ESA-Forschungssatellit nutzt Know-how aus Hannover

Weltweit einzigartiges Kalibrierungsverfahren ermöglicht hochgenaue Positionierung des Satelliten

Wenn im August 2006 der Forschungssatellit GOCE (Gravity field and steady state Ocean Circulation Explorer) der European Space Agency (ESA) ins Weltall geschossen wird, sorgt Technologie aus Hannover für den Erfolg der Mission: Mit einem weltweit einzigartigen Messverfahren ermöglicht das Institut für Erdmessung (IfE) der Universität Hannover eine permanente und präzise Positionsbestimmung des Satelliten im All.

Nur durch eine exakte Positionsbestimmung ist der Satellit in der Lage, hochgenaue Messungen des Erdschwerefelds zu erzielen. Dazu nutzt der Satellit eine komplexe GPS-Empfangseinheit (Global Positioning System). Dieses System ist im Weltraum einer Vielzahl von Einflüssen ausgesetzt, die das Messergebnis verfälschen können oder deren exakte Interpretation erschweren. Besonders gravierend wirken sich dabei die so genannten „Variationen des Antennenphasenzentrums“ aus, die durch die Reflexionen des Solar-Sonnensegels noch verstärkt werden können. Derartige Nahfeldeinflüsse konnten die Forscher der Universität Hannover nun erstmals auf der Erde simulieren und so deren Auswirkungen auf die Messergebnisse exakt vorhersagen. „Damit geben wir der ESA die Möglichkeit, die von GOCE aufgezeichneten Positionsdaten von Fehlern zu bereinigen, um so zu hochpräzisen Ergebnissen zu gelangen“, erklärt Florian Dilßner, der beim IfE für die praktische Durchführung der Kalibrierung zuständig ist.

Um die Störungen simulieren zu können, wurde ein Modell des Sonnensegels des Satelliten nach Hannover geliefert, und dort mit einer GPS-Antenne auf einem Spezialroboter montiert. Dieser ermöglicht durch besondere Dreh- und Kippbewegungen eine Kalibrierung, die verfälschende Reflexionen der Messumgebung (zum Beispiel Hauswände oder Autos) ignoriert. So konnten die Störungen, die aus den umgebenden Sonnenkollektoren resultieren, isoliert betrachtet und bewertet werden. „Nur mit dieser speziellen Kalibrierung ist der Satellit später im All in der Lage, seine Position auf bis zu einen Zentimeter genau zu bestimmen, und das über eine Entfernung von 20 000 Kilometern“, erklärt Dilßner. Denn während GOCE als LEO (Low Earth Orbiter) in einer Höhe von „nur“ 250 Kilometern um die Erde kreist, kommuniziert er für die Positionsbestimmung mit GPS-Satelliten, die in deutlich höheren Umlaufbahnen schweben (20.200 Kilometer).

Der Forschungssatellit GOCE soll voraussichtlich ab Mitte 2006 neue Erkenntnisse über das globale Erdschwerefeld liefern. Die präzise Kenntnis des Schwerefelds ist zum Beispiel die Voraussetzung für die Bestimmung von Meeresspiegelschwankungen. So erhoffen sich die Forscher, mit den von GOCE gesammelten Daten besser vorhersagen zu können, wie sich die globale Erwärmung langfristig auf die Ozeane auswirkt.

Mit dieser besonderen Variante der Antennenkalibrierung ist das IfE weltweit führend. Entwickelt wurde das Verfahren in Kooperation mit der Firma Geo++ aus Garbsen. Im Auftrag der ESA arbeitet das IfE gemeinsam mit dem italienischen Raumfahrtunternehmen Alenia Spazio, Turin an diesem Projekt.