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Die Mission GRACE zur Vermessung des Erdschwerefelds geht nach 15 Jahren erfolgreich zu Ende

30.10.2017

Am 17. März 2002 ist das Satellitenduo GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) gestartet, um das Erdschwerefeld präzise zu vermessen. Die gemeinsam von deutschen und amerikanischen Partnern betriebene Mission hat gut 15 Jahre wertvolle Daten geliefert – dreimal länger als ursprünglich geplant. Nun geht sie zu Ende.

Aufgrund eines altersbedingten Ausfalls einer Batteriezelle in einem der beiden Satelliten – GRACE-2 – wurde bereits im September der Kontakt zu ihm verloren. Jeder Satellit verfügt über 20 solcher Batteriezellen, wobei auf GRACE-2 im Lauf der Zeit bereits sieben Zellen defekt und zudem die Treibstoffreserven gering waren.


GRACE-FO Video (Credit: NASA/Goddard Space Flight Center/NASA´s Scientific Visualization Studio/NDMC-UNL/USDA/NOAA/Airbus)


Satellitenzwillinge GRACE (Abbildung: Astrium/Airbus Defence and Space, GFZ)

Den Missionsmanagern gelang es jedoch, die Verbindung zum Satelliten wiederherzustellen. Analysen zeigten, dass die Batterie sich unterdessen wieder vollständig geladen hatte. Das Missionsteam bereitete darauf die letzte Messkampagne vor, die Mitte Oktober beginnen sollte.

Zu diesem Zeitpunkt würden die Satelliten und damit ihre Solarzellen wieder vollständig von der Sonne beschienen sein. Seitdem hat sich GRACE-2 mehrfach in den Ruhemodus geschaltet, wenn zu wenig Sonneneinstrahlung vorhanden war, um die Instrumente mit Strom zu versorgen.

Am 12. Oktober, als das Team die nächste Datenerhebung vorbereiten wollte, wurde deutlich, dass selbst bei voller Sonneneinstrahlung und entsprechender Stromerzeugung der Solarzellen die verbleibende Batteriekapazität von GRACE-2 nicht ausreicht, um die wissenschaftlichen Instrumente zu betreiben und die Datenübertragung zur Erde zu realisieren.

Der gemeinsame Lenkungsausschuss der Mission, bestehend aus Mitgliedern des Jet Propulsion Laboratory der NASA (Pasadena, Kalifornien), des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie des Helmholtz-Zentrums Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ haben daher gemeinsam beschlossen, dass GRACE-2 außer Betrieb genommen wird.

Weil für die wissenschaftlichen Messungen jedoch zwei Satelliten nötig sind, bedeutet der Verlust von GRACE-2, dass die ursprünglich für fünf Jahre geplante Wissenschaftsmission mit dem Satellitentandem in dieser Form nicht länger fortgeführt werden kann.

„Wir blicken mit Stolz und Dankbarkeit auf die Mission GRACE zurück“, sagt der Wissenschaftliche Vorstand des GFZ, Prof. Reinhard Hüttl. „In den 15 Jahren des Missionsbetriebs hat das Satellitentandem das Schwerefeld der Erde und dessen zeitliche Veränderungen hochpräzise vermessen.

Diese Daten helfen uns, beispielsweise Veränderungen des Grundwassers oder Gletscherschwund genau zu dokumentieren. Auch dessen Einfluss auf den Meeresspiegelanstieg lässt sich dank GRACE-Messungen aufdecken. Die Mission trägt damit entscheidend dazu bei, das System Erde besser zu verstehen.“

Seit 2010 haben die an GRACE beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zahlreiche technische Probleme gelöst und innovative Methoden entwickelt, um die Mission trotz alternder Batterien und knapper Treibstoffreserven erfolgreich fortzusetzen. Damit konnten mehr als zehn Jahre über die ursprünglich geplante Missionsdauer hinaus wertvolle Daten zur Änderung des Schwerfeldes der Erde erhoben werden.

GRACE-2 fliegt derzeit in einem Abstand von 655 Kilometern vor GRACE-1 und in einem Orbit, der 1,3 Kilometer unter dem von GRACE-1 liegt (306,6 Kilometer Flughöhe). Infolge der Reibung der geringen Restatmosphäre wird der Satellit ohne Treibstoff bald an Höhe verlieren. Ein Kollisionsrisiko mit GRACE-1 besteht nicht. Die Flugbahn von GRACE-2 stellt auch keine Gefahr für andere aktive Satelliten dar.

GRACE-2 wird sicher zur Erde zurückgelenkt und wird voraussichtlich Mitte bis Ende November in die Erdatmosphäre eintreten und verglühen. Es wird erwartet, dass kleine Bruchstücke diesen Wiedereintritt überstehen und die Erdoberfläche erreichen. Das Risiko, dass dadurch jemand zu Schaden kommt, ist minimal und entspricht den NASA-Bestimmungen für die Rückkehr von Satelliten und für Weltraumschrott.

GRACE-1 wird vorerst weiter betrieben. Mit verschiedenen Manövern sollen die Beschleunigungssensoren kalibriert werden – diese Daten werden die wissenschaftliche Ausbeute der 15-jährigen Messreihe von GRACE noch einmal verbessern. Alle restlichen Aktivitäten mit diesem Satellit werden bis zum Ende des Jahres beendet, anschließend wird er ebenfalls außer Betrieb genommen und wird zu Beginn des Jahres 2018 in die Erdatmosphäre zurückkehren und ebenfalls verglühen. NASA und DLR/GSOC werden gemeinsam die Rückkehr der Satelliten verfolgen.

„Das GRACE Mission Operations Team, bestehend aus DLR/GSOC, Airbus Defense and Space GmbH, JPL, Universität von Texas und GFZ, hat einen großartigen Job gemacht, die ursprünglich geplante Missionsdauer von fünf Jahren mehr als zu verdreifachen“, sagt Prof. Frank Flechtner, Leiter der Sektion Globales Geomonitoring und Schwerefeld am GFZ und einer der beiden leitenden Wissenschaftler der Mission. „Es ist natürlich sehr schade, dass die monatlichen Zeitreihen von Massentransportbeobachtungen nach gut 15 Jahren nun beendet sind.

Jetzt hoffen wir auf einen erfolgreichen Start der Nachfolgemission GRACE Follow-on im Frühjahr 2018. Dieses Tandem verspricht noch präzisere Messungen des Erdschwerefelds als sie mit GRACE möglich waren, da ein innovatives Laser Ranging Interferometer, ein deutsch/amerikanischer Technologiedemonstrator für zukünftige Schwerefeldmissionen, erprobt werden wird und damit weitere wichtige Beiträge für die Wissenschaft liefern.“

Zum Messprinzip der Mission: Beide Satelliten senden Mikrowellensignale aus, die vom jeweils anderen empfangen werden. Ausgehend von der Zeit, die dabei vergeht, werden minimale Beschleunigungen der beiden Raumfahrzeuge abgeleitet, die wiederum durch Massenänderungen auf der Erde hervorgerufen werden. Die Messungen haben gezeigt, wie im Lauf der Zeit Wasser, Eis und festes Material auf der Erde beziehungsweise unter ihrer Oberfläche bewegt werden. Einige Beispiele für wissenschaftliche Erkenntnisse aus diesen Daten finden Sie hier:

http://www.gfz-potsdam.de/medien-kommunikation/meldungen/detailansicht/article/1...

GRACE ist eine gemeinsame Mission der NASA und des DLR. Sie wird wissenschaftlich geleitet von Byron Tapley vom Center for Space Research der University of Texas (UTCSR) in Austin sowie Frank Flechtner vom GFZ. Der Missionsbetrieb wird finanziert von GFZ, DLR und der europäischen Raumfahrtagentur ESA. Das JPL managt die Mission im Auftrag des NASA Science Mission Directorate in Washington.

Weitere Informationen zu GRACE finden Sie hier:

http://www.gfz-potsdam.de/grace 
http://grace.jpl.nasa.gov 
http://www.csr.utexas.edu/grace

Druckfähige Abbildungen zu GRACE sind hier zu finden:

http://www.gfz-potsdam.de/medien-kommunikation/mediathek/bildarchiv/gfz-satellit...

Josef Zens | Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
Weitere Informationen:
http://www.gfz-potsdam.de/medien-kommunikation/meldungen/detailansicht/article/15-jahre-grace/

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