Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat ein neues leistungsstarkes Werkzeug zur Überwachung des Klimawandels und des globalen Wasserkreislaufs erhalten. Am Freitag, den 28. November 2025, brachte eine Falcon 9 im Rahmen der Mission Transporter-15 von der Startrampe SLC-4E auf der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien die Doppelmission HydroGNSS – das erste Projekt aus der neuen ESA-Familie der sogenannten Scout-Missionen – in eine sonnensynchrone Umlaufbahn. Zwei identische Kleinsatelliten, im Orbit um 180 Grad getrennt und in einer Höhe von etwa 550 Kilometern, werden von nun an die Erde buchstäblich über Signale von Navigationssystemen "belauschen", um Wasser und damit verbundene Klimaparameter auf globaler Ebene zu kartieren.

Weniger als eineinhalb Stunden nach dem Start wurden beide Satelliten erfolgreich von der zweiten Stufe der Rakete getrennt, und in den Abendstunden mitteleuropäischer Zeit bestätigte das Kontrollzentrum der Firma Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL) im Vereinigten Königreich den Empfang der ersten Signale. Damit wurde bestätigt, dass beide Satelliten leben, stabil sind und bereit für den Beginn der komplexen Phase des Testens und der Inbetriebnahme sind, die der regulären wissenschaftlichen Datenerfassung vorausgehen wird.

Eine neue Generation von Kleinsatelliten für den Wasserkreislauf

HydroGNSS (Hydrological Global Navigation Satellite System) ist als schnelle, agile und relativ kostengünstige Mission konzipiert, die größere Forschungsplattformen aus dem FutureEO-Programm der ESA ergänzt. Es handelt sich um zwei Mikrosatelliten mit einer Masse von etwa 75 Kilogramm und Abmessungen von ungefähr 45 × 45 × 70 Zentimetern, die im Paket das bieten, was noch vor zehn Jahren wesentlich größere und teurere Raumfahrzeuge erforderte.

Der Schlüssel der Mission ist der Fokus auf vier hydrologisch und klimatisch entscheidende Parameter: Bodenfeuchtigkeit, Überschwemmung und nasse Gebiete (einschließlich Sümpfe und unter Wasser stehende Gebiete), Gefrier- und Auftauzustand in Permafrostgebieten sowie oberirdische Biomasse von Wäldern und anderer Vegetation. Es handelt sich um Variablen, die das Global Climate Observing System (GCOS) als entscheidende "essenzielle Klimavariablen" oder deren nahe Derivate betrachtet, da sie direkt die Bilanz von Wasser, Energie und Kohlenstoff im Klimasystem beeinflussen.

Neben diesen primären Zielen wird HydroGNSS auch sekundäre Daten über die Windgeschwindigkeit über den Ozeanen und über die Ausbreitung von Meereis liefern. Damit schließt sich die Mission direkt den globalen Bemühungen zur Überwachung der Veränderungen an den Polarmeeren an, die eine Schlüsselrolle bei der Regulierung des Klimas und der maritimen Sicherheit spielen.

GNSS-Reflektometrie: wie Satelliten Wasser "hören"

Im Gegensatz zu klassischen Radarmissionen, die ihr eigenes Signal zur Erde senden und dann das Echo messen, nutzt HydroGNSS eine Technik, die als GNSS-Reflektometrie bekannt ist. Navigationssysteme wie GPS und das europäische Galileo senden kontinuierlich L-Band-Mikrowellensignale aus. Diese Signale tragen, nachdem sie von der Oberfläche des Meeres, des Bodens, des Eises oder der Vegetation reflektiert wurden, die Signatur der physikalischen Eigenschaften dieser Oberfläche – zum Beispiel wie feucht der Boden ist, ob er gefroren ist oder schmilzt, ob es in einem bestimmten Gebiet Wasser oder dichte Vegetation gibt.

Jeder HydroGNSS-Satellit trägt daher einen speziellen Empfänger namens Delay Doppler Mapping Receiver. Er arbeitet mit zwei Antennen: einer Zenitantenne, die zum Himmel gerichtet ist und direkte GNSS-Signale verfolgt, und einer Nadirantenne, die zur Erde gerichtet ist und dieselben Signale nach der Reflexion von der Oberfläche auffängt. Durch den Vergleich des direkten und des reflektierten Signals sowie die Verarbeitung in Form sogenannter Delay-Doppler-Karten kann das Instrument eine Reihe geophysikalischer Parameter rekonstruieren, die mit Wasser und Vegetation verbunden sind.

Je glatter und ebener die Oberfläche ist – wie ein ruhiges Meer –, desto konzentrierter sind die reflektierten Signale. Rauere oder mit Vegetation bedeckte Oberflächen erzeugen diffusere Echos, während das Vorhandensein von Wasser im Boden die dielektrischen Eigenschaften und damit die Form des reflektierten Signals verändert. In Permafrostgebieten hinterlässt der Übergang vom gefrorenen in den aufgetauten Zustand eine erkennbare Spur in der Art und Weise, wie das GNSS-Signal vom Untergrund abprallt. All diese Nuancen, integriert auf einer räumlichen Ebene von etwa 25 Kilometern, ermöglichen es Satelliten, aus dem Weltraum hydrische und vegetative Prozesse zu "sehen", die am Boden oft fragmentiert und schwer messbar sind.

Bodenfeuchtigkeit: die Grundlage für Ernte- und Hochwasserprognosen

Bodenfeuchtigkeit ist eine der Variablen, die Meteorologie, Hydrologie und Landwirtschaft direkt verbindet. Die Wassermenge in den oberen paar Zentimetern des Bodens bestimmt, wie viel Niederschlag in tiefere Schichten infiltrieren wird, wie schnell es zu oberflächlichem Abfluss und möglichen Sturzfluten kommen wird, und wie viel Feuchtigkeit Pflanzen in kritischen Wachstumsphasen zur Verfügung steht.

Bisher hingen globale Karten der Bodenfeuchtigkeit in großem Maße von einer Kombination aus numerischen Modellen und Messungen von spezialisierten Satelliten wie der ESA-Mission SMOS oder der NASA-Mission SMAP ab. HydroGNSS führt einen dritten Ansatz ein, der die bereits bestehende GNSS-Infrastruktur nutzt, wodurch Kosten gesenkt und die Möglichkeit häufiger Überflüge über dieselben Gebiete erhöht wird. Zwei Satelliten in polarer Umlaufbahn werden mehr als 80 Prozent der Landoberfläche des Planeten innerhalb von etwa zwei Wochen abdecken können und so ein fast kontinuierliches Bild der Änderungen der Bodenfeuchtigkeit geben.

Solche Daten sind von entscheidender Bedeutung auch für die Anpassung der landwirtschaftlichen Produktion an immer häufigere Dürren. Präzisere Informationen über die Bodenfeuchtigkeit werden es Landwirten, Bewässerungsagenturen und politischen Entscheidungsträgern ermöglichen, die Wasserverteilung besser zu planen, Aussaat- und Erntezeiten zu optimieren sowie das Risiko von Ertragsverlusten in extremen Jahreszeiten zu verringern.

Permafrost und Gefrierzustand: ein Schmelzsignal im Norden

Eine zweite Schlüsselaufgabe von HydroGNSS ist die Überwachung des Gefrier- und Auftauzustands in hohen geografischen Breiten, besonders in Permafrostgebieten. Permafrost – dauerhaft gefrorener Boden – speichert riesige Mengen organischen Kohlenstoffs. Wenn das Eis im Boden zu schmelzen beginnt, zersetzen Mikroorganismen die organische Substanz und setzen Treibhausgase frei, vor allem Methan und Kohlendioxid.

Änderungen im Gefrierzustand beeinflussen auch die Stabilität des Bodens, wodurch sich das Risiko des Einsturzes von Infrastruktur in arktischen Gemeinschaften erhöht: Gebäude, Straßen, Pipelines. Die Daten, die HydroGNSS liefern wird, werden in Kombination mit lokalen Messungen und anderen Satellitenmissionen Wissenschaftlern helfen, besser zu verstehen, wie sich Permafrost unter Bedingungen beschleunigter Erwärmung verhält und wo die kritischen Zonen zukünftiger Veränderungen liegen.

Die Überwachung des Übergangs vom gefrorenen in den aufgetauten Zustand – und umgekehrt – ist auch wichtig für die Berechnung der Oberflächenstrahlungsbilanz. Schnee und Eis reflektieren mehr Sonnenenergie als dunklerer Boden oder Vegetation. Der Verlust der Schneedecke und das Schmelzen von Oberflächeneis verändern das Verhältnis von reflektierter und absorbierter Energie, was die regionale Erwärmung zusätzlich verstärkt. HydroGNSS wird bestehende Satellitendaten über Schnee und Eis mit Informationen darüber ergänzen, was in der dünnen Oberflächenschicht des Bodens unmittelbar unter dem Schnee geschieht.

Inundation, Sümpfe und verborgene Methanquellen

Die dritte Gruppe von Parametern, die die Mission beobachten wird, bezieht sich auf Überschwemmung und die Ausbreitung von Sümpfen. Überschwemmte Ebenen, saisonale Tümpel und große Sumpfkomplexe sind oft unter Baumkronen verborgen, weshalb optische Satelliten sie schwer erkennen können, besonders in bewölkten tropischen Regionen. Die GNSS-Reflektometrie kann dank der Durchdringung von L-Band-Signalen durch die Vegetation das Vorhandensein von Wasser auch dort entdecken, wo es für das menschliche Auge eigentlich unsichtbar ist.

Sümpfe sind einer der wichtigsten, aber auch empfindlichsten Ökosystemtypen. Sie dienen gleichzeitig als Kohlenstoffspeicher, natürliche Wasserfilter und Gebiete mit hoher Biodiversität. Jedoch sind bestimmte Typen von Sümpfen gleichzeitig auch bedeutende natürliche Quellen von Methan – einem starken Treibhausgas. Bessere Karten saisonaler und zwischenjährlicher Änderungen in der Überschwemmung werden präzisere Schätzungen der Methanemissionen aus diesen Ökosystemen ermöglichen sowie Modelle der Rückkopplungsschleifen zwischen Biosphäre und Klima verbessern.

Für europäische Länder, einschließlich Kroatien, haben präzisere Satelliteninformationen über Hochwasser und Sümpfe auch eine sehr praktische Dimension. Daten von HydroGNSS können in operative Frühwarnsysteme für Hochwasser, die planerische Bewirtschaftung von Retentionsgebieten sowie die Wiederherstellung degradierter Sümpfe als natürliche "Schwämme", die extreme Wasserüberschüsse und -defizite abmildern, integriert werden.

Biomasse und Kohlenstoff in Wäldern

Oberirdische Biomasse – vor allem in Wäldern – ist direkt mit der Menge an Kohlenstoff verbunden, die in der Vegetation gespeichert ist. In einer Situation, in der die Klimapolitik immer stärker mit der Rolle von Wäldern als Kohlenstoffsenken rechnet, werden zuverlässige und aktuelle Schätzungen der Biomasse zum Schlüssel für die Planung von Maßnahmen, von der Waldbewirtschaftung bis zu Emissionshandelsprojekten.

HydroGNSS wird durch Änderungen im reflektierten GNSS-Signal Unterschiede in der Struktur und Dichte der Vegetation detektieren. Obwohl die Mission selbst keine spezialisierten Radar- oder Lidar-Missionen ersetzen wird, die der Biomasse gewidmet sind, werden ihre Daten als wertvolle zusätzliche Informationsschicht dienen: zum Beispiel bei der Detektion von Gebieten, in denen es zu größeren Veränderungen gekommen ist, und die dann detaillierter mit anderen Instrumenten aufgenommen werden müssen.

In Kombination mit nationalen Waldinventuren und hochauflösenden Satellitenbildern kann HydroGNSS bei der Aufdeckung illegaler Abholzungen, der Überwachung der Walderholung nach Bränden oder Unwettern sowie der Überprüfung der Wirksamkeit von Aufforstungsprojekten und der Wiederherstellung degradierter Waldflächen helfen.

Scouts: schnelle und agile Missionen in der Ära von New Space

HydroGNSS ist die erste gestartete Mission aus der neuen Scout-Serie der ESA, die unter dem Einfluss der New-Space-Philosophie konzipiert wurde. Die Grundidee ist, dass relativ kleine, gezielte Missionen innerhalb von drei Jahren ab Projektbeginn und in einem finanziellen Rahmen von etwa 35 Millionen Euro, einschließlich Entwicklung, Bau und Betrieb im Orbit, entworfen, gebaut und gestartet werden. Damit strebt die ESA an, Start-up-Dynamik in den traditionell langsameren Raumfahrtsektor einzuführen, und gleichzeitig nicht den wissenschaftlichen Wert der Daten zu opfern.

Scouts sollen größere und teurere Earth-Explorer-Missionen ergänzen, die revolutionäre Technologien und neue Messprinzipien bringen, aber einen längeren Entwicklungszyklus und wesentlich größere Budgets erfordern. HydroGNSS stützt sich dabei auf die Technologie bereits bewährter Missionen der GNSS-Reflektometrie, wie der NASA-Konstellation CYGNSS oder des Demonstrators TechDemoSat-1, überträgt sie aber in einen neuen, operativeren Rahmen und fokussiert auf eine Reihe klar definierter Klimavariablen.

Da die Scout-Familie als eine Reihe kleinerer Missionen konzipiert ist, die einander ergänzen, wird HydroGNSS in Zukunft die Umlaufbahn mit anderen Satelliten aus diesem Portfolio teilen, wodurch das europäische Erdbeobachtungssystem zusätzliche Flexibilität erhalten wird. Damit werden Voraussetzungen für die schnellere Einführung neuer Technologien geschaffen, wie fortschrittlicherer Empfänger für GNSS-Reflektometrie oder die Kombination mit anderen passiven und aktiven Sensoren.

Industriepartner und die britische Spur

Der wichtigste Industriepartner der Mission ist das britische Unternehmen Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL), ein Pionier kommerzieller Kleinsatelliten, das bereits an der Entwicklung früherer GNSS-Reflektometrie-Projekte beteiligt war. SSTL ist verantwortlich für Design und Bau beider Satelliten, die Entwicklung des Schlüsselinstruments Delay-Doppler-Empfänger, aber auch für Operationen im Orbit sowie die Verteilung der Daten an Endnutzer.

Die Mission ist teilweise auch durch Mittel des Vereinigten Königreichs finanziert, das damit seine Position im Segment moderner Erdbeobachtungstechnologien zusätzlich festigt. Für die europäische Raumfahrtindustrie ist HydroGNSS zugleich eine Demonstration, wie die Kombination aus öffentlicher Finanzierung, agiler Industrie und internationaler Zusammenarbeit zu schnellen Lieferungen ausgefeilter Missionen ohne mehrjährige Verzögerungen führen kann.

Transporter-15: gemeinsamer Start dreier nationaler Initiativen

Die Falcon 9 brachte im Rahmen der Mission Transporter-15 nicht nur zwei HydroGNSS-Satelliten in den Orbit. Auf demselben Flug wurden auch neue Satelliten für das italienische nationale Programm IRIDE sowie zwei Radarsatelliten der Firma ICEYE für das griechische Nationale Kleinsatellitenprogramm gestartet. Damit wurde ein kommerzieller Rideshare-Flug zu einer Art Übersicht über die wichtigsten europäischen Erdbeobachtungsinitiativen des nächsten Jahrzehnts.

IRIDE ist eines der ehrgeizigsten italienischen Raumfahrtprogramme in der Geschichte. Es handelt sich um eine große Konstellation von Satelliten zur Erdbeobachtung, die von der italienischen Regierung durch den Nationalen Plan für Aufbau und Resilienz (PNRR) finanziert wird, mit zusätzlichen Mitteln aus dem Nationalen Ergänzungsplan. Das Programm wird von der ESA in enger Zusammenarbeit mit der Italienischen Raumfahrtagentur (ASI) und mehr als 70 italienischen Unternehmen und Institutionen koordiniert.

Letztendlich soll IRIDE sechs separate Konstellationen umfassen, jede mit einem anderen Sensortyp – von optischen und Radar- bis zu thermischen und hyperspektralen Instrumenten. Die Eaglet-II-Satelliten, die zusammen mit HydroGNSS gestartet wurden, sind Teil dieses breiteren Puzzles und wurden entworfen, um eine hohe Frequenz der Aufnahme des italienischen Territoriums und der umliegenden Gebiete sicherzustellen. Daten von IRIDE sind vor allem für italienische öffentliche Institutionen bestimmt, einschließlich des Zivilschutzes, aber auch für Wissenschaftler, lokale Behörden und den privaten Sektor.

Hauptanwendungen umfassen die Überwachung von Bodenbewegungen, Erdrutschen und Erdbeben, die Überwachung der Bodenbedeckung und Änderungen in der Raumnutzung, die Kontrolle der Luft- und Wasserqualität, die Überwachung der Küstenerosion sowie die Früherkennung von Bränden. Im Kontext des Klimawandels wird IRIDE dem italienischen Zivilschutz und anderen Institutionen ein neues Werkzeug zur schnellen Risikoerkennung geben – von plötzlichen Überschwemmungen bis zu lang anhaltenden Dürren.

Griechenland und ICEYE: Radaraugen für das Mittelmeer

Eine weitere nationale Initiative, die ihren ersten Orbit auf demselben Flug erhielt, ist das griechische Nationale Kleinsatellitenprogramm, genauer gesagt dessen Radarsegment unter der Bezeichnung "Axis 1.2". Das Programm wird in Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation durchgeführt, und der wichtigste Industriepartner ist das Unternehmen ICEYE, ein globaler Führer im Bereich der Technologie des Radars mit synthetischer Apertur (SAR).

Griechenland hat mit ICEYE einen Vertrag unterzeichnet, der die Entwicklung und den Start zweier SAR-Satelliten, den Bau einer Produktionslinie im Land sowie den Zugang zur globalen ICEYE-Konstellation umfasst. Das Programm wird durch den nationalen Aufbauplan "Greece 2.0" finanziert, mit Unterstützung von Instrumenten der Europäischen Union, vor allem der Aufbau- und Resilienzfazilität. Ziel ist nicht nur die Beschaffung von Satelliten, sondern auch der Aufbau einer nachhaltigen heimischen Raumfahrtindustrie – von hochtechnologischen Arbeitsplätzen bis zur Forschungsinfrastruktur.

Radarsatelliten aus diesem Programm werden eine Schlüsselrolle bei der Überwachung von Naturkatastrophen spielen, insbesondere Überschwemmungen, Bränden und Erdbeben, bei der Überwachung des Seeverkehrs und illegaler Aktivitäten auf See, sowie bei der Kontrolle kritischer Infrastruktur. Da SAR-Technologie durch Wolken "sehen" und auch nachts aufnehmen kann, werden Daten aus der ICEYE-Konstellation eine wertvolle Ergänzung zu Informationen sein, die optische Missionen wie IRIDE oder passive Missionen wie HydroGNSS liefern.

Europäische Architektur der Erdbeobachtung: das Zusammenfügen des Mosaiks

HydroGNSS, IRIDE und das griechische Radarprogramm sind keine isolierten Projekte, sondern Teile einer breiteren europäischen Architektur der Erdbeobachtung. Während das Copernicus-Programm mit der Flotte der Sentinels globale, operative Daten für zahlreiche Anwendungen sicherstellt, füllen neue nationale und thematische Satelliten Lücken, bringen spezialisierte Daten und können schneller auf spezifische Bedürfnisse der Mitgliedstaaten reagieren.

HydroGNSS hat hier eine besonders interessante Rolle. Einerseits handelt es sich um ein relativ kleines und finanziell effizientes Projekt, aber andererseits gehen die Daten, die es sammeln wird, direkt in den Kern der globalen Klimaagenda ein: Wasser, Energie und Kohlenstoff. Vergleicht man die Kosten der Mission mit dem potenziellen Nutzen – von besseren Prognosen von Überschwemmungen und Dürren bis zur präziseren Überwachung von Methanemissionen und gespeichertem Kohlenstoff in Wäldern – ist klar, warum die ESA das Konzept schneller, fokussierter Missionen immer stärker vorantreibt.

Im praktischen Sinne könnten Daten von HydroGNSS in relativ kurzer Zeit in bestehende Informationssysteme integriert werden, die von nationalen meteorologischen und hydrometeorologischen Diensten, Agenturen für Wasserwirtschaft sowie Institutionen, die für Zivilschutz und Katastrophenmanagement zuständig sind, genutzt werden. Durch offene Datenpolitik und Zusammenarbeit mit internationalen Initiativen, wie der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) und GCOS, hat die Mission das Potenzial, eine globale Referenzquelle für hydrologische Variablen zu werden, die bisher mit ausreichender räumlicher und zeitlicher Auflösung schwer zu überwachen waren.

Ebenso zeigen die nationalen Programme IRIDE und das griechische SAR-Segment, wie Instrumente der Aufbau- und Resilienzfazilität nicht nur für die kurzfristige wirtschaftliche Erholung genutzt werden können, sondern auch für strategische Investitionen in die Weltrauminfrastruktur, die über Jahrzehnte Daten und Wissen generieren werden. In diesem Kontext war Transporter-15 nicht nur ein weiterer kommerzieller Rideshare-Flug, sondern ein Symbol einer neuen Phase, in der europäische Staaten und die ESA verfügbare Werkzeuge nutzen, um ihr eigenes Weltraumökosystem zu beschleunigen und gleichzeitig auf die größte Herausforderung unserer Zeit zu antworten – die Klimakrise.