Mission und Orbit

Die Orbit-Charakteristik

Der CHAMP Satellit startete am 15. Juli 2000 mit der russischen Trägerrakete Kosmos-3M in einen nahezu kreisförmiger Orbit und einer Anfangshöhe von 454km. Der Satellit wurde für eine Missionsdauer von 5 Jahren konzipiert. 87° Inklination waren das Maximum, dass am Startpunkt, dem Plessezk Kosmodrom möglich war.

Der Vorteil eines kreisförmigen und polnahen Orbits ist, dass man damit eine homogene und komplette Abdeckung der gesamten Erdoberfläche für Bahn- und Magnetfeldmessungen erreicht, die für die Auflösung des Schwerefeldes und des magnetischen Potentials wichtig sind. Ein weiterer Vorteil des 87°-Orbits ist der Lokalzeitverlauf der Satellitenbahn, der essenziell für alle drei wissenschaftlichen Arbeitsgebiete ist, um Bestandteile von periodischen Phänomenen, wie z.B. die Gezeiten und Tag-Nacht-Verläufe, zu separieren. Bei einem sonnensychronen Orbit fliegt der Satellit immer in der gleichen Lokalzeit.

Die Anfangshöhe von 454 km wurde gewählt, weil:

  1. damit eine mehrjährige Missionsdauer ermöglicht wurde, selbst bei extremer Sonnenaktivität.
  2. die Voraussetzung erfüllt wurde, die von den atmosphärischen und ionosphärischen Fragestellungen herrührten, um von außen durch die verschiedenen Schichten der Atmosphäre blicken zu können. Eine noch größere Höhe wäre diesbezüglich noch besser gewesen.
  3. 454 km ist die adäquate Höhe, um das magnetische Hauptfeld zu erkunden. Aus Sicht der Schwerefeldforschung wäre eine niedrigere Anfangshöhe wünschenswert gewesen.

Wegen der atmosphärischen Reibung veringerte sich die Flughöhe während der gesamten Mission kontinuierlich. Als CHAMP 2002 das solare Aktivitätsmaximum passierte, wurde erwartet, dass das Absinken direkt von der aktuellen Sonnenaktivität beeinflusst werde und dass die Orbithöhe nach 5 Jahren zwischen 50 km und mehr als 200 km liegen könnte. Daher wurde ein Bahnmanöver mit zwei 20 Nm Schubdüsen vorgesehen, um die Exzentrizität zu verringern und den Orbit anzuheben. Hiermit war eine Observationshöhe von über 300 km in fünf Jahren zu garantieren.

Im Jahr 2002 gab es noch eine zweite Anhebung, in der auch eine weitere Zirkularisierung des Orbits vorgenommen wurde, um eine längere Missionszeit zu ermöglichen. Ein letztes Mal wurde 2006 angehoben, was letztlich dazu führte, dass die CHAMP-Mission bis 2010 andauern konnte.

Der "International Laser Ranging Service" (ILRS, beschrieben unter http://ilrs.gsfc.nasa.gov/) stellte hochgenaue Ergebnisse des Trackings mit seinem weltweiten "Laser-Ranging-Stationsnetz" zur Verfügung.

Start

Der CHAMP Satellit startete vom Kosmodrom Plessezk (nördlich von Moskau) mit einer russischen Kosmos-3M Trägerrakete am 15. Juli 2000, um 11:59:59,628 (UTC-Zeit).

Plessezk Kosmodrom

Das Kosmodrom Plessezk liegt ca. 800 km nord-östlich von Moskau. Plessezk ist mit weltweit über 1/3 aller Raktenstarts der meist genutzte Ort hierfür. Von dieser Stelle aus kann ein breites Spektrum an Orbits, beinahe bis hin zur Polar-Inklination erreicht werden.

Bild von Rakete in Plessezk.
Geographische Koordinaten von Plessezk: Latitude: 62°50'N, Longitude: 40°30'O.
Karte mit Lage von Plessezk.
Lage von Plessezk.

Die Kosmos Trägerrakete

Die Kosmos Trägerrakete wurde vor über 40 Jahren im Luft- und Raumfahrttechnik Unternehmen PO Poljot in Omsk entwickelt.

Die zweistufige Rakete verwendet als Brennstoff Unsymmetrisches Dimethyl-Hydrazin (UDMH) und als Oxidator entweder Salpetersäure oder Distickstofftetroxid (N2O4). Die erste Stufe beinhaltet zwei 11D614 (RD216) Triebwerke, während die zweite Stufe aus einem mehrfach startbaren 11D49 Triebwerk besteht. Die zweite Raketenstufe enthält zwei unabhängige Antriebssysteme. Das zweite System kommt zur Anwendung während der Injektion in den Zielorbit und der Absetzung des Satelliten.

Eigentlich nur für den Einsatz im erdnahen Orbit und einem Parkorbit mit 51° Inklination gedacht, verfügt die Kosmos-3M über eine ausgewiesene Nutzlast-Kapazität von 1500 kg. Jedoch werden seit 1988 alle Kosmos-3M-Missionen vom Plessezk Kosmodrom in Umlaufbahnen mit Inklinationen von 66°, 74°, 83° und 87° sonnensynchrone Orbits geschickt.

 

Schematische Darstellung der Position von CHAMP im Kosmos-3M Nutzlastgehäuse.
Position von CHAMP im Kosmos-3M Nutzlastgehäuse.

Die Technischen Daten der Kosmos Trägerraketen-Systems

  • Startrampe: feststehend, am Boden abgestützt
  • Gesamte Startmasse: 109 Tonnen
  • Zuladnungsmasse: 1500kg
  • erreichte Orbithöhen der Fracht: 250 bis 1700km
  • Gesamtlänge der Trägerrakete: 32,4m
  • Rumpf-Durchmesser: 2,4m
  • Starts bis 2000: >700
  • Erfolgsrate: 97,4%

Eintritt in den Orbit

Der CHAMP Raumflugkörper (S/C) startete am 15. Juli 2000, 16:00 Uhr Lokalzeit Plessezk (11:59:59.628 UTC) in einem beinahe kreisrunden Orbit. Die Ereignisse ab der Startphase der Kosmos Trägerrakete, die den CHAMP Satelliten mit zwei weiteren Nutzlasten (die italienische MITA und die Deutsch/Russische RUBIN) in eine Umlaufbahn mit 87,3°-Inklination brachte, waren wie folgt:

Bild von der Kosmos Rakete auf der Startrampe in Plessezk.
Kosmos Rakete auf der Startrampe in Plessezk.
t0Start
t0 + 133sAbtrennung der 1. Stufe
t0 + 150sAbstoßung der Raketenspitze
t0 + 490sAbschaltung Triebwerk 1
t0 + 1915sAbschaltung Triebwerk 2
t0 + 1938sAbtrennung des Satelliten

State Vector für CHAMP

  • Epoche = 2000/08/01 00:00:00 GPS
  • Brouwer mean elements in Conventional Inertial System (CIS)
    • semi mayor axis = 6823.287km
    • Exzentrizität = 0.004001
    • Inklination = 87.277°
    • Argument of perigee = 257.706°
    • Right ascension of the ascending node = 144.210°
    • Mean anomaly = 63.816°
  • Dies ergab dann:
    • Orbitperiode = 93.55 min
    • Orbit/Tag = 15.40
    • Nodal Periode = 966 days
    • Perigee Periode = 93 days

Kontakt

Herr Prof. Dr. Hermann Lühr
Geomagnetismus

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Tel. +49 331 288-1735