Benutzerspezifische Werkzeuge
Sie sind hier: Startseite Archiv Aus der Praxis Ein Champ am Ende seiner Laufbahn

Ein Champ am Ende seiner Laufbahn

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 17.11.2016 13:36 — abgelaufen

Am 19. September zur Mittagszeit endete eine Erfolgsgeschichte: Der Forschungssatellit CHAMP verglühte nach zehnjährigem Einsatz in der Erdatmosphäre. Für Forscher ist dies allerdings kein Grund, das Thema CHAMP ad acta zu legen: Sie werden noch einige Zeit mit der Analyse seiner Daten beschäftigt sein.

Genau 58277-mal hatte der Satellit mit dem stolzen Namen CHAMP die Erde umrundet, als er am 19. September 2010 um 10:26 Uhr von der deutschen Station Weilheim das letzte Mal geortet wurde. Zu diesem Zeitpunkt hatte er sich von seiner maximalen Flughöhe, die 460 Kilometer betragen hatte, der Erdoberfläche auf nur noch 150 Kilometer genähert. Wenig später verglühte CHAMP in Ostasien über dem Ochotskischen Meer.

Der 8,33 Meter lange und 522 Kilogramm schwere Forschungssatellit erwies sich bis zu jenem Tag aber als wahrer Überlebenskünstler. Bei seinem Start im Jahr 2000 rechnete man lediglich mit einer vier- bis fünfjährigen Missionsdauer. Sein ausgeklügeltes Design sorgte aber schließlich dafür, dass CHAMP auch in den niedrigeren Umlaufbahnen, in die er mit der Zeit sank, stabil flog. Mittels eines an Bord befindlichen Kaltgasantriebs, bei dem ein unter Druck stehendes Gas über Düsen ausgestoßen wird, wurde der Erdtrabant außerdem während seines Einsatzes insgesamt viermal zurück in eine höhere Umlaufbahn gesteuert.

Erdbeobachtungsmissionen wie CHAMP oder GRACE dienen unter anderem dazu, äußerst präzise Modelle des Erdschwerefelds zu erstellen; jener Anziehungskraft also, die unser Planet auf Objekte auf und über seiner Oberfläche ausübt. Und diese Kraft ist keineswegs an jedem Ort der Erde gleich. So ist die Erdbeschleunigung an den Polen beispielsweise etwas größer als am Äquator. Verformungen der Erdkugel und unterschiedlich dichtes Gestein unter ihrer Oberfläche tragen ebenfalls  zu den Unregelmäßigkeiten des Schwerefelds bei.

Aus Modellen des Magnet- und Schwerefelds der Erde lassen sich zahlreiche Erkenntnisse gewinnen. Atmosphärische Parameter können damit ebenso ermittelt werden wie Aussagen zu Zustand und Änderungen des Erdinneren. Diese Daten haben bei der Analyse von globalen Phänomenen wie Klimawandel, Massenänderung der Eiskappen mit einhergehendem Anstieg des Meeresspiegels oder bei Beobachtungen von kontinentalen Wasserkreisläufen einen unmittelbaren praktischen Nutzen.

 

Gestörte Bahn

Die Suche nach Unregelmäßigkeiten des Erdschwerefelds ist allerdings alles andere als trivial. „Vereinfacht gesagt werden die Störungen analysiert, die ein Satellit auf seinem Weg auf einer erdnahen Umlaufbahn erfährt“, erklärt Dr. Frank Flechtner vom Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ), „gemessen werden also die Abweichungen seiner Flugbahn von einer perfekten Ellipse, die ein Satellit fliegen würde, wenn die Erde vollständig homogen aufgebaut wäre.“

Dabei wird der Satellit auf seiner Bahn neben gravitativen noch von zahlreichen weiteren Faktoren beeinflusst, die es für Forscher bei ihrer Analyse des Schwerefelds zu berücksichtigen gilt. So sind Forschungssatelliten wie CHAMP und GRACE zum Beispiel Störkräften wie dem Strahlungsdruck der Sonne ausgesetzt und müssen einem (wenn auch geringen) Luftwiderstand trotzen. „Sofern alle anderen auf die Satelliten wirkenden Kräfte fehlerfrei modelliert oder gemessen sind, erhält man aus der Differenz zwischen dem zugrunde gelegten theoretischen Modell und den gemessenen Daten das tatsächliche Schwerefeld der Erde“, erläutert Flechtner.

Im GEOTECHNOLOGIEN-Projekt „LOTSE-CHAMP/GRACE“ werden die Daten, die beide Forschungssatelliten bislang sammeln konnten, gänzlich neu analysiert. Dies hat verschiedene Gründe, sagt Frank Flechtner: „Einerseits befand sich CHAMP in den letzten Monaten in einem extrem niedrigen Orbit von unter 340 Kilometern. Gleichzeitig war die Beeinflussung durch solare Aktivität minimal, was zu einer sehr hohen Qualität seiner Messwerte geführt hat – gleiches gilt auch für GRACE.“

Außerdem konnte in den vergangenen Jahren der Kenntnisstand über das hochkomplexe Sensorsystem von GRACE, mit dem Entfernungsmessungen per Mikrowellen durchgeführt werden, weiter verbessert werden, erklärt Flechtner. Auch die in dieser Zeit stark gestiegene Nutzerzahl der CHAMP- und GRACE-Daten rechtfertige eine Neubewertung der Messergebnisse.

 

Optimaler Datensatz

Während die Versorgung mit aktuellen Werten des Schwerefelds durch GRACE weiterhin gesichert ist, wird bei der Messung des Erdmagnetfelds durch das Missionsende von CHAMP eine Lücke entstehen. Unerwartet trifft dies die Wissenschaftler indes nicht: „Sicherlich wäre es schön gewesen, wenn wir noch ein paar Monate länger Daten von CHAMP erhalten hätten“, räumt Dr. Martin Rother vom GFZ ein, „aber nicht erst als der Satellit zuletzt einen Kilometer pro Tag sank, hatten wir uns natürlich darauf eingestellt, bald keine Übertragung mehr von ihm zu empfangen.“

Bis die ESA-Nachfolgemission unter dem Namen SWARM an den Start gehen wird, beschäftigen sich die Potsdamer Wissenschaftler nun damit, aus den bestehenden Messwerten einen optimal korrigierten Datensatz zu destillieren. Als Motivation könnte den Forschern dabei auch die Geschichte des NASA-Satelliten Magsat dienen. Magsat war im Jahr 1979 gestartet; ebenfalls mit dem Ziel, das nahe Magnetfeld der Erde zu untersuchen.

Zwar war die Mission ein gutes halbes Jahr später bereits wieder beendet – „über den Datensatz von Magsat wurden aber noch Jahrzehnte lang interessante, elaborierte Artikel geschrieben“, sagt Rother. So kann davon ausgegangen werden, dass auch die Daten, die CHAMP zehn Jahre unermüdlich zur Erde sandte, lange nach dem Ende des Erdtrabanten noch für die eine oder andere überraschende Erkenntnis sorgen werden.

RD, iserundschmidt 09/2010


Das Projekt LOTSE-CHAMP/GRACE ist Teil des Forschungsschwerpunkts „Erfassung des Systems Erde aus dem Weltraum III“. Beschreibungen zu den anderen Projekten dieses Kernbereichs finden Sie auf den Seiten der GEOTECHNOLGIEN.

Zahlreiche Bilder und nähere Informationen zum Forschungssatelliten enthält die CHAMP-Homepage des GFZ .