Lexikon der Fernerkundung

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halbräumlicher Emissionsgrad

Engl. semi-spatial emission factor, franz. degré d‘émission semi-spatial; nach DIN 18716 das " Verhältnis der spezifischen Ausstrahlung des betrachteten Temperaturstrahlers zu derjenigen des Planckschen (Schwarzen) Strahlers gleicher Temperatur".

HALE

Engl. Akronym für High Altitude Long Endurance System / Aircraft / UAV; unbemanntes Luftfahrzeug mit zivilem oder militärischem Einsatzzweck, das in der Lage ist in einer Höhe von mindestens 30.000 ft (9.100 m) und mit einer unbestimmten Reichweite zu fliegen. Es gibt unterschiedliche Definitionen, die abhängig vom Entwicklungsstand der Technologie und von den jeweiligen Anbietern noch Veränderungen unterworfen sind.

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HALO

Engl. Akronym für High Altitude and LOng Range Research Aircraft; aus einer Gulfstream G550 umgebautes Höhenforschungsflugzeug des DLR und anderen Zentren der Helmholtz-Gemeinschaft. HALO ersetzt das Forschungsflugzeug Falcon 20-E und wurde im August 2012 nach mehrjährigem Umbau und Vorbereitung offiziell dem DLR übergeben. Mit einer Flughöhe von mehr als 15 km (Übergangsbereich Troposphäre /Stratosphäre), einer maximalen Flugdauer von 10 Stunden und einer Reichweite von mehr als 8.000 km ermöglicht HALO erstmals Messungen auf der Skala von Kontinenten auf allen Breiten sowie in Höhen bis zur unteren Stratosphäre. Dabei kann das neue Forschungsflugzeug bis zu drei Tonnen wissenschaftliche Nutzlast mit führen.
Damit übertrifft HALO seinen Vorgänger um ein Vielfaches: Mit der Falcon 20E, die 2010 die Vulkanasche-Schicht über Europa vermessen hat – konnten die Wissenschaftler bei einer Reichweite von etwa vier Stunden bislang nur Höhen von maximal 12.700 Meter erreichen und nicht viel mehr als eine Tonne Nutzlast transportieren.
Die Klimaforscher erhoffen sich eine Vielzahl neuer Erkenntnisse, etwa über den bislang nur schwer zu erreichenden Übergangsbereich zwischen Troposphäre und Stratosphäre. Diese Region in bis zu 16 km Höhe beeinflusst wesentlich den atmosphärischen Energiehaushalt und den Transport von Spurengasen. Daneben ist der Einfluss von Eiswolken (Zirren) in großen Höhen von enormer Bedeutung: Der Klimaeffekt kann durch sie verstärkt oder abgeschwächt werden. Die stetig wachsende Flotte kommerzieller Flugzeuge beeinflusst diese Zirren durch Kondensstreifen und Aerosole mit bislang unbekannten Konsequenzen.

Halo - Operationshöhe HALO - Höhenprofil (Operationshöhen)

HALO basiert auf einer Gulfstream G550 - einem großen Business Jet. Dieser Flugzeugtyp entspricht den Anforderungen der HALO-Nutzer am besten:

  1. Reichweite über 10.000 km oder mehr als 10 Flugstunden für transkontinentale Experimente und Langzeitmessungen
  2. garantierte Steighöhe über 15 km
  3. maximale Nutzlast 3 Tonnen
  4. eine große nutzbare Kabinenfläche von 20-30 m² für den gleichzeitigen Betrieb von mehreren komplementären Instrumenten mit entsprechendem Personal aus unterschiedlichen Forschergruppen (für multidisziplinäre und internationale Projekte)
  5. Potential für schnelle Umbauten für eine große Vielfalt von Anwendungen und für flexiblen Einsatz als Forschungsflugzeug mit verschiedenen Instrumentkonfigurationen für unterschiedliche Forschungsprojekte

Von den geplanten Messkampagnen mit HALO werden in neun wichtigen Forschungsbereichen wesentliche Erkenntnisse erwartet:

  1. Atmosphärenchemie und globale Luftverschmutzung
  2. Atmosphärendynamik und Atmosphärentransport
  3. Wolkenforschung
  4. Meteorologische Forschung
  5. Klimaforschung
  6. Globaler Kohlenstoffkreislauf
  7. Polarforschung
  8. Erdbeobachtung
  9. Geophysik und Geodäsie

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken - Quelle: http://www.halo.dlr.de/about/

 

Weitere Informationen:

HALOE

Engl. Akronym für Halogen Occultation Experiment; Atmosphärensensor an Bord des Upper Atmospheric Research Satellite (UARS), in Betrieb von 1991-2005. Mit solarer Okkultationsmessung werden Vertikalprofile u.a. zu O3, HCl, HF, CH4, H2O, NO, NO2 erstellt.

Weitere Informationen:

Helios 1/2

Helios 1 und Helios 2 waren deutsche (BMFT, DFVLR, MBB), in Kooperation mit der NASA entwickelte Sonden zur Erforschung des sonnennahen Raums. Die beiden Sonden wurden nach dem griechischen Sonnengott Helios benannt. Sie wogen rund 370 kg und hatten 10 wissenschaftliche Experimente an Bord. Die Sonden hatten die Form einer überdimensionalen Garnrolle, die an der Oberfläche abwechselnd mit speziellen Spiegeln und Solarzellen bedeckt war. Sie rotierten ständig um die eigene Achse, damit im Inneren eine Temperatur von 20° C aufrecht erhalten werden konnte - bei Außentemperaturen von bis zu 300 °C. Ein Reserveexemplar steht im Deutschen Museum München als Ausstellungsstück.

Helios-Montage bei MBB Helios Aufbauschema Links: Helios-Monatge bei MBB

Quelle: http://www.deutsches-
museum.de/ausstell/meister/helios.htm


Rechts: Aufbau der Heliossonde

 

Legende zum Aufbauschema (rechts):
1: schwach bündelnde Antenne
2: Antenne (mittlere Richtwirkung)
3: Antenne (hohe Richtwirkung)
4: Magnetometer
5: Elektronik
6: Zodiakallicht-Photometer
7: Druckgasbehälter
8: Antenne für Radiowellen-Untersuchungen
9: Solarzellen

Quelle: http://www.bernd-leitenberger.de/text/helios.html

Helios 1 startete am 10. Dezember 1974 auf einer Titan-Centaur-Rakete. Die Sonde erreichte eine Sonnenumlaufbahn mit einer minimalen Sonnenentfernung von 46,5 Millionen Kilometern. Der Kontakt zu Helios 1 ging am 16. März 1986 verloren. Helios 1 war die erste Raumsonde, die nicht aus der UdSSR oder den USA stammte.
Helios 2 startete am 15. Januar 1976 ebenfalls auf einer Titan-Centaur-Rakete. Diese Sonde kam bis auf 43,5 Millionen Kilometern an die Sonne heran. Die Mission von Helios 2 endete bereits im Dezember 1981.

Weitere Informationen:

HELIOS I

Name für das erste europäische optische Satellitenaufklärungssystem. Das Programm wurde gemeinsam von Frankreich, Spanien und Italien finanziert und beinhaltet ein weltraumgestütztes Segment und eine Bodenkomponente. Das System ist in der Lage, hochauflösende täglich aktualisierte Bilder an jeden Punkt der Welt zu liefern. Der erste der zwei Satelliten HELIOS IA wurde 1995 gestartet, 1999 folgte der Start von HELIOS IB. Um den Anforderungen der Partnerländer des HELIOS-Programms zu entsprechen, wird jeden Tag der Einsatzplan für die Satelliten neu festgelegt. Bis heute hat das System mehr als 100.000 Aufnahmen geliefert. Die Bodenstation für Helios befindet sich in Creil.
Die maximale Auflösung beträgt 1 m, der Swath (Breite des beobachteten Gebietes bei einem Überflug) 10 km.

Der erste Satellit (HELIOS IA) wurde am 7. Juli 1995 ins All geschossen. HELIOS IB folgte am 3. Dezember 1999 und wurde nach einem Fehler in der Stromversorgung im Oktober 2004 aus dem Helios 1A Orbit entfernt. Der erste HELIOS II-Satellit wurde Ende 2004 gestartet, um den Ausfall von Helios 1B zu kompensieren.

HELIOS II

Die zweite Generation der europäischen optischen Satellitenaufklärungssysteme, entwickelt im Rahmen eines Gemeinschaftsprogramms unter Beteiligung Frankreichs, Belgiens und Spaniens. Das System aus zwei Satelliten und einem Bodensegment bietet eine Reihe von Verbesserungen: höhere Bildauflösung, IR-Bildverarbeitung für Nachteinsätze und kürzere "Revisit"-Zyklen. Darüber hinaus gibt es Instrumente, die für Abhörmaßnahmen eingesetzt werden (Telefongespräche etc.). Neben Aufklärungsarbeiten dient Helios ebenso dazu, Guidingsaufgaben beim Einsatz der europäischen Marschflugkörper vom Typ Storm Shadow/ SCALP zu übernehmen.
Das neue Nutzer-Bodensegment wurde 2003 in Dienst gestellt und der erste Satellit der neuen Generation Helios IIA, wurde von der Trägerrakete Ariane am 18. Dezember 2004 in die Umlaufbahn gebracht. Das System verarbeitet auch Daten vom weiterhin eingesetzten HELIOS IA. HELIOS IIB wurde im Dezember 2009 gestartet.

HELIOS II gilt nicht nur als bahnbrechender Fortschritt im Hinblick auf die Fähigkeit Europas, satellitengestützte militärische Aufklärungsdaten zu nutzen, sondern eröffnet auch neue Dimensionen für die europäische Verteidigung. Neue bilaterale Vereinbarungen (Frankreich-Deutschland, Frankreich-Italien) werden den gemeinsamen Zugriff auf die von HELIOS II, dem deutschen Radarsatellitensystem SAR-Lupe und dem italienischen System Cosmo-SkyMed gelieferten Daten ermöglichen.

heliosynchrone Umlaufbahn

s. sonnensynchrone Umlaufbahn

Helligkeit

Engl. brightness; als Maße für die mittlere Helligkeit in einem Bild sind der Mittelwert oder der Median der Grauwertverteilung geeignet.

HEO

Engl. Akronym für Highly Elliptical Orbit; elliptische Umlaufbahn.

Herschel Space Observatory

Erstes Weltraumobservatorium (Herschel Space Observatory), das mit seinem strahlungsgekühlten Teleskop mit drei wissenschaftlichen Instrumenten im Brennpunkt den kompletten Wellenlängenbereich des Fernen Infrarot (FIR) bis zum Sub-Millimeter-Bereich (60 bis 670 Mikrometer) abdeckt.
Dieser Bereich kann vom Erdboden aus wegen des eingeschränkten atmosphärischen Fensters nicht beobachtet werden.
Herschels drei Instrumente Sind: HIFI (Heterodyne Instrument for the Far Infrared), ein hochauflösendes Spektrometer; PACS (Photoconductor Array Camera and Spectrometer); und SPIRE (Spectral and Photometric Imaging REceiver). PACS und SPIRE sind Kameras und abbildende Spektrometer, die gemeinsam den Wellenlängenbereich von 55-672 Mikrometer (µm) abdecken. HIFI arbeitet in den zwei Wellenlängenbereichen 157–212 µm und 240–625 µm.
Das von der ESA entwickelte 3,4 t schwere Infrarotweltraumteleskop wurde zusammen mit dem Planck-Weltraumteleskop mit einer Ariane-Rakete am 14. Mai 2009 gestartet. Der Hauptspiegel hat einen Durchmesser von 3,5 Metern, der aus zwölf Segmenten Siliciumcarbid (SiC) bei EADS-Astrium in Toulouse gesintert wurde. Herschel hat somit den größten aus einem Stück bestehenden Spiegel, der bisher für ein Weltraumteleskop gefertigt wurde und wird in dieser Eigenschaft erst vom James Webb Space Telescope abgelöst werden (voraussichtlich 2018), das jedoch einen aufklappbaren Spiegel haben wird. Ein Weltraumteleskop mit einem größeren einteiligen Spiegel ist bisher nicht geplant.
SiC ist ein außergewöhnlicher Werkstoff, dessen mechanisch-thermale Eigenschaften die Konstruktion sehr großer, aber ultraleichter Geräte ermöglichen: der Spiegel von Astrium ist mit seinen 3,5 m das größte je in den Weltraum transportierte bildererzeugende Teleskop und wiegt doch nur 350 kg, während es in der Standardtechnologie ausgeführt 1,5 Tonnen wiegen würde.

Herschel Space Observatory

Das Observatorium ist nach dem hannoveranisch-britischen Astronomen und Musiker William (Friedrich-Wilhelm) Herschel benannt.

Links: Mit einem Primärspiegel, der einen Durchmesser von 3,5 m hat, ist das Herschel Teleskop größer als jedes andere weltraumbasierte Teleskop. Mit Hilfe seiner Abschirmung gegenüber der Sonnenstrahlung kühlt das Teleskop passiv auf ca. 80 K (80 °C über dem absoluten Nullpunkt) ab, indem es seine Wärme in das Weltall abstrahlt.
Der Spiegel besteht aus Siliziumkarbid, ein leichtes Keramikmaterial, das resistent ist gegenüber Stress, Ermüdung und extremen Temperaturen. Es kann wie Glas poliert werden und weicht dabei von völliger Ebenheit um nicht mehr als ein Mikron ab, eine Anforderung, um Verzerrungen der aufgenommenen Bilder zu vermeiden.

Rechts: Künstlerische Darstellung des Raumfahrzeugs

Für größere Darstellung auf Grafik klicken
Quellen:
http://herschel.jpl.nasa.gov/spacecraft.shtml
http://www.mpe.mpg.de/projects-d.html#herschel
 

Damit die Instrumente nicht durch die eigene Wärmestrahlung geblendet werden, müssen sie mit Hilfe eines Kühlbehälters (Kryostat) bis auf minus 271 Grad Celsius - etwa zwei Grad über dem absoluten Nullpunkt - gekühlt werden. Dabei wird superfluides Helium eingesetzt. Bei dieser Temperatur kann über die empfindlichen wissenschaftlichen Instrumente Einblick in die unbekannten Bereiche des kalten frühen Universums genommen werden.

Nach dem Brennschluss der Oberstufe wurde um 13:38 UTC das Herschel-Teleskop wenige Minuten vor dem Planck-Weltraumteleskop auf einer hochelliptischen Umlaufbahn mit einer Apogäumhöhe von 1.197.080 km und einer Bahnneigung zum Äquator von 6° ausgesetzt. Von diesem Orbit wurde es antriebslos innerhalb von sechzig Tagen in die vorgesehene Umlaufbahn um den Lagrangepunkt L2 des Erde-Sonne-Systems gebracht. Das Weltraumteleskop fliegt auf einer 0,8-Millionen-Kilometer-Halo-Bahn um diesen Punkt. Dieser befindet sich, von der Sonne aus gesehen, ca. 1,5 Millionen Kilometer hinter der Erde.

Lagrange Punkte

Der L2-Punkt des Systems Erde-Sonne

Die Erde befindet sich auf einer stabilen Umlaufbahn um die Sonne, da die Vorwärtsbewegung unseres Planeten exakt die Gravitationskraft der Sonne bei dieser Entfernung (ca. 93 Mio. km) ausgleicht.
Alle Körper auf einer Umlaufbahn um die Sonne besitzen dieses Gleichgewicht zwischen Anziehungskraft und Vorwärtsbewegung. Da die Anziehungskraft mit der Entfernung abnimmt, bewegen sich weiter von der Sonne entfernte Objekte langsamer auf ihrer Bahn.
Wenn Sonne, Erde und ein noch weiter entferntes Raumfahrzeug sich alle zufälligerweise zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer Linie befänden, würde das Raumfahrzeug bald zurückfallen (unter der Voraussetzung, es setzt sein Triebwerk nicht ein) und wäre nicht in der Lage, mit der Erde mitzuhalten, wenn sie beide die Sonne umkreisen.
Aber es gibt einen Punkt - er befindet sich auf einer geraden Linie von der Sonne zur Erde und noch fast eine Million Meilen darüber hinaus - wo die kombinierten Anziehungskräfte von Sonne und Erde gerade so stark sind, dass ein Raumschiff, um diese Kräfte auszugleichen und auf dem Sonnenorbit zu bleiben, sich schneller vorwärts bewegen muss als bei dieser Entfernung von der Sonne üblich. Mit dieser erhöhten Geschwindigkeit hält das Raumschiff exakt Schritt mit der Erde auf ihren Umlaufbahnen. Sonne, Erde und Raumschiff bleiben in einer Linie.

Dieser Punkt wird als L2-Punkt des Systems Erde-Sonne bezeichnet, der zweite von fünf sogenannten ‚Lagrange-Punkten‘ (auch ‚Librationspunkten‘), benannt nach Joseph-Louis Lagrange (1736-1813), der ihre Existenz berechnete.

Wo immer die Erde gerade ist auf ihrem jährlichen Weg um die Sonne, ein L2-Raumfahrzeug wäre eine eine Million Meilen über der Nachtseite des Planeten. Und mit der Sonne und der Erde in seinem Rücken würde ein Teleskop an Bord des Raumfahrzeugs immer einen klaren, nicht unterbrochenen Blick hinaus ins Universum haben.

Für größere Darstellung auf Grafik klicken - Quelle: http://herschel.jpl.nasa.gov/lagrange.shtml

 

Zu den Hauptzielen von Herschel gehören Untersuchungen zur

  • Entstehung und Entwicklung von Galaxien, insbesondere entfernter junger Galaxien, die aufgrund ihres Staubgehalts hauptsächlich im fernen Infrarot ausstrahlen;
  • Entstehung und Entwicklung von Sternen, zum Beispiel durch großflächige Suche nach den frühesten Entwicklungsphasen der Sterne;
  • Physik und Chemie der interstellaren Materie;
  • Objekten in unserem Sonnensystem (Kometen und Planetenatmosphären).

Das Teleskop wurde nach dem Entdecker der Infrarotstrahlung Wilhelm Herschel benannt.
Ende April 2013 wurde die Mission für beendet erklärt, da das zur Kühlung benötigte Helium aufgebraucht war. Durch die fehlende Kühlung konnten die Instrumente wegen ihrer zu hohen Temperatur die Beobachtungen nicht mehr fortsetzen. Nach einer Reihe von sich anschließenden technischen Tests wurde der Satellit auf einen heliozentrischen Orbit gebracht und schließlich am 17. Juni 2013 endgültig abgeschaltet.

Herschel hat die in die Mission gesetzten Erwartungen übererfüllt.

Weitere Informationen:

High-Resolution Infrared Radiation Sounder (HIRS)

Sondierendes Instrument, das in Satelliten von NOAA (TIROS, POES) und EUMETSAT (MetOp) auf polarer Umlaufbahn installiert ist, und das die Energie misst, die von der Atmosphäre emittiert wird. Ziel ist, ein vertikales Temperaturprofil von der Erdoberfläche bis in 40 km Höhe zu erstellen. Die Messungen werden in 1 sichtbaren Kanal, 7 kurzwelligen und 12 langwelligen Infrarotkanälen vorgenommen. HIRS ist Bestandteil von TOVS und ATOVS.

Weitere Informationen:

Himmelsstrahlung

Engl. sky radiation oder skylight, franz. rayonnement du ciel; die von der gesamten Himmelskugel kommende diffuse elektromagnetische Strahlung ohne die direkte Sonnenstrahlung. Die kurzwellige Himmelsstrahlung mit Wellenlänge kleiner 3,5 mm besteht im wesentlichen aus der in der Atmosphäre an Molekülen, Aerosolpartikeln und Wolkentröpfchen gestreuten Sonnenstrahlung (der Anteil im sichtbaren Spektralbereich ist das Himmelslicht). Die auf eine horizontale Fläche auffallende direkte Sonnenstrahlung und die kurzwellige Himmelsstrahlung ergeben zusammen die Globalstrahlung. Die langwellige Himmelsstrahlung mit Wellenlängen größer 3,5 mm entspricht hauptsächlich der Wärmestrahlung der absorbierenden Spurengase, Aerosolpartikeln und Hydrometeoren; sie wird auch atmosphärische Gegenstrahlung genannt.

Hipparcos

Abgeschlossene wissenschaftliche Mission der ESA zur Astrometrie (Messung und Berechnung von Gestirnspositionen) mit dem Ziel, die Entfernung der Sterne innerhalb unserer Galaxie genau zu vermessen.

Weitere Informationen: Hipparcos (ESA)

HIRDLS

Engl. Akronym für High Resolution Dynamics Limb Sounder. Instrument an Bord des Satelliten Aura der NASA, das von der mittleren Troposphäre bis zur Mesosphäre Messungen der Temperatur, Spurenbestandteilen und Aerosolen vornimmt. Auch sichtbare und unsichtbare Cirrus-Wolken stehen in seinem Fokus.
Die Funktion des Sensors ist durch einen bereits beim Start erlittenen Schaden stark eingeschränkt.

Histogramm

Engl. histogram, franz. histogramme; nach DIN 18716 eine "tabellarische oder graphische Darstellung, die zeigt, wie häufig einzelne Grauwerte in einem digitalen Bild vorkommen".

Ein Histogramm stellt den quantitativen Anteil der Grauwerte beziehungsweise der Farbwerte in einer Grafik dar, d.h. für jeden möglichen Grauwert gibt das Histogramm seine absolute Häufigkeit an. Das Histogramm eines Bildes erlaubt auch eine Aussage über Kontrastumfang und Helligkeit des Bildes. Es enthält keine Information über die räumliche Verteilung der Grauwerte.
In einem farbigen Bild kann entweder ein Histogramm über alle möglichen Farben oder drei Histogramme über die einzelnen Farbkanäle erstellt werden; letzteres ist meist sinnvoller, da die meisten Verfahren auf Grauwertbildern basieren und so die sofortige Weiterverarbeitung möglich ist.
In der Bildverarbeitung berechnet man Histogramme, um beispielsweise für eine Farbreduktion die Grauwert-Verteilung zu ermitteln. In der beschreibenden Statistik sind Histogramme Grundlage zur Darstellung der klassifizierten Werteverteilung, aus der dann Balken- oder Säulendiagramme zur Visualisierung raumbezogener Verteilung entstehen können.

Histogrammspreizung

Engl. histogram stretching, franz. étendue d'histogramme; nach DIN 18716 ein Vorgang, durch den die Grauwertverteilung eines Bildes so verändert wird, dass ein bestimmter Zweck (z. B. visuelle Bildinterpretation) erleichtert wird.

hochaufgelöstes Bild

Engl. high resolution image; ein Bild mit mehr Pixel pro Flächeneinheit verglichen mit einem Bild mit geringerer Auflösung. Es weist damit einen größeren Detailreichtum auf.

Hochbildphotographie

Engl. pole aerial photography, ist eine spezielle Variante der Luftbildphotographie. Für die Aufnahme von Photos aus erhöhter Position werden häufig Hochstative (Teleskopmasten) mit einer Höhe von bis zu 25 Metern oder mehr eingesetzt. Die meisten Hochstativ-Systeme erreichen jedoch lediglich eine Höhe von ca. 15 Metern. Das Stativ ist meist als Drei- oder Vierbein-Stativ konzipiert oder wird an einem Fahrzeug montiert.
Am Kopf des Teleskops befindet sich eine Foto- oder Videokamera, die vom Boden aus komplett ferngesteuert wird (schwenken, neigen, zoomen, auslösen). Auch das Sucherbild wird (meist per Kabel) zum Boden übertragen und dort auf einem Monitor oder Notebook angezeigt.
Es gibt noch andere Arten der Luftbildfotografie ohne manntragendes Fluggerät. Drachen, Ballone, kleine Blimps, Modellflugzeuge, Modellhubschrauber und Quadrocopter werden ebenfalls zur Hochbildfotografie benutzt. Je nach Technik werden Höhen von bis über 500 Meter Aufnahmehöhe erreicht.
Eine andere Form der Hochbildfotografie ist das Fotografieren der Landschaft von hohen Bauwerken, wie zum Beispiel von den Aussichtsplattformen von Fernsehtürmen. Zu dieser Form der Hochbildfotografie ist keine besondere Ausrüstung nötig.

Höhenforschungsrakete

Höhenforschungsraketen tragen als Nutzlast wissenschaftliche Experimente in die Hochatmosphäre oberhalb der durch Ballone abgedeckten Höhen und unterhalb der Satellitenbahnen.

Sie folgen Parabolflugbahnen, deren Dauer durch das von ihnen erreichte Apogäum (erdfernster Punkt der Flugbahn) ermittelt wird und liefern vibrationsfreie Umgebungsbedingungen für Experimente zur Ermittlung von Werkstoffeigenschaften und -verhalten, von biologische Phänomenen und Experimenten auf vielen anderen Gebieten. Dies sind meist meteorologische oder aerologische Messungen, wie solche des Luftdrucks, der Temperatur oder der Windgeschwindigkeit in der Atmosphäre, aber auch Messungen anderer Art, wie die Untersuchung der elektrischen Eigenschaften der Ionosphäre. Daneben werden mit Hilfe von Höhenforschungsraketen auch astronomische Beobachtungen oder materialwissenschaftliche Untersuchungen durchgeführt.
Der durch die Flugzeit der Rakete bestimmte Zeitraum unter Schwerelosigkeit ist bei einigen Versuchen ausreichend, um eigenständige Ergebnisse zu gewinnen, in anderen Fällen werden diese Experimente als Vorbereitung für längerfristige Forschungsarbeiten im Weltraum  - an Bord der ISS - durchgeführt..
Eine Höhenforschungsrakete ist in der Regel ein ballistischer Flugkörper, der aus einer antreibenden Feststoffrakete und einem aufgesetzten Nutzlastbehälter besteht. Die Vorbereitungen zum Start sind wesentlich einfacher als z.B. in der Raumfahrt. Als Nutzlast werden Messinstrumente für wissenschaftliche Forschungen in Höhen zwischen 45 km und über 1.200 km befördert. Je nach Zielsetzung können folgende Instrumente eingesetzt werden:

  • Kameras zur Erdbeobachtung oder zur Himmelsbeobachtung
  • Temperatursensoren
  • Drucksensoren
  • Spektrometer aller Art (auch Massenspektrometer und Gaschromatographen)
  • Peilsender (können mit denen zur Telemetrie verwendeten Sender identisch sein)
  • Radioempfänger – zur Vermessung der Ionosphäre
  • Instrumente für Schwerelosigkeits-Experimente

In vielen Fällen fallen die Messinstrumente nach ihrem Höheneinsatz an Fallschirmen zurück zur Erde, um dort geborgen und deren Messungen ausgewertet zu werden, andererseits können die Messdaten auch per Funk übermittelt werden. Höhenforschungsraketen werden oft von mobilen Abschusseinrichtungen aus gestartet, um ihren Einsatzradius deutlich erweitern zu können.

Als Raketen können prinzipiell gelenkte oder ungelenkte Flüssigkeits-, Hybrid- oder Feststoffraketen eingesetzt werden. Aus Kostengründen werden heute als Höhenforschungsraketen - sofern das Experiment keine besondere Ausrichtung erfordert - meist ungelenkte Feststoffraketen verwendet. Solche Raketen werden auch als meteorologische Raketen bezeichnet. Gelenkte Feststoffraketen werden nur für Experimente, die eine exakte Flugbahn benötigen, verwendet. Flüssigkeits- und Hybridraketen werden gelegentlich für schwerere Nutzlasten verwendet.

Zur Messung von Windgeschwindigkeiten wird entweder die Position einer Messkapsel, die an einem Fallschirm zur Erde zurückkehrt und auch andere Messgeräte (zum Beispiel zur Bestimmung der Temperatur) besitzen kann, bestimmt oder es werden metallbeschichtete Kunststoffstreifen abgeworfen, deren Flugbahn mit einem Radargerät verfolgt werden kann. Auch die Erzeugung künstlicher Wolken, zum Beispiel aus Titandioxid ist hierfür möglich. Um das Magnetfeld der Erde zu vermessen, werden Kanister mit Alkali- oder Erdalkalimetallen mitgeführt, die am Gipfelpunkt der Bahn zur Explosion gebracht werden. Durch die Sonnenstrahlung werden diese leicht ionisierbaren Elemente ionisiert, und die geladenen Ionen verteilen sich in Abhängigkeit von den Feldlinien.

Höhenmesser (Altimeter)

Syn. Altimeter; in der Fernerkundung ein aktives System, das zur Höhenmessung eines Objektes über einem bestimmten Niveau verwendet wird. Altimeter können z.B. mit Radar- oder Laser-Systemen arbeiten.

Horizontalaufnahme

Engl. horizontal view, franz. vue horizontale; nach DIN 18716 die "waagerechte Aufnahme mit einem Neigungswinkel ≈ 90°".

Horizontalentfernung

Engl. ground range, franz. distance au sol; nach DIN 18716 die "aus der gemessenen Schrägentfernung abgeleitete horizontale Distanz".

hot spot

In der Fernerkundung

  1. Reflexionsmaximum elektromagnetischer Strahlung an Vegetation-Boden-Oberflächen bei Variation der Beobachtungsrichtung, wenn die Sonne als ausschließliche Strahlungsquelle direkt hinter dem Beobachter / dem Sensor steht. Ist diese Bedingung gegeben, wird ein Höchstmaß an sonnenbeschienener Vegetation gesehen, während Schatten in der Vegetationsbedeckung oder am Boden durch die besonnten Anteile größtenteils abgedeckt werden. Das Maximum der Reflexion in retrosolarer Richtung wird von Form und Neigung (leaf-angle distribution, LAD) reflektierender Blattformationen abhängen. Die Amplitude der hot-spot-Reflexion nimmt in Funktion zunehmender Zenitdistanz der Sonne ab. Das Ausmaß an hot-spot-Reflexion variiert in Funktion der horizontalen und vertikalen Struktur der Vegetationsbedeckung. Die Messung von hot-spot-Reflexionswerten gestattet die Abschätzung von Biomasse und Grad der Bodenbedeckung. Aus der Veränderung der bidirektionalen Reflexionsfunktion (BDRF) im Bereich des hot spot können Aussagen über Blattformen und Blattgrößen getroffen werden.

  2. Lokal ausgeprägte Temperaturmaxima in Thermalbildern. Die Emission von elektromagnetischer Strahlung im thermischen Infrarot ist für spezifische Bereiche der Erdoberfläche und unter speziellen Konditionen signifikant höher als in den umgebenden Bereichen. Damit sind Rückschlüsse möglich auf thermale Strahlungsmaxima in urbanen Bereichen, die auf maximale Versiegelungsgrade verorten, aber auch auf thermale Strahlungsmaxima, die auf Umweltbelastungen hinweisen. Wichtige Beispiele sind die Dokumentation von Temperaturfahnen in Mündungsbereichen aufgeheizter Kühlwässer von Kraftwerken in Flüsse und Seen oder lokale Temperaturextrema in Deponieflächen, die auf chemische Aktivität unter Luftabschluss und/oder auf Austritte von aufgeheizten kontaminierten Deponiewässern in Vorfluter schließen lassen.
HRPT

Engl. Akronym für High Resolution Picture Transmissions; Wettersatellitenbilder insbesondere der NOAA werden als HRPT übertragen, chinesische Wettersatellitenbilder als Color High Resolution Picture Transmissions (CHRPT) oder Wettersatellitenbilder der EUMETSAT als Advanced High Resolution Picture Transmissions (AHRPT). HRPT-Übertragungen sind weltweit empfangbar und sowohl für Wettersatelliten mit polarer wie auch mit geostationärer Umlaufbahn verfügbar.

HRSC

Engl. Akronym für High Resolution Stereo Camera; deutsche hochauflösende Stereokamera als Beitrag für die ESA-Sonde Mars Express. HRSC erfasst die Hälfte der Oberfläche des Mars mit einer Auflösung von 10 bis 20 m pro Bildpunkt. Später sollen drei Viertel des Mars mit mindestens 40 m pro Bildpunkt und der gesamte Mars in einer Auflösung von wenigstens 100 m/Pixel abgebildet werden. Die Kartierung ist kein Selbstzweck, sondern dient der Beantwortung der Frage: Gab oder gibt es auf dem Mars Wasser in flüssiger Form und damit auch Leben in Gestalt von Mikroben oder primitiven Vielzellern?

Mars Express hatte den Roten Planeten im Dezember 2003 erreicht und führt seither seinen Auftrag derart erfolgreich aus, dass die aktuelle Mission und damit seine Betriebszeit bis mindestens Ende 2012 verlängert wurden.

Die Kamera besitzt neun quer zur Flugrichtung angeordnete Zeilensensoren, die aus jeweils über 5.000 sieben Mikrometern kleinen CCD-Pixeln bestehen. Fünf der Sensoren erzeugen aus verschiedenen Blickwinkeln die hochaufgelösten Aufnahmen als Grundlage für 3D-Bilder, vier Sensoren liefern multispektrale Aufnahmen im sichtbaren Wellenlängen- und im nahen Infrarot-Bereich.

Eine modifizierte Version, HRSC-AX, ist für den Einsatz zur digitalen Photogrammetrie in Flugzeugen geeignet. Sie ist robust und mechanisch extrem stabil und erlaubt die Montage verschiedener INS-Systeme direkt am Sensorkopf. Sie verfügt über 9 Sensorzeilen mit je 12.000 Pixeln. Davon dienen 5 panchromatische Stereozeilen der Ableitung von Höheninformationen, während die übrigen 4 Zeilen mit Farbfiltern für infrarotes, rotes, grünes und blaues Licht ausgestattet sind.

HRSC-AX

Links: High Resolution Stereo Camera AX für den Einsatz in Flugzeugen
Rechts: Aufnahmeprinzip der HRSC-AX

Die HRSC arbeitet nach dem "Pushbroom"-Prinzip. Neun Bildstreifen werden gleichzeitig in Flugrichtung von neun parallel und hinter einem Objektiv installierten CCD-Sensoren aufgenommen. Fünf der neun CCD-Linien sind in spezifischen Blickwinkeln angeordnet, um die stereophotogrammetrischen Eigenschaften zu gewährleisten. Die anderen vier CCD's sind mit Filtern für die Aufnahme von Multispektralbildern versehen.
Der HRSC-Sensor beinhaltet als Hauptkomponenten die eigentliche Kamera sowie Peripheriekomponenten für Stabilisierung, Datenspeicherung, Kamerasteuerung und für die Aufzeichnung der Navigationsdaten. Dazu gehören:

  • der Sony Hochgeschwindigkeits-Bandrecorder zur kontinuierlichen Aufzeichnung der Bilddaten über mehrere Stunden
  • ine kreiselstabilisierte Plattform der Firma Zeiss, um hochfrequente Vibrationen und mechanische Schwingungen des Flugzeuges zu dämpfen und durchgängig einen nadirnahen Blickwinkel zu gewährleisten
  • ein Integriertes Applanix-Navigationssystem, bestehend aus einem GPS-Empfänger und einem Inertialsystem (INS) zur fortlaufenden Registrierung der Position, Lage und Orientierung
    Quelle: http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=31
 

Weitere Informationen:

HSB

Engl. Akronym für Humidity Sounder for Brazil; sondierender Sensor an Bord von Aqua zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeit von der Erdoberfläche bis in eine Höhe von ca. 10 km. Aus den HSB-Daten können weiterhin Schlüsse über die Regenintensität in einem bestimmten Beobachtungsgebiet gezogen werden. Das Instrument ist wegen eines Spiegeldefekts seit 2003 außer Betrieb.

Weitere Informationen:

Hubble Space Telescope (HST)

Gemeinsame, langfristig angelegte Astronomie-Mission von ESA und NASA zur Beobachtung des Universums in einem Wellenlängenbereich, der von ultraviolett bis zu infrarot reicht. Dieses breite Spektrum kann abgedeckt werden, weil sich das Teleskop ausserhalb der irdischen Atmosphäre in 600 km über der Erde befindet.

HST ist nach Edwin Powell Hubble (1889–1953) benannt, der einer der großen Pioniere der modernen Astronomie war.

Das Universum ist für sichtbares Licht transparent, auch wenn es riesige Strecken während Milliarden von Jahren zurücklegt. Millisekunden bevor es aber die Teleskopspiegel auf der Erdoberfläche erreicht, muss es unsere turbulente Atmosphäre durchdringen, und die feinen kosmischen Details werden verzerrt. Diesselbe atmosphärische Turbulenz bewirkt auch das nächtliche Glitzern der Sterne.

Demgegenüber kann HST mit Sensoren Licht aufspüren, die fünfmal schärfer sind, als die der besten bodenstationierten Teleskope. Das Herzstück des HST sind ein Primärspiegel mit 2,4 m Durchmesser und vier wissenschaftliche Instrumente, die das opitsche Spektrum vom infraroten, über das sichtbare, bis zum ultravioletten Licht abdecken. Es gibt eine Kamera, eine Kamera/Spektrograph-Kombination und eine Anzahl von Zielfindungssensoren für das Teleskop.

Der Betrieb eines Teleskops außerhalb der Erdatmosphäre hat große Vorteile, da deren Filterwirkung auf bestimmte Wellenlängen im elektromagnetischen Spektrum, zum Beispiel im Ultraviolett und im Infrarot, entfällt. Es treten auch keine Störungen durch Luftbewegungen auf (Szintillation), die bei terrestrischen Teleskopen nur mit großem Aufwand ausgeglichen werden können.

Mit seiner komplexen Instrumentierung wurde das Hubble-Weltraumteleskop für vielfältige Aufgaben konstruiert. Besondere Aufmerksamkeit galt einem Programm, durch Beobachtung von Cepheiden in nahen Galaxien (bis zu einer Entfernung von etwa 20 Mpc) die genaue Entfernung dieser Galaxien zu bestimmen. Durch Vergleich mit der Radialgeschwindigkeit der Galaxien sollte sich die Hubble-Konstante, die die Ausdehnung des Universums bestimmt, und somit auch das Alter des Universums berechnen lassen. Nach Behebung der Anfangsschwierigkeiten war das HST in diesem und anderen Bereichen erfolgreich. Besonders bekannte Ergebnisse sind:

  • Höchstempfindliche Aufnahmen zum Studium der Entwicklung von Galaxien, wie das Hubble Deep Field und das Hubble Ultra Deep Field.
  • Eichung der kosmischen Entfernungsskala durch Beobachtung von Cepheiden in nahen Galaxien.
  • Untersuchung der sich beschleunigenden kosmischen Expansion durch Beobachtung ferner Supernovae.
  • Nachweis von schwarzen Löchern in den Kernregionen vieler naher Galaxien.

HST ist für Servicearbeiten im All ausgelegt, sodass veraltete oder fehlerhafte Geräte ausgetauscht werden können. HST war 1990 vom Space Shuttle Discovery im All ausgesetzt worden, spätere Missionen übernahmen die Wartung. Als Missionsende ist 2014 vorgesehen.
Im Jahr 2018 soll das James Webb Space Telescope die Nachfolge des Hubble-Weltraumteleskops antreten. Es ist ein Gemeinschaftsprojekt der NASA, der ESA und der kanadischen Weltraumagentur.

Hubble Space Telescope (HST) während der Reparaturmission STS-82

 

 

Hubble Space Telescope

 

Oben: Hubble Space Telescope (HST) während der Reparaturmission STS-82 im Februar 1997. Die sechsköpfige Besatzung führte Wartungsarbeiten am Teleskop durch.


Mitte: Eine neu montierte Kamera auf HST nahm dieses säulenartige Monstergebilde aus Gas und Staub auf. Es erhielt die Bezeichnung Cone Nebula (in NGC 2264). Der abgebildete Teil der Säule hat eine Längserstreckung von 2,5 Lichtjahren. Dies entspricht 23 Millionen Reisen zum Mond und zurück.


Unten: Diese Bildersequenz der Advanced Camera for Surveys demonstriert die Ausbreitung des Lichtechos, das durch einen ungewöhnlichen Sternenausbruch im Januar 2002 verursacht wurde. Das Licht des bizarren Sterns breitet sich im Raum aus und wird von den umgebenden Schalen aus Staub reflektiert. Es entsteht der Eindruck eines spektakulären, vielfarbigen Auges. Der rote Riese im Zentrum ist V838 Monocerotis, ca. 20.000 Lichtjahre von uns entfernt.

Zu größerer Darstellung auf Grafiken klicken

Quelle: http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=31

 

Weitere Informationen:

Hurrikan

Vom indianischen Wort "aracán" abgeleitet; tropischer Wirbelsturm als stärkste Variante tropischer Zyklonen. Hurrikane treten im Bereich Nordatlantik-Karibik-Golf von Mexiko-Nordostpazifik auf. Sie entstehen meist im Bereich von 8-30° N. Voraussetzungen für die Bildung sind großflächig auftretende Wassertemperaturen von mindestens 27°C, eine starke Feuchteanreicherung der Luft, eine Anfangsstörung in der unteren Troposphäre (tropische Depression), die sich über einen tropischen Sturm in einen Hurrikan verwandelt, sowie eine schwache vertikale Änderung des Windes in Richtung und Stärke und eine benachbarte Antizyklone, die das Ausströmen von Luft aus dem Hurrikan in der obere Troposphäre fördert. Die Hurrikansaison reicht in Abhängigkeit von den Wassertemperaturen und der allgemeinen Zirkulation von Juni bis November mit einem deutlichen Maximum im September. Hurrikane ziehen nach ihrer Entstehung nach W bis NW und in Einzelfällen über Mittelamerika hinweg zum Pazifik. Die Zuggeschwindigkeit ist mit meist 5-20 km/h sehr gering. Häufig erfolgt bereits im Bereich der Großen Antillen ein Umlenken nach N bis NW. Hurrikane wandeln sich in gewöhnliche Tiefdruckgebiete um, wenn sie sich nördlich von 30-35° N befinden oder mit Übertritt auf Land, wobei verheerende Niederschläge und Überschwemmungen auftreten können.

Hurrikane sind hinsichtlich Entstehung, Stärke, Zugbahn und Katastrophenmonitoring ein ideales Einsatzfeld für Fernerkundungsverfahren.

GOES-13 Sees Life and Death of Hurricane Sandy

 

Diese aus Satellitenbildern erstellte Animation zeigt den Lebenslauf des Hurrikans Sandy von seiner Entstehung über der Karibik am 21. Oktober 2012 über seine Zugbahn zur amerikanischen Ostküste bis zu seinem Übertritt auf das Festland. Dies Animation reicht bis zum 31. Oktober als Sandy bereits abgeschwächt und zu einem 'normalen' Tiefdruckgebiet geworden war.


Zwei Kommentare auf der NASA-Seite:

On Nov 5, 2012 6:59 PM Guest wrote:

"Until seeing this video I really did not comprehend the enormity of this storm."

On Nov 3, 2012 2:20 PM Guest wrote:

"thank you for this i was able to see the hurricane that destroyed my aunts house"

 

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Quelle: NASA (GOES Project)

 

Weitere Informationen:

Huygens

Sonde der ESA zur Erkundung des größten Saturnmondes Titan; sie landete dort am 14. Januar 2005. Namensgeber war der holländische Astronom Christiaan Huygens. Die Sonde befand sich an Bord des amerikanischen Raumfahrzeugs Cassini.

Huygenssonde vor der Landung auf Titan Huygenssonde vor der Landung auf Titan



Die Sonde schwebt durch die überwiegend aus Stickstoff und Methan bestehende Titanatmosphäre (Juni 2004).

Rechts oben Cassini, im Hintergrund der Saturn.


Quelle: NASA

 

Weitere Informationen: Cassini-Huygens (ESA)

 
HYDROS

Engl. Akronym für Hydrosphere State; 2005 in der Entwicklungsphase aus Budgetgründen eingestellte Satellitenmission der NASA. Sie sollte im Rahmen von ESSP zur globalen Erkundung der wechselnden Bodenfeuchte und der Gefrier- und Auftauvorgänge an der Erdoberfläche dienen. Beide Faktoren bestimmen den Zustand der Hydrospäre auf Land. Die Erkenntnisse sollen der Verbesserung von Wetter- und Klimavorhersagen dienen, sowie des Verständnisses der Abhängigkeiten zwischen Wasser- Energie- und Kohlenstoffkreisläufen. Man erwartet auch praktische Informationen hinsichtlich klimasensitiver sozio-ökonomischer Aktivitäten (Wasserwirtschaft, Landwirtschaft, Monitoring von Feuer-, Hochwasser-, Dürrekatastrophen).

HYDROS HYDROS



Quelle:
http://hydros.gsfc.nasa.gov

Geplant war der Einsatz einer Kombination aus einem aktiven und einem passiven System (L-Band-Radar und Radiometer). Aufbauend auf HYDROS ist inzwischen der Start der Mission SMAP (Soil Moisture Active-Passive) für das Jahr 2014 vorgesehen.

Hyperspektralbild

Engl. hyperspectral image, franz. image hyper spectrale; nach DIN 18716 das "Ergebnis der gleichzeitigen Aufnahme des gleichen Geländes in einer Vielzahl schmalbandiger Spektralbereiche".

hyperspektrale Fernerkundung

Verfahren, bei dem mit Hilfe spezieller Multispektral-Scanner oder besser Hyperspektral-Scanner mit mehr als 200 Kanälen, Daten des elektromagnetischen Spektrums, die bei der Rückstreuung von Strahlung, beispielsweise des Sonnenlichts, an der Erdoberfläche entstehen (Radianz, Reflektanz), aufgenommen und gezielt ausgelesen werden.

Multispektrale Fernerkundungssensoren wie Landsat TM oder SPOT XS nehmen Daten in wenigen, relativ breiten Spektralkanälen auf. Im Gegensatz dazu arbeiten Hyperspektrale Sensoren, wie HyMap, nach dem Prinzip eines bildgebenden Spektrometers und registrieren die Strahlungsintensitäten in Dutzenden oder hunderten eng benachbarten schmalen spektralen Kanälen vom sichtbaren Licht bis in den mittleren Infrarotbereich.

Unterschiedliche Materialien wie Minerale, Gesteine, Böden und Vegetation besitzen unterschiedliche Absorptions- beziehungsweise Reflexionsbande im elektromagnetischen Spektrum und lassen sich daher über diese Spektren identifizieren.
Für jedes Pixel, das von einem abbildenden Spektrometer aufgenommen wurde, ergeben sich daher bei einer großen Anzahl von Messwerten (in 50 bis 300 Kanälen) materialspezifische Reflexionskurven.
Diese Hyperspektraldaten können mittels digitaler Bildverarbeitung und spezieller Software-Pakete (zum Beispiel ENVI) sichtbar gemacht, bearbeitet und interpretiert werden. Man kann auf diese Weise Materialien an der Erdoberfläche mithilfe von Fernerkundungsdaten identifizieren.

Weitere Informationen:

hyperspektrale Scanner

Abbildende Spektrometer, die multispektrale Daten in sehr engen Spektralbändern des sichtbaren Lichts, des nahen und mittleren Infrarots aufzeichnen. Dies unterscheidet sie von konventionellen multispektralen Sensoren, wie Landsat TM oder SPOT XS, welche die von der Erdoberfläche reflektierte Strahlung in sehr breiten und mit sehr wenigen Kanälen aufnehmen.
Die hohe spektrale Auflösung der objektspezifischen spektralen Signaturen in mehr als 15, generell jedoch in 30-200 aneinandergrenzenden Kanälen gestattet die Dokumentation eines nahezu kontinuierlichen Spektrums für jedes Bildelement. Damit können Objekte der Erdoberfläche getrennt und dementsprechend klassifiziert werden, die charakteristische Absorptions- und Reflexionseigenschaften in sehr schmalen Spektralbändern aufweisen und von den konventionellen operationellen Sensorsystemen der Erdbeobachtung nicht aufgelöst werden können. Dies sind Breitbandsensoren, die überdies z.T. nicht benachbart sind. Einige hyperspektrale Sensoren haben zusätzlich multispektrale Kanäle im thermalen Bereich.

Links: Der HyMap™ Hyperspektral-Scanner, installiert in einer zweimotorigen Do 228 des DLR

Rechts: Prinzip der hyperspektralen Fernerkundung

Mit diesem Prinzip Weise erhält man in jedem Bildpunkt ein kontinuierliches Spektrum, das aufgrund der jeweiligen spezifischen spektralen Merkmale zur Identifizierung von Materialien herangezogen werden kann.
Der HyMap arbeitet mit 126 Kanälen in einem Wellenlängenbereich von 450 - 2480 Nanometer und einer Kanalbreite von 15 - 20 Nanometern. Die Bodenauflösung beträgt 3 - 10 m, die Flughöhe 2000 - 5000 m.

Quelle: Geologische Bundesanstalt

 

Bis vor einigen Jahren waren hyperspektrale Scanner nur auf Flugzeugplattformen im Einsatz. Zu ihnen zählen AVIRIS, CASI, DAIS 7915, GERIS, MIVIS und der australische HyMap. Als erste Sensorsysteme auf Satellitenplattformen gelten MODIS auf EOS/AM-1 (Terra) und Hyperion im Rahmen der Mission EO-1 der NASA.


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