Satellitengeodäsie
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Unter Satellitengeodäsie versteht man die Erdvermessung (Geodäsie) mittels Beobachtung künstlicher Erdsatelliten.
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[Bearbeiten] Drei Prinzipien
Für den Einsatz geodätischer Satelliten bzw. für die geodätische Nutzung von anderen Erdsatelliten gibt es prinzipiell drei methodische Vorgangsweisen:
- Geometrische Satellitengeodäsie: Richtungs- und Distanzmessungen zum Aufbau von Netzen für die Positionsbestimmung der Messpunkte und Berechnung ihrer Koordinaten
- Dynamische Satellitengeodäsie: Bahnbestimmung von Satelliten und Analyse der Bahnstörungen zur Bestimmung des Schwerefeldes der Erde
- Kombinierte Verfahren, hauptsächlich für die Ortung und Navigation - z. B. mittels GPS-Satelliten.
- Einige Sonderverfahren zu den 3 Gruppen sind unter den Messmethoden angeführt.
Durch Optimierung dieser Methoden konnte die Erdmessung, die Punktbestimmung und die Definition von Bezugssystemen seit 1970 von einigen Metern Genauigkeit bis in den cm-Bereich und teilweise sogar in den Sub-Millimeter-Bereich gesteigert werden.
[Bearbeiten] Einteilung nach Messmethoden
In der Satellitengeodäsie wird eine Reihe sehr verschiedener Messmethoden angewendet. Sie lassen sich wie folgt gliedern:
[Bearbeiten] Richtungsmessungen
- Visuell: am Beginn der Raumfahrt (1957 bis etwa 1970). Messung im Fernrohr oder Feldstecher vor dem Hintergrund des Sternhimmels oder mit speziellen Theodoliten; erreichbare Genauigkeit 10-50"
- Fotografisch: 1957 bis etwa 1980, "ballistische" Kameras mit Fotoplatten, spezielle Satellitenkameras auch mit Filmen; Brennweite 20-100 cm, Genauigkeit 1-5". Später durch Funkverfahren und CCD verdrängt
- CCD-Kameras: seit etwa 1995, verstärkt ab 2000 (automatische Steuerung). Genauigkeiten bis 0,5"
- Mit Funkwellen (ungenauer) und Interferometrie (rel. aufwendig)
- Astrometrie durch Scannen des Sternhimmels und Zeitmessung (siehe Hipparcos): indirekt geodätisch nutzbar als Bezugssystem.
Siehe auch: ballistische Kamera, Strichspur, Sterndurchgang, Moonwatch
[Bearbeiten] Distanzmessungen
- Elektronische Distanzmessung mit Mikrowellen (z. B. SECOR bis etwa 1970; GPS siehe unten) und mit Radar: heute auch zwischen Satelliten (SST, s. u.) und mit Geschwindigkeitsmessung (PRARE) auf wenige mm.
- Laser Ranging durch Laufzeitmessung extrem kurzer Laser-Impulse. Seit etwa 1965 (±5 m genau), heute ebenfalls einige mm.
- Dopplereffekt, siehe auch Hyperbel- und Funknavigation. Bekanntestes Verfahren 1964-1995 war "Transit" (NNSS, ±20 m bis 30 cm), heute globales DORIS-System etwa ±10 cm.
- Pseudoranging: Laufzeitmessung kodierter Mikrowellen, Uhrfehler wird aus Überbestimmung berechnet. Messmethode von GPS-NAVSTAR, GLONASS und des künftigen Galileo, Genauigkeit mm...cm je nach Methode.
- Alle o. a. Messungen sind wegen der Atmosphäre zu korrigieren, ihre Genauigkeit durch längere Messreihen und spezielle Bahn- und Auswertungsmethoden zu steigern. "Zweiwegmessungen" (hin und zurück) sind genauer als Einwegmessungen.
[Bearbeiten] Höhenmessung
oder Satellitenaltimetrie über dem Meer, künftig auch über Eisflächen: Laufzeitmessung eines Radarimpulses, der von der Meeresoberfläche reflektiert wird. Genauigkeit 1978 (Seasat) um 20 cm, heute im cm-Bereich. Wichtige Methode der Geoid-Bestimmung und für die Ozeanografie (Wind, Wellen, Meeresströmungen), Einsatz u.a. bei den ERS-Satelliten der ESA.
[Bearbeiten] SST und Geschwindigkeit
- SST (Satellite to Satellite Tracking): Mikrowellen-Distanzmessung zwischen Satelliten. Erste Versuche 1975, äußerst erfolgreich bei Zwillings-Satellit GRACE (2004) für Details im Schwerefeld.
- Geschwindigkeit: aus Differenzen von Radarmessungen, v. a. aber mit Dopplereffekt (Transit, DORIS) und mit "Precise RAnge and range Rate Exp." (PRARE, für diverse Sonden ab 1990).
[Bearbeiten] Gradiometrie
- Messung von Schweregradienten (Unterschied im Schwerefeld an verschiedenen Stellen des Satelliten). Erstmals bei GOCE 2008.
- Messung von Beschleunigungen im Satelliten durch Accelerometer- und Kreiselsysteme. Entwicklungsprobleme seit 10 Jahren, erstmals bei GOCE.
[Bearbeiten] Fernerkundung und Kartografie
(siehe Spezialartikel): Fotos oder digitale Aufnahmen von der Erdoberfläche, bzw. multispektrale Scanner, Side Looking Radar usw. Geodätisch nutzbar v. a. als Interferometrie bei lokalen Prozessen der Geodynamik.
[Bearbeiten] Kurze Erfolgsgeschichte der Satellitengeodäsie
(geplant in Stichworten): u. a. Ballonsatellit - Bahndynamik - Erdabplattung - Weltnetz der Satellitentriangulation - Fernerkundung/ Landsat - Landesvermessung - Altimetergeoid - Lasertechnik - GPS - Erdmodelle - Geodynamik - Erdschwerefeld (CHAMP und GRACE).
