COPERNICUS ist die weltweit größte, raumfahrtbasierte Umweltmission – das Team der Jena-Optronik ist stolz darauf, diese mit Innovationen „Made in Jena“ unterstützen zu können.

 
Die Satelliten namens „Sentinel" (englisch für „Wächter“) in diesem einzigartigen europäischen Erdbeobachtungsprogramm haben Technologie der Jena-Optronik an Bord: Das Thüringer Raumfahrtunternehmen liefert im Rahmen von Sentinel-1 bis Sentinel-6 wesentliche Beiträge.

 
Mit Sentinel-4 hat ein bedeutender Baustein zum Umwelt- und Klimaschutz erfolgreich seine Reise ins All angetreten. Die Sentinel-4-Instrumente fliegen auf dem neuesten, geostationären Wettersatelliten „Meteosat-Third-Generation“ (MTG), um die Zusammensetzung der Atmosphäre sowie die Luftqualität über Europa genau zu beobachten.

 
Die Europäische Weltraumorganisation ESA hat am 01. Juli 2025 den Satelliten MTG-S1 zusammen mit Sentinel-4 gestartet.

 
Die Jena-Optronik hat für diese Mission mehrere opto-elektronische Komponenten entwickelt, gefertigt und getestet. Dazu gehören ein Teleskop, ein UV Spektrometer (ultraviolettes Licht), ein NIR Spektrometer (Nah-Infrarot Bereich) sowie zwei Fokalebenen mit den Bildsensoren (englisch: Focal Plane Assemblies).

 
„Wir danken der europäischen Raumfahrtagentur ESA sowie Airbus Defence and Space für das in uns gesetzte Vertrauen bei diesem Projekt. Die engagierten Teams unserer Auftraggeber und Partner waren ein wesentlicher Erfolgsfaktor für unsere eigene Arbeit. Motivation für das #teamspace der Jena-Optronik war insbesondere die allumfassende Zielstellung der Mission: Aus dem Weltall einen Beitrag zum Schutz unserer Erde leisten. Mit großem Forschergeist ist es uns gelungen, technologisch völlig neue Horizonte zu erkunden und hochinnovative Satellitentechnologie auszuliefern,“ erläutert Eyk Gebhardt, Sentinel-4 Projektleiter bei Jena-Optronik.

Bilder: © Florian Brill für Jena-Optronik GmbH

„Wir wissen, was die Erde atmet“

Hauptziel der Sentinel-4-Mission ist es, Daten über wichtige Spurengase und Aerosole für die Luftqualität in Europa mit hoher räumlicher Auflösung und schneller Wiederholfrequenz aufzunehmen. Die besondere Innovation der Sentinel-4 Mission besteht darin, dass die Messungen erstmalig aus dem geostationären Orbit erfolgen und hierdurch über den ganzen Tag erfolgen können. Diese Daten werden dann unter anderem zur Unterstützung des Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) genutzt, welcher weltweit konsistente sowie qualitätsgeprüfte Informationen über Luftverschmutzung, Treibhausgase und Klimaerwärmung bietet.

Copernicus ist das aktuell fortschrittlichste, geostationäre meteorologische Satellitenprogramm, welches die Klimadatenerhebung sowie ein breites Spektrum von wichtigen umwelttechnischen Erdbeobachtungen auf ein völlig neues Level hebt.

Mit den gewonnenen Daten, welche online kostenfrei allen Interessierten zur Verfügung gestellt werden, können gezielt Umweltmodelle erstellt werden, welche dabei helfen, entsprechende Umweltschutzmaßnahmen zu definieren und zur Umsetzung zu bringen. Mit Hilfe der bereitgestellten Daten können zuständige Behörden die Bewohner:innen Europas unmittelbar über mögliche Gefahren durch Umweltverschmutzungen warnen und bei Bedarf Maßnahmen umsetzen.

Einblick in die Technologie: Innovative Raumfahrt Optik „Made in Jena“

Die räumliche Auflösung des gesamten optischen Systems liegt bei 8 km aus einer Entfernung von 36.000 km Höhe. Die Spektrometer arbeiten in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen (im ultravioletten 305-400 nm, im visuellen 400-500 nm und im nahen Infrarot 750-775 nm) mit einer spektralen Auflösung von 0,12-0,5 nm. Die Spektrometer können durch die Analyse der Atmosphäre in diesen Wellenlängenbereichen wertvolle Informationen über den Zustand unserer Atmosphäre liefern.

Das optische System für Sentinel-4 besteht aus 19 Linsen. Jede dieser Linsen ist einzigartig, hochgenau geklebt und auf den Mikrometer genau gefertigt. Im Rahmen der Entwicklung dieser Optiken wurden mehrere große technische Anforderungen gelöst:

• Spannungsfreie Halterung der Linsen, um die optische Abbildungsqualität des Gesamtsystems zu sichern
• Technologische Randlackierungen der Einzellinsen, um Streulicht zu verhindern
• Justage im µm Bereich, um die Abbildungsqualität aus 36.000 km zu realisieren
• Stabilitätsanforderungen, welche sich aus dem Raketenstart und dem im All vorherrschenden Umgebungsbedingen ergeben

Für optische Systeme, welche sehr sensibel auf Temperaturschwankungen reagieren, ist es notwendig, ein sogenanntes „athermales Design“ zu entwickeln - das heißt, ein gegenüber Temperaturschwankungen unempfindliches System. Die besondere Herausforderung besteht darin, die Abhängigkeit verschiedenster Materialien vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten und der Änderung des Brechungsindex zu kompensieren. Durch die Implementierung eines durch die Jena-Optronik entwickelten und patentierten opto-mechanischen Designs, ist es gelungen, ein über einen Temperaturbereich von 20 Kelvin stabiles optisches System zu bauen.

Haftungsausschluss: Dieser Artikel wurde im Rahmen eines Programms der Europäischen Weltraumorganisation durchgeführt und von dieser finanziert. Die hierin geäußerten Ansichten können in keiner Weise als die offizielle Meinung der Europäischen Weltraumorganisation angesehen werden.