von Copernicus weitere Anwendungen entwickeln können. Tatsächlich ist Sentinel-1 die einzige Satellitenmission weltweit, die Daten vollständig, frei und offen zur Verfügung stellt.

Weitere Informationen:

• Sentinel-1 (ESA Bulletin 131)
• Sentinel 1 (ESA)
• Sentinel-1 - Radar Vision for Copernicus (ESA 2014)
• Copernicus: Sentinel-1 (eoPortal Directory)
• Copernicus: Sentinel-1 (ESA)
• Sentinel-1 (CEOS EO Handbook)
• Daten der Mission Sentinel-1: Deutschlandkarte zeigt Verschiebungen der Landoberfläche (ESA / BGR)
• Sentinel-1 and AI reveal 75% of fishing vessels not tracked (ESA 2024)
• 10 ways Sentinel-1 data lets us ‘see’ our world (ESA 2024)
• Sentinel-1 mission… did you know? (ESA 2025)
• Sentinel-1's decade of essential data over shifting ice sheets (ESA 2026)