Envisat

Envisat (Environmental Satellite) ist ein 7,9 Tonnen schwerer Umweltsatellit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Seine wichtigsten Aufgaben sind die ständige Überwachung des Klimas, des Ozeans, der Landfläche bzw. allgemein des Ökosystems der Erde. Mit Gesamtkosten von 2,3 Milliarden Euro war er der bisher teuerste Satellit der ESA.

Missionsauftakt

Envisat hob am 1. März 2002 vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana an Bord einer Ariane 5-Rakete ab. Mit einem Gewicht von 8050 kg (inklusive 300 Kilogramm Treibstoff für Bahnmanöver) stellte er die bis dahin schwerste Nutzlast für die Ariane dar.

Nach dem erfolgreichen Start wurde Envisat auf eine polare sonnensynchrone Umlaufbahn in 800 Kilometern Höhe ausgesetzt. Mit einer Bahnneigung von 98° überfliegt ENVISAT jeden Ort im Abstand von 35 Tagen.

Missionsziele

Envisat, Modell (zum Größenvergleich siehe Arbeitsbühne und Person am linken Solarkollektor).

Envisat startete als Nachfolgeprojekt für die Satelliten ERS-1 und ERS-2, die in kleinerer Ausführung in den 1990er Jahren ähnliche Aufgaben übernommen hatten.

An Bord befinden sich zehn hochentwickelte Instrumente zur Erdbeobachtung. Sie können die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre, die Temperatur der Ozeane, Wellenhöhen und -richtungen, Windgeschwindigkeiten, Wachstumsphasen von Pflanzen messen und Waldbrände und Umweltverschmutzung aufspüren.

Envisat sollte ursprünglich bis 2007 seinen Dienst verrichten. Auf Grund der zuverlässigen Arbeit und der erkenntnisreichen Daten von etwa 280 Gigabyte pro Tag, wird die Mission bis 2010 weitergeführt. [1]

Die Instrumente

Die X- und Ka-Band Antennen dienen der Kommunikation mit den Bodenstationen beziehungsweise mit Artemis.

Das RA-2 (Radar Altimeter 2) ist ein Höhenmesser, der über seine Antenne impulsartige Radarstrahlen aussendet und ihr Echo wieder empfängt. Aus der Laufzeitmessung des Reflexionssignals kann die Höhe des Satelliten bestimmt werden. Durch Abgleichung mit den Daten der Umlaufbahn kann demnach ein Höhenprofil der Erde erstellt werden. Zusätzlich erlaubt die Charakteristik des Echos Aussagen über die Oberflächenbeschaffenheit, sei es Wasser, Land oder Eis, zu treffen.

Die Hauptaufgabe des MWR (MicroWave Radiometer) liegt in der Messung der Feuchtigkeit der Erdatmosphäre. Diese Werte sind wichtig für die Auswertung des RA-2 Instruments, da seine Messergebnisse stark durch Feuchtigkeit in der Atmosphäre beeinflusst werden.

AATSR (Advanced Along-Track Scanning Radiometer) ist ein Instrument zu Erfassung der Oberflächentemperatur des Meeres auf 0,3 °C genau. Über Landflächen können seine Ergebnisse zur Interpretation der Vegetation, des 500 km breiten Blickfeldes genutzt werden. ENVISAT besitz ein weiteres Instrument das zur Höhenbestimmung eingesetzt wird, das als DORIS (Doppler Orbitography by Radiopositioning Integrated on Satellite) bezeichnet wird. Dieses System kann aber zusätzlich noch eine exakte Bahn- und Lagebestimmung durchführen zu der auch die Satellitengeschwindigkeit zählt. Dies wird über den Abgleich von 2 empfangenen Signalen realisiert. Diese Signale werden von einem Netzwerk aus über 50 Sendestationen, die über die ganze Welt verteilt sind, ausgestrahlt.

Der LRR (Laser RetroReflector) ist lediglich ein Rückstrahler, der einen von der Bodenstation ausgesandten Laserstrahl spiegelt und exakt zurück wirft. Dies ermöglicht wiederum durch eine Laufzeitmessung die Errechnung der Höhe von ENVISAT.

Das MERIS (MEdium Resolution Imaging Specrometer) erfasst, mithilfe eines CCD Arrays Bilder eines Messstreifens von 1150 km Breite. Die aufgenommen Strahlen sind ausschließlich auf die Reflexion des Sonnenlichtes auf der Erdoberfläche zurückzuführen, deshalb sind auch keine Messungen in der Eklipse möglich. Durch die Spektroskopie des Bildes ergeben sich Informationen über den Chlorophyll- und Schwebeteilchengehalt sowie die Eigenschaft etwaiger Sedimentschichten der Ozeane. Zweitrangig ist die Untersuchung der Atmosphäre mit MERIS, da dazu andere Instrumente besser geeignet sind.

Von GOMOS (Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars) wird die Zusammensetzung der Atmosphäre untersucht. Mit einem Spiegel werden Sterne von ausreichender Leuchtkraft anvisiert, kurz bevor sich hinter dem Horizont verschwinden, aber bevor die Sicht auf den Stern durch die Atmosphäre getrübt ist. Von diesem Bild wird ein Spektrum erstellt, das später als Vergleichsbasis dient. Folgt nun ENVISAT seiner Laufbahn verschwindet der Stern langsam hinter der Erde. Bevor er jedoch vollkommen verschwunden ist wird sein Licht, durch die verschiedenen Schichten der Erdhülle gedämpft. Dies schlägt sich auch in den Spektren wieder die in dieser Phase erstellt werden. Aufgrund der elementspezifischen Absorption verschiedener Wellenlängen kann daraus deren Konzentration ermittelt werden. Zur Veranschaulichung ist dieser Vorgang in Abbildung 40 dargestellt. Das Hauptaugenmerk liegt hier auf der Beobachtung der Verteilung von Ozon, Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden. Dieses Prinzip zu Messung der Atmosphärenbestandteile wurde erstmals von GOMOS eingesetzt, ist extrem präzise und erlaubt außerdem eine globale und dreidimensionale Analyse.

Das ASAR (Advanced Synthetic Aperture Radar) sendet mit seiner großen Antenne Radarstrahlen zu Erde und empfängt sie wieder. Durch ein technisch sehr aufwendiges System imitiert die Antenne aufgrund ihrer stetigen Fortbewegung, bestimmt durch die Satellitengeschwindigkeit von 7,5 km/s, eine sehr große stationäre Antenne. Demzufolge erzielt das Radar eine sehr hohe Auflösung und hat aus diesem Grund verschiedene Aufnahmemodi, um die Kapazität der anfallenden Daten in Grenzen zu halten. Es werden entweder kleine Bilder mit hoher, oder große Bilder mit niedriger Auflösung erstellt. Durch das aktive Senden der Radarstrahlen und ihrer Eigenschaft ist das Instrument unabhängig von Bewölkung und Tageslicht. Die Einsatzgebiete von ASAR liegen vor allem in der Umweltbeobachtung.

MIPAS (Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding) ist ein weiteres Spektrometer an Bord von ENVISAT. Im Gegensatz zu MERIS ist es jedoch ausschließlich auf die Untersuchung der Atmosphäre ausgerichtet und kann auch ohne Sonnenlicht operieren. Aus diesem Zweck ist sein Spektrum im Vergleich zu MERIS, das im sichtbaren Wellenlängenbereich fungiert, in den Infrarotbereich verschoben. Von MIPAS können sowohl verschiedene Spurengase, Wasserdampf und die Temperatur der Atmosphäre als auch deren Austauschvorgänge aufgezeichnet werden. Es können Höhenprofile bis zu einer vertikalen Auflösung von 3 km aufgenommen werden.

Das SCIAMACHY (SCanning Imaging Absorption SpectroMeter for Atmospheric CHartographY) ist ebenfalls wie MIPAS ein Spektrometer zur Untersuchung der Atmosphäre. Es arbeitet jedoch im sichtbaren Wellenlängenbereich und ist daher auf die Sonne oder schwächere Lichtquellen wie den Mond angewiesen. Ein weiterer Unterschied zwischen den beiden Instrumenten besteht in der Ausrichtung des Blickfeldes. MIPAS Blickrichtungen zeigen seitlich zum Orbit und gegen die Flugrichtung von ENVISAT tangential zur Erde auf die Atmosphärenschichten. Das Blickfeld von SCIAMACHY zeigt dagegen sowohl in Flugrichtung als auch direkt vertikal nach unten. Wenn der Satellit die im Voraus horizontal abgetastete Luftsäule erreicht, kann er sie erneut vertikal abtasten, wie es in Abbildung 43 und 44 demonstriert wird. Dadurch kann eine bessere räumliche Auflösung erreicht werden.

Die Redundanz der Systeme ermöglicht den Vergleich der verschiedenen Messergebnisse untereinander. Zudem unterscheiden sich die Messverfahren der Instrumente, wodurch das Einsatzgebiet des Satelliten sehr vielfältig wird. Mit seiner enormen Größe und Masse wird ENVISAT noch auf absehbare Zeit seines gleichen suchen. Die hohe Anzahl an Instrumenten und das damit gebundene Kapital birgt im Falle eines Fehlstarts nicht absehbare Folgen. Aus diesem Grund sind momentan wieder kleinere Satellit im Einsatz und in Entwicklung, die sich nur auf ein Missionsziel spezialisieren.

Siehe auch

• Liste der Erdbeobachtungssatelliten
• Erde, Klima, Satellit (Raumfahrt)
• Earth Explorer Missions–Programm der ESA

Weblinks

• Raumfahrer.net: Envisat-Sonderseite
• DLR: Envisat
• ESA: Envisat (engl.)
• Wo ist Envisat gerade?

Satelliten und Raumsonden mit Beteiligung der ESA