Kann die Luft- und Raumfahrt zum Hochwasserschutz beitragen? „Eye of the Sky“ eilt aus Tausenden von Kilometern Entfernung zur Hilfe und ein unbemannter „Retter“ erscheint am Himmel!

Aufgrund extremer Wetterbedingungen wie starker Regenfälle und Taifuns kam es in letzter Zeit in vielen Teilen meines Landes zu Überschwemmungen. Welchen Beitrag kann die wachsende Luft- und Raumfahrtmacht meines Landes angesichts der äußerst ernsten Lage im Bereich Hochwasserschutz und -kontrolle leisten? Welche Prinzipien der Luft- und Raumfahrttechnik spiegeln sich dahinter wider?

„Sky Eye“ eilt aus Tausenden von Kilometern Entfernung zur Hilfe

Im Jahr 2018 wurde in meinem Land offiziell das Ministerium für Katastrophenschutz eingerichtet. Das ihm unterstellte Nationale Zentrum für Katastrophenvorsorge ist insbesondere dafür verantwortlich, verschiedene technische Unterstützungsmaßnahmen zur Katastrophenvorbeugung, -minderung und für Notfallrettungseinsätze bereitzustellen, darunter auch die zunehmend eingesetzte Satellitenfernerkundung. Da sich die Möglichkeiten der Satellitenfernerkundung ständig verbessern, können die zuständigen Abteilungen wichtige Daten rechtzeitig überwachen und sammeln, frühzeitig Warnungen herausgeben, bevor Katastrophen großen Ausmaßes ausbrechen und Sicherheitsrisiken entstehen, und so Leben und Eigentum der Menschen bestmöglich schützen.

Die Fernerkundungssatelliten meines Landes liefern zeitnahe Bilder von Katastrophengebieten

Während der Sommerhochwassersaison 2020 überwachte und analysierte beispielsweise GF-3, der erste C-Band-Multipolarisations-Synthetic-Aperture-Radar-Satellit meines Landes mit einer Auflösung von 1 Meter, Hochwasserkatastrophen im Gebiet des Poyang-Sees rund um die Uhr. Durch die Analyse der vom Satelliten aufgenommenen Bilder kann das Bodenpersonal die Ausdehnungsgeschwindigkeit und den Zustand der Wasserfläche des Poyang-Sees schnell erkennen. Nach der Analyse der Bilder und der Zusammenfassung der Daten verfügt das Bodenpersonal über ein umfassendes Lagebild in den Katastrophengebieten und kann so die Rettungskräfte aller Beteiligten gezielter koordinieren und die Katastrophenhilfe und -minderung effizienter durchführen.

Darüber hinaus kann die Satellitenfernerkundungstechnologie dem Bodenpersonal dabei helfen, Bilder zu überwachen und Bodeninformationen über ein großes Gebiet zu sammeln, die Standorte von Hochrisikodeichen zu bestimmen und die Risikobeseitigung zu beschleunigen. Im Falle einer Gefahrensituation, wie etwa einem Dammbruch, können Fernerkundungssatelliten Ort, Ausmaß und Reichweite des Bruchs dynamisch überwachen, die Katastrophenlage einschätzen und Unterstützung bei der Entsendung von Einsatzkräften leisten. Nach der Überschwemmung wird das Bodenpersonal weiterhin Satellitenfernerkundungstechnologie verwenden, um eine detaillierte Überwachung durchzuführen und die Katastropheninformationen vor Ort weiter zu überprüfen. Bei ähnlichen Katastrophenrettungsaktionen in diesem Jahr an vielen Orten in Hunan und bei einem Unfall, bei dem aufgrund von Sturzfluten auf einigen Abschnitten der Ya'an-Kangding-Schnellstraße in Sichuan Fahrzeuge abstürzten und Menschen den Kontakt verloren, lieferten Fernerkundungssatelliten erstmals hochauflösende Bilder und wichtige Daten, um die Such- und Rettungsarbeiten zu unterstützen.

Da das technische Niveau inländischer Fernerkundungssatelliten immer höher wird und ihre Bereitstellung und Vernetzung immer perfekter wird, sind die entsprechenden Kräfte ins Ausland geeilt, um den Nachbarländern und -regionen bei der Überwachung und Warnung vor größeren Naturkatastrophen zu helfen. Die wundersame Wirkung der Satellitenfernerkundungstechnologie ist untrennbar mit der starken Unterstützung des Beidou-Satellitennavigationssystems verbunden.

Öffentlichen Informationen zufolge sind die traditionellen Methoden zur Überwachung der Wassersituation in meinem Land relativ einfach. Zur Überwachung von Wasserständen und -strömungen werden hauptsächlich Kontaktmethoden zur Überwachung der Wassersituation verwendet. Ihnen fehlt die Möglichkeit, plötzlich auftretende Gebirgsströmungen aufgrund starker Regenfälle sowie Flüsse mit begrenzten Daten zu Wasserständen und Strömungsverhältnissen rechtzeitig zu überwachen. Darüber hinaus ist die Verteilung der Überwachungs- und Berichtsstandorte ungleichmäßig, und in abgelegenen Gebieten mit schlechten Netzwerkkommunikationsbedingungen sind Informationsverzögerungen unvermeidlich, die schwerwiegende Folgen haben können.

Um den Anforderungen der nationalen Sicherheit sowie der sozialen und wirtschaftlichen Entwicklung gerecht zu werden, hat mein Land das globale Satellitennavigationssystem Beidou eigenständig entwickelt. Das BeiDou-System deckt nicht nur nahtlos die gesamte Landfläche meines Landes und die umliegenden Gewässer ab, sondern bietet Benutzern weltweit auch bei jedem Wetter und rund um die Uhr hochpräzise Ortungs-, Navigations- und Zeitdienste. Auch andere Mehrwertdienste haben einen bedeutenden Beitrag zur Hochwasserprävention und Katastrophenvorsorge des Landes geleistet.

Beispielsweise hat die hochpräzise Positionierungsfunktion des Beidou-Systems im Bereich der Sicherheitsüberwachung von Stauseen und Staudämmen eine bedeutende Rolle gespielt. Das System verwendet zunächst die Beidou-Basisstation, den Sickerwasserzähler, das Piezometer und andere Sensoren der Beidou-Überwachungsstation, um Daten in Echtzeit zu erfassen, und überträgt die Überwachungsdaten dann über das Netzwerk zur Zusammenfassung und Zusammenstellung an das Reservoir-Überwachungszentrum, wodurch eine wetterunabhängige Überwachung des Sickerwasserdrucks, der Sickermenge, der Verschiebung und der Setzung des Reservoirabschnitts möglich ist.

Dementsprechend kann die hochpräzise Positionierungstechnologie auch zur Überwachung und Frühwarnung anderer geologischer Katastrophen eingesetzt werden. Im Jahr 2020 installierte der Kreis Shimen in der Provinz Hunan am Risikogebiet für geologische Katastrophen in Leijiashan das hochpräzise Satellitenüberwachungs- und Frühwarnsystem Beidou für geologische Katastrophen und überwachte über 11 Überwachungspunkte verschiedene geologische und hydrologische Informationen in Echtzeit. Das System hat bereits mehrere Male hintereinander orangefarbene Warnungen vor geologischen Katastrophen herausgegeben und so den umliegenden Dorfbewohnern geholfen, ihre Dörfer schnell zu evakuieren und der Gefahr großflächiger Erdrutsche erfolgreich zu entgehen.

Kommunikation „übernimmt die Aufgabe in Krisenzeiten“

Nach dem Bau hydrologischer Telemetriestationen in Flüssen, Seen, Stauseen, Kanälen, im Grundwasser und anderen Gewässern können Sensoren wie Regenmesser, Wasserstandsmesser und Strömungsmesser automatisch Informationen wie Niederschlag, Wasserstand und Durchflussrate erfassen und die Daten automatisch und in Echtzeit an das Überwachungszentrum melden, sofern die Kommunikation reibungslos funktioniert.

Für die Übertragung hydrologischer Daten werden üblicherweise viele Kommunikationskanäle verwendet, das Gebiet muss jedoch durch ein stabiles Kommunikationsnetz abgedeckt sein. Das Satellitennavigationssystem Beidou kann als Backup-Notfallkommunikationskanal für hydrologische Telemetriestationen in Gebieten dienen, in denen das Bodenkommunikationsnetz schlecht ist. Darüber hinaus beträgt die Einzelkommunikationskapazität des Beidou-Kurznachrichtendienstes in meinem Land und den umliegenden Gebieten bis zu 1.000 chinesische Schriftzeichen und weltweit 40 chinesische Schriftzeichen, was im Wesentlichen den Anforderungen im Bereich der hydrologischen Überwachung und Berichterstattung entspricht.

Während der Sommerhochwassersaison 2020 kam es beispielsweise einmal zu Störungen am Hauptkanal des automatischen Überwachungs- und Meldesystems der hydrologischen Station Shipai in der Stadt Anqing in der Provinz Anhui, was zu einer Unterbrechung der Übertragung von Informationen zum Wasserstand führte. Das Beidou-System musste „weiterleiten“, um sicherzustellen, dass die Wasserinformationen rechtzeitig hochgeladen wurden.

Sollte der Taifun jedoch schwere Überschwemmungen oder geologische Katastrophen verursachen, besteht die Gefahr, dass die Kommunikationssysteme in manchen Gebieten instabil werden oder unterbrochen werden. Zu diesem Zeitpunkt wird die tragbare Satellitenbasisstation zum Einsatz gebracht und unterstützt die Rettungskräfte dabei, die „Lebensader“ schnellstmöglich aufzubauen.

Tragbare Satellitenbasisstationen spielen eine Schlüsselrolle bei Hochwasserschutz und Katastrophenhilfe

Derzeit hat die tragbare Satellitenbasisstation, die von den Kommunikationsingenieuren meines Landes für die Notfallrettung verwendet wird, ein Gesamtgewicht von nur 13,5 Kilogramm und kann nach dem Zusammenfalten in einen Rucksack gesteckt werden. Nach einfachen Vorgängen können Kommunikationsingenieure problemlos eine Basisstation zur automatischen Satellitenausrichtung einrichten. Diese Art von Satellitenbasisstation verfügt im Allgemeinen über einen eigenen Akku mit großer Kapazität und eine WLAN-Funktion. Es kann die Verbindung zum Mobilfunknetz innerhalb von 3 Minuten wiederherstellen, mehr als 30 Personen gleichzeitig beim Sprechen unterstützen und 2,5 Stunden lang einen Notfall-Netzwerkschutz bieten. Es eignet sich besonders für die Notfallkommunikation unter extremen Bedingungen wie Leistungsschaltern, Netzwerkausfällen und Stromausfällen.

Mit der zunehmenden Verbreitung der Tiantong-Satellitenanwendungen ist auch die Funktion für direkte Mobiltelefonanrufe immer beliebter geworden. Sie spielt eine wichtige Rolle bei der Kommunikation und Koordinierung von Not- und Katastrophenhilfemaßnahmen und trägt zur emotionalen Stabilisierung der Menschen in Katastrophengebieten bei.

Unabhängig davon, ob es sich um eine Satellitenbasisstation oder ein Satellitentelefon handelt, ist eine Hardwareunterstützung erforderlich. Dies ist die Gelegenheit für Hochdurchsatzsatelliten, ihre Leistungsfähigkeit unter Beweis zu stellen. Im Vergleich zu herkömmlichen Satelliten verfügen Hochdurchsatzsatelliten über eine bessere Signalstärke und Kommunikationsgeschwindigkeit. Sie unterstützen nicht nur einfache Anrufe, sondern können auch die Videokommunikation und den Internetzugang für das Personal vor Ort effektiv sicherstellen.

Kein "Retter" ist im Himmel

Schließlich wird die satellitengestützte Notfallrettung durch Wiederbesuchszyklen, atmosphärische Störungen usw. beeinflusst. Bei Notfallrettungseinsätzen mit kleinerem Umfang und höheren Anforderungen an die Aktualität spielen Drohnen oft eine größere Rolle. mein Land hat einmal einen unbemannten Hubschrauber entsandt, der mit einem Phased-Array-Terminal für ein Hochdurchsatz-Satellitennetzwerk ausgestattet war, der eine sechsstündige kontinuierliche 5G-Signalabdeckung in einem Gebiet von 80 Quadratkilometern erreichte und gleichzeitig 2.400 Benutzern Netzwerkdienste zur Verfügung stellte.

Tatsächlich sind die von den Luft- und Raumfahrteinheiten meines Landes entwickelten Drohnen technologisch hochentwickelt und vielfältig. Sie zeichnen sich durch besondere Merkmale wie Mobilität, schnelle Reaktion, einfache Bedienung und vielfältige Funktionen aus. Sie werden häufig bei verschiedenen komplexen Rettungseinsätzen eingesetzt. Neben der Unterstützung der Netzwerkkommunikation spielen Drohnen auch eine wichtige Rolle bei der Katastrophenerkennung.

Drohnen führen Notfallkartierungsmissionen durch

In der Vergangenheit waren Rettungskräfte nach Hochwasserkatastrophen eher auf bemannte Flugzeuge und Schnellboote angewiesen, die hinsichtlich Einsatzzeitpunkt und Passierbarkeit stärkeren Einschränkungen unterlagen. Heutzutage können Drohnen mit Erkennungssystemen ausgestattet werden, wodurch sie effizienter und häufiger eingesetzt werden können und wertvolle Informationen über die Front der Katastrophenrettung liefern. Noch wichtiger ist, dass Drohnen relativ günstig im Einsatz, tragbar und einfach zu bedienen sind. Rettungskräfte können mehrere Drohnen gleichzeitig fliegen lassen oder sich „Strom leihen“, um Drohnen über einen längeren Zeitraum fliegen zu lassen. Sie können mithilfe von sichtbarem Licht, Infrarot und anderen Erkennungsnutzlasten Echtzeit-Videoaufnahmen des Katastrophengebiets machen, 3D-Modelldaten sammeln, verfeinerte 3D-Modelle bereitstellen und diese schnell an die Katastrophenhilfezentrale zurücksenden. So bieten sie wirksame technische Unterstützung bei der Ausarbeitung wissenschaftlicher und sinnvoller Katastrophenhilfepläne.

Aufgrund der Überschwemmung konnten einige der eingeschlossenen Personen nicht sofort evakuiert werden. Zu diesem Zeitpunkt kann die Drohne ihre Flexibilität und Manövrierfähigkeit voll ausspielen, um Dinge des täglichen Bedarfs und Rettungsausrüstung rechtzeitig auszuliefern. Wenn beispielsweise Hochwasser Brücken zerstört und die Verbindung zwischen den beiden Ufern blockiert, können Rettungskräfte Drohnen einsetzen, um Schleppseile auf die andere Seite zu bringen, beim Aufbau eines Überquerungssystems zu helfen und einen Kanal für den Transport lebensrettender Hilfsgüter zu schaffen. Die speziell modifizierte Notfall-Rettungsdrohne verfügt über ein vollautomatisches Positionierungssystem. Der Bediener muss lediglich die Koordinaten des Lieferorts, die Umgebungskarte usw. eingeben, um die Liefermission automatisch auszuführen.

Bei Hochwasser- und Schlammlawinenkatastrophen in Bergregionen können Drohnen ihre starke Windbeständigkeit, hervorragende Stabilität und geringe Geräuschentwicklung ausnutzen, um an Umsiedlungsorten Notbeleuchtung und andere Dienste bereitzustellen. Sie müssen lediglich mit einer Hochleistungslichtquelle ausgestattet und über Kabel mit dem Boden verbunden werden, um eine nahezu „unbegrenzte Flugzeit“ zu haben, zum „hellsten Stern am Nachthimmel“ zu werden und bei der Umsiedlung von Menschen zu helfen.

Darüber hinaus werden Drohnen häufig in der Rettungshilfe, bei Such- und Rettungseinsätzen, bei der Notfallvermessung und -kartierung und in anderen Bereichen eingesetzt. Man kann sagen, dass sie umfassende technische Unterstützung im Hochwasserschutz und in der Katastrophenhilfe leisten.

Tatsächlich haben bei den Katastrophenhilfemaßnahmen meines Landes nach Überschwemmungen verschiedene Arten von Produkten der Luft- und Raumfahrttechnologie wie Satelliten, mobile Kommunikationseinrichtungen und Drohnen eine koordinierte Zusammenarbeit und ergänzende Vorteile erreicht. Da sich die Leistungsfähigkeit von Luft- und Raumfahrtprodukten weiter verbessert und ihre Anwendungsmöglichkeiten immer vielfältiger werden, bin ich davon überzeugt, dass die Katastrophenhilfe und -minderung in meinem Land effizienter und bequemer werden und der Verlust von Menschenleben und Eigentum weiter reduziert wird.

(Autor: Lin Yinzhi. Bildquellen: China Resources Satellite Application Center, China Unicom Huhao und Aerospace Rainbow UAV Co., Ltd.; Gutachter: Jia Yang, Forscher der Generalabteilung der China Academy of Space Technology)