Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Geburtstag im All: die Bilanz eines Satellitenlebens

15.07.2010
10 Jahre Mission CHAMP: Erkundung von Erdschwere-, Magnetfeld und Atmosphäre

Am heutigen 15. Juli 2010 um 14:32 Uhr MESZ umrundet der Geoforschungssatellit CHAMP zum 57217. Mal die Erde und begeht damit sein zehnjähriges Dienstjubiläum. Vor genau einer Dekade war der Satellit mit einem Bilderbuchstart an der Spitze einer russischen COSMOS-Rakete vom Startplatz Plesetsk in eine nahezu polare Umlaufbahn gebracht worden.

„CHAMP gilt heute unbestritten als eine der erfolgreichsten Missionen zur Erkundung des Systems Erde“, sagt dazu Professor Reinhard Hüttl, Vorstandsvorsitzender des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ. „Unsere Wissenschaftler waren zwar vor zehn Jahren vom wissenschaftlichen Wert dieser Mission überzeugt. Welch einen Schatz an Daten und neuen Einsichten diese Mission aber erbrachte, das hat uns alle überrascht. CHAMP hat auf seinen drei Missionsfeldern bahnbrechend neue Kenntnisse ermöglicht.“

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung initiierte 1995 eine Satellitenmission als Leitprojekt für die ostdeutsche Raumfahrtindustrie, um das im Osten Deutschlands existierende Raumfahrt-Know-how zu fördern. Das vom GFZ vorgeschlagene Konzept CHAMP (CHAllenging Mini satellite Payload) wurde ausgewählt, um dieses Vorhaben umzusetzen. Als Resultat entstand ein 522 kg schwerer Satellit mit einer Gesamtlänge von 8,33 m, der zur Messung des Erdschwerefeldes, des irdischen Magnetfeldes und zur Atmosphärensondierung eingesetzt wurde.

Ein besseres Bild der Erdanziehung
Wie alle erdnah fliegenden Satelliten fliegt auch CHAMP nicht auf einer exakten Ellipsenbahn um die Erde, sondern auf einer unregelmäßigen Bahn: aufgrund der ungleichmäßigen Massenverteilung auf und in der Erde wird der Satellit mal stärker, mal schwächer angezogen. Aus der Messung der Flugbahn kann man daher auf die zugrunde liegende, veränderliche Erdanziehung schließen. Mit CHAMP wurde durch GPS erstmals die kontinuierliche Bahnverfolgung eines Satelliten mit Zentimetergenauigkeit und im Sekundentakt möglich. Durch den solaren Strahlungsdruck und durch die Restatmosphäre in der CHAMP-Flughöhe Kilometern ergeben sich zwar Störbeschleunigungen; diese können bei CHAMP aber erstmals mit einem 3D-Beschleunigungsmesser, der sich exakt im Schwerpunkt des Satelliten befindet, direkt und sehr genau gemessen werden. Die Lage des Satelliten im Raum wird zudem mittels Sternensensoren kontrolliert. Mit dieser einzigartigen und innovativen Instrumentenkonfiguration gelang es mit CHAMP zum ersten Mal, das Erdschwerefeld allein aus den Bahnstörungen eines einzigen Satelliten abzuleiten.
Als Ergebnis konnte die räumliche Auflösung von 1500 km auf 300 km gesteigert werden. Die Erfassung der Beulen und Dellen im Erdkörper wurden mit dem CHAMP-Satelliten radikal besser erfasst, das daraus entstandene Bild der irdischen Schwerkraft ist mittlerweile weltweit als „Potsdamer Schwerekartoffel“ bekannt. Die Anwendung dieser Daten ist äußerst vielfältig und reicht von der Geophysik über die Ozeanographie bis hin zur präzisen Satellitennavigation auf der Erde.

Mit CHAMP konnten darüber hinaus erstmals zeitliche und großräumige Veränderungen des Schwerefeldes nachgewiesen werden. Damit wurde der Satellit Stammvater der deutsch/amerikanischen Mission GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment), die aus zwei baugleichen Zwillingssatelliten mit CHAMP-ähnlicher Instrumentierung sowie einem Mikrowellenmesssystem zur hochgenauen Intersatelliten-Abstandsmessung besteht.

CHAMP-Magnetfeldmessungen
Das Multitalent CHAMP hat auch bei der Erfassung des Erdmagnetfeldes neue Einsichten ermöglicht. Die Veränderung des Erdmagnetfeldes über die vergangenen zehn Jahre zeigt als wichtiges Ergebnis die gegenwärtige Abnahme der magnetischen Feldstärke, die besonders im Bereich des südlichen Atlantiks ausgeprägt ist. In dieser Schwächezone des Erdfeldes wird eine Abnahme von zwölf Prozent über die vergangenen 30 Jahre registriert. Bereits jetzt beobachten wir eine Häufung von Störungen im Satellitenbetrieb durch Strahlungseinflüsse in diesem Gebiet.

Sehr große Fortschritte ermöglichte die CHAMP-Mission bei der Vermessung der Magnetisierung des Krustengesteins. Globale Karten der magnetischen Signale mit vorher unerreichter Auflösung konnten erstellt werden, auf denen Lager von wichtigen Mineralien und Erzen sichtbar werden. Besonders herausragend ist das russische Eisenerzlager in Kursk, aber auch die diamanthaltigen Schichten in Westafrika sind zu erkennen. Darüber hinaus lassen sich aus der Karte die Geschwindigkeiten ablesen, mit denen sich die Ozeane in den verschiedenen Regionen ausdehnen, und es zeigen sich die Zonen, in denen die Kruste in den Mantel abtaucht.

Eine ganz neue Anwendung ist die Detektierung von Irregularitäten in der Ionosphäre. Diese stören empfindlich den Empfang von GPS-Signalen. Basierend auf den CHAMP-Magnetfelddaten über zehn Jahre konnte eine Art Klimatologie der Irregularitäten erstellt werden. Es ergibt sich ein deutliches Muster der Verteilung dieser Irregularität, das stark von der Jahreszeit, von der Tageszeit und von Länge und Breite des Standortes abhängt. Diese Ergebnisse sind wegen der zunehmenden Bedeutung von GPS-Anwendungen hochinteressant.

Ein sehr überraschendes Ergebnis der CHAMP-Mission ist die Detektierung von magnetischen Signalen, die durch Ozeangezeiten erzeugt werden. Bewegt man eine leitende Flüssigkeit senkrecht zum Magnetfeld, entsteht ein elektrisches Feld, das wiederum ein sehr schwaches Magnetfeld erzeugt. In der Flughöhe von CHAMP lag der Wert bei nur 1/50.000 des irdischen Hauptfeldes.

Auch bei der Magnetfeldmessung setzt CHAMP Maßstäbe: die für 2012 geplante ESA-Mission SWARM besteht aus drei von CHAMP abgeleiteten Satelliten.

GPS-basierte Fernerkundung der Atmosphäre und Ionosphäre mit CHAMP
CHAMP ist die erste Satellitenmission, bei der die innovative GPS-Radiookkultationsmethode zur globalen Sondierung der Erdatmosphäre und –ionosphäre operationell eingesetzt wird. Wenn, von CHAMP aus gesehen, einer der GPS-Satelliten hinter der Erde untergeht, werden die Signale des hinter der Erde verschwindenden Satelliten werden beim Gang durch die Erdatmosphäre verändert. Daraus lassen sich Vertikalprofile der Atmosphäre von Temperatur, Wasserdampfgehalt oder auch Elektronendichte in der Ionosphäre ableiten. CHAMP ermöglicht aufgrund seiner polaren Umlaufbahn die globale Erfassung dieser Größen, die in die Wettervorhersage und Klimaforschung eingehen. Es zeigte sich, dass schon die rund 160 täglichen CHAMP-Messungen globale Vorhersagen nachweislich verbessern. 2006 wurden die am GFZ erzeugten CHAMP-Messungen erstmals am britischen Met Office operationell und kontinuierlich für globale Wettervorhersagen genutzt. Andere Wetterzentren in Europa, Japan, Kanada folgten dem Met Office sehr bald.

Die von CHAMP erstellte Zeitreihe von GPS-Radiookkultationsmessungen der bisher einzige und längste GPS-RO Datensatz überhaupt. Erste klimatologische Untersuchungen mit den sehr genauen CHAMP-Daten bestätigen Ergebnisse, die mit anderen atmosphärischen Daten oder Klimamodellen gewonnen wurden. So zeigen Trendanalysen der Temperatur im Höhenbereich von 5 bis 25 km eindeutig eine leichte Erwärmung in der Troposphäre, während in weiten Teilen der Stratosphäre eine Abkühlung beobachtet wurde.

GPS-Reflektomtrie und Weltraumwetter
Als unerwartetes, aber hochwillkomenes Ergebnis zeigte sich, dass CHAMP auch von Meeres- und Eisoberflächen reflektierte GPS-Signale aufzeichnen konnte. Diese Signale enthalten Informationen über die reflektierenden Wasser- und Eisoberflächen und besitzen ein hohes Potential zu deren Fernerkundung. In Zukunft wird erwartet, dass mit GPS-Reflektometrie beispielsweise auch Wellenhöhen über Meeresoberflächen bestimmt werden, die mit Windgeschwindigkeit und Windrichtung in Zusammenhang gebracht werden können.

Die kontinuierliche Überwachung ermöglicht auch die Erfassung des sogenannten Weltraumwetters. Die Prozesse in der Ionosphäre als Bestandteil des Weltraumwetters spielen eine wichtige Rolle in der Telekommunikation, Satellitennavigation und den Funk-Radarsystemen. Ionosphärenstürme können die Zuverlässigkeit dieser Systeme erheblich reduzieren. Die mit CHAMP umgesetzte systematische Überwachung des Weltraumwetters trägt dazu bei, potentielle Gefahren früh zu erkennen und entsprechende Vorhersagen oder Warnungen herauszugeben.

Ende einer Dienstfahrt
CHAMP wurde vor zehn Jahren in rund 460 Kilometern Höhe ausgesetzt. Seitdem ist er kontinuierlich abgesunken. Seine lange Lebensdauer verdankt er auch der Tatsache, dass das zur Lagesteuerung dienende Kaltgas benutzt wurde, um CHAMP dreimal anzuheben. Jetzt allerdings ist CHAMP bei 265 Kilometern Höhe angekommen und die dort vorhandene, zur Erde hin immer dichter werdende dünne Atmosphäre bremst ihn immer stärker ab. Diese dichtere Atmosphäre führte dazu, dass sich der Satellit aufgrund seiner aerodynamischen Form mehrmals leicht aufbäumte. Daher drehten ihn Controller im Raumfahrtkontrollzentrum für die letzten Monate um, CHAMP fliegt jetzt sozusagen rückwärts. Aber auch dieses Manöver wird nicht auf lange Zeit helfen: vermutlich im September des Jahres wird der CHAMP-Satellit nach erfüllter und äußerst erfolgreicher Mission verglühen.

Franz Ossing | idw
Weitere Informationen:
http://www.gfz-potsdam.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht APEX wirft einen Blick ins Herz der Finsternis
25.05.2018 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

nachricht Matrix-Theorie als Ursprung von Raumzeit und Kosmologie
23.05.2018 | Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

Je mehr die Elektronik Autos lenkt, beschleunigt und bremst, desto wichtiger wird der Schutz vor Cyber-Angriffen. Deshalb erarbeiten 15 Partner aus Industrie und Wissenschaft in den kommenden drei Jahren neue Ansätze für die IT-Sicherheit im selbstfahrenden Auto. Das Verbundvorhaben unter dem Namen „Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 7,2 Millionen Euro gefördert. Infineon leitet das Projekt.

Bereits heute bieten Fahrzeuge vielfältige Kommunikationsschnittstellen und immer mehr automatisierte Fahrfunktionen, wie beispielsweise Abstands- und...

Im Focus: Powerful IT security for the car of the future – research alliance develops new approaches

The more electronics steer, accelerate and brake cars, the more important it is to protect them against cyber-attacks. That is why 15 partners from industry and academia will work together over the next three years on new approaches to IT security in self-driving cars. The joint project goes by the name Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) and has funding of €7.2 million from the German Federal Ministry of Education and Research. Infineon is leading the project.

Vehicles already offer diverse communication interfaces and more and more automated functions, such as distance and lane-keeping assist systems. At the same...

Im Focus: Mit Hilfe molekularer Schalter lassen sich künftig neuartige Bauelemente entwickeln

Einem Forscherteam unter Führung von Physikern der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, spezielle Moleküle mit einer angelegten Spannung zwischen zwei strukturell unterschiedlichen Zuständen hin und her zu schalten. Derartige Nano-Schalter könnten Basis für neuartige Bauelemente sein, die auf Silizium basierende Komponenten durch organische Moleküle ersetzen.

Die Entwicklung neuer elektronischer Technologien fordert eine ständige Verkleinerung funktioneller Komponenten. Physikern der TU München ist es im Rahmen...

Im Focus: Molecular switch will facilitate the development of pioneering electro-optical devices

A research team led by physicists at the Technical University of Munich (TUM) has developed molecular nanoswitches that can be toggled between two structurally different states using an applied voltage. They can serve as the basis for a pioneering class of devices that could replace silicon-based components with organic molecules.

The development of new electronic technologies drives the incessant reduction of functional component sizes. In the context of an international collaborative...

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Im Fokus: Klimaangepasste Pflanzen

25.05.2018 | Veranstaltungen

Größter Astronomie-Kongress kommt nach Wien

24.05.2018 | Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Berufsausbildung mit Zukunft

25.05.2018 | Unternehmensmeldung

Untersuchung der Zellmembran: Forscher entwickeln Stoff, der wichtigen Membranbestandteil nachahmt

25.05.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

25.05.2018 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics