Flugzeuggestützte Meeresüberwachung 2:
Detektion von Öl über große Entfernungen mit Radar

Szenario

Mit viel Glück kann der Pilot eines Überwachungsflugzeugs Ölflecken auf seinem Flugkurs über See finden. Meist ist das aber nicht der Fall! Daher benötigt man einen Sensor, der in der Lage ist, Ölflecken über große Entfernung zu finden. Dieser Sensor ist das Radar, insbesondere das sog. Seitensichtradar oder SLAR (Side-Looking Airborne Radar).

Mit seiner unter dem Rumpf des Flugzeugs befestigten stabförmigen Antenne - wie im Bild unten zu sehen - strahlt das SLAR kurze Mikrowellenimpulse ab, die zur Wasseroberfläche hin gerichtet sind. Wasser ist ein guter Reflektor für Mikrowellen. Wellen an der Wasseroberfläche führen dazu, dass ein Bruchteil der Radar-Pulse zum Flugzeug zurückgestreut und mit der SLAR-Antenne empfangen werden kann. Öl auf dem Wasser dämpft die Wellen, weshalb die Pulse wie von einem glatten Spiegel vom Flugzeug weg reflektiert werden und die Antenne nicht erreichen.

Ein Überwachungsflugzeug mit einer langen stabförmigen SLAR-Antenne, die unter dem Rumpf befestigt ist.
Quelle: Havariekommando, Cuxhaven

Wir sind mit einem Überwachungsflugzeug unterwegs und beobachten das vom SLAR registrierte Bild auf dem Schirm des Missionsrechners. Plötzlich erscheint folgendes:

SLAR-Aufnahme der Meeresoberfläche rechts querab vom Flugzeug. Der Flugkurs verläuft parallel zum linken Bildrand. Die Fläche ist etwa 3000 m in Flugrichtung und 4000 m quer zur Flugrichtung.
Quelle: The Archimedes 2 Experiment, Joint Research Centre, Ispra Establishment.

Wie können wir das Bild deuten? Wellen an der Wasseroberfläche ergeben Echos der Radar-Pulse, und die Helligkeit der weißen Flecken entspricht der Intensität des Echos. Gebiete, in denen die Oberfläche glatt ist, liefern kein Radar-Echo und sind daher schwarz wiedergegeben.

Fragen

Wie interpretieren Sie die schwarzen und weißen Flächen im SLAR-Bild? Wo würden Sie im Bild einen Ölfleck vermuten?
Können Sie Flächen innerhalb des Ölflecks feststellen, in denen dünnere oder dickere Filmdicken vorhanden sind?
Welche Vor- und Nachteile hat ein SLAR für die Detektion von Öl?
Können Sie das SLAR empfehlen, um
a) dünne Ölfilme infolge von kontrollierten (und meist unerlaubten) Einleitungen geringer Mengen zu messen?
b) dünne Ölfilme, wie sie durch kontrollierte Einleitungen zustande kommen, von größeren Ölmengen nach Schiffsunfällen zu unterscheiden?

Vorgehen

Erste Schulstunde:
- Bearbeiten Sie einzeln oder in Zweiergruppen die Fragen zu den physikalischen Eigenschaften von Öl und seinem Verhalten auf der Wasseroberfläche
- klären Sie, welche Hintergrundinformationen erforderlich sind, um diese Fragen zu behandeln
- Vergeben Sie an einzelne Mitglieder der Gruppe spezielle Aufgaben, die bis zur nächsten Stunde bearbeitet und gelöst werden sollen.
Dies sollte es Ihnen erlauben, die gestellten Fragen zu lösen und die Ergebnisse in der Klasse vorzustellen.

Bitte beachten: nicht jede weiter unten genannte Hintergrundinformation ist zur Bearbeitung der Fragen erforderlich. Entscheiden Sie selbst, welche Informationen wesentlich sind.
Hausaufgabe: Lösen Sie die von der Gruppe an Sie vergebene Aufgabe.
Zweite Schulstunde:
- stellen Sie Ihrer Gruppe vor, was Sie gelernt haben
- Diskutieren Sie, inwieweit Frage 4 mit Ihren Ergebnissen beantwortet werden kann
- stellen Sie Ihre Ergebnisse unter Nutzung der von Ihnen verwendeten Materialien vor.