Das Erdschwerefeld im Blick – Mission GRACE-FO startet auf einer Rakete von SpaceX

Der GRACE-FO-Satellit FM 1 beim Thermal-Vakuumtest (Foto: Airbus DS GmbH, Marion Custred).

31.01.2017: Seit 2002 arbeitet die Satellitenmission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) im Orbit und liefert präzise Daten zum Erdschwerefeld. Mehrfach wurde die Mission über die ursprünglich geplante Betriebsdauer von fünf Jahren hinaus verlängert. Voraussichtlich im Sommer werden die beiden Satelliten wegen Treibstoffmangels den Betrieb einstellen. Die Nachfolgemission GRACE-FO (für „Follow-On“) wird derzeit vorbereitet. Sie basiert ebenfalls auf zwei baugleichen Satelliten, die  als Tandem in einer erdnahen Umlaufbahn den Planeten umkreisen.

Der Start der beiden GRACE-FO-Satelliten wird voraussichtlich Anfang 2018 von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) an Bord einer Falcon-9-Rakete des US-Unternehmens SpaceX erfolgen. Sie werden als „Rideshare“ gemeinsam mit Kommunikationssatelliten des US-Unternehmens Iridium Communications Inc. starten. Das geht aus einer gemeinsamen Mitteilung von Iridium Communications Inc., der NASA sowie des GFZ hervor.

GRACE-FO wird die monatlichen Messungen des Erdschwerefelds fortführen und noch genauere Daten liefern“, sagt Prof. Frank Flechtner, Projektleiter für die Mission vom GFZ. „Diese Informationen tragen dazu bei, die Veränderungen des Erdschwerefeldes genau zu erfassen.“ Es hängt insbesondere davon ab, wie Massen lokal verteilt sind. Die Vermessung dieses Feldes und insbesondere dessen Veränderungen im Lauf der Zeit geben den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern Hinweise auf den Verlust von Eismassen, den Meeresspiegelanstieg oder Änderungen des Grundwasserhaushalts. Sogar die Auswirkungen starker Erdbeben lassen sich mit GRACE-FO dokumentieren. „Darüber hinaus erstellen die Satelliten täglich bis zu 200 Profile von Temperaturverteilung und Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre“, ergänzt Flechtner.

Um das Erdschwerefeld zu bestimmen, umrunden die zwei Satelliten mit einem Abstand von 220 Kilometern zueinander in einem niedrigen polaren Orbit in rund 500 Kilometern Höhe die Erde. Mit Hilfe eines Mikrowelleninstruments wird der Abstand zwischen den beiden Raumfahrzeugen permanent und auf 0,002 Millimeter genau vermessen. Der Abstand verändert sich unter dem Einfluss der Gravitation, wodurch eine präzise Modellierung des Erdschwerefeldes möglich ist. Die Zwillingssatelliten haben erstmals auch ein wesentlich in Deutschland entwickeltes Laser Ranging Interferometer (LRI) an Bord. Das LRI wird die Abstandsänderungen zwischen den beiden Satelliten wesentlich genauer vermessen als das Mikrowelleninstrument. Dieser Technologietest dient der Vorbereitung zukünftiger GRACE-ähnlicher Missionen.

GRACE-FO ist eine Kooperation mit der US-Raumfahrtagentur NASA. Innerhalb der NASA trägt das Jet Propulsion Laboratory (JPL) die Verantwortung für die Realisierung des GRACE-FO-Projekts. Die deutschen Beiträge der Mission werden vom GFZ geleitet und gemeinsam finanziert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung, das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, die Helmholtz-Gemeinschaft, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt und das GFZ.

Der deutsche Anteil an der Mission umfasst rund ein Viertel der Gesamtkosten und beläuft sich auf 77,7 Millionen Euro. Das GFZ trägt davon 13 Millionen Euro, u.a. für den Missionsbetrieb beim German Space Operations Center (GSOC) des DLR in Oberpfaffenhofen, und bringt zudem umfangreiche Eigenanteile – etwa für das Gesamtprojektmanagement  – ein.

Die beiden Satelliten wurden von Airbus Defence and Space gebaut und werden derzeit bei der IABG in Ottobrunn für den Einsatz im All getestet. Die geplante Missionsdauer beträgt zunächst fünf Jahre. (rn)

>> Zur gemeinsamen Mitteilung von Iridium Communications Inc., NASA und GFZ