ESA: In Sorge um Earthcare

Die Verwirklichung des Erdbeobachtungssatelliten Earthcare stößt auf Schwierigkeiten. Europäische Wissenschaftler müssen sich jetzt entscheiden, ob sie die Arbeit an der bahnbrechenden Lasermission fortsetzen wollen.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ESA. Vertont von Peter Rittimger.

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Earthcare über der Erde – Illustration
(Bild: ESA)

Earthecare sollte in rund 450 Kilometern über der Erde eingesetzt werden, um die Rolle von Wolken und Partikeln in der Atmosphäre bei Klimaveränderungen zu untersuchen.

Schwierigkeiten bei der Entwicklung des Hauptinstruments für den Satelliten, eines sogenannten LIDAR, werden eine Kostensteigerung von 450 auf vermutlich 590 Millionen Euro verursachen, wenn das Projekt umgesetzt wird.

Wegen der erwarteten Verteuerung haben die Mitgliedsstaaten der europäischen Raumfahrtagentur (ESA) die Spezialisten für Erdbeobachtung bei der Agentur nun gebeten, den Wert der erhofften Erkenntnisse und die technischen Risiken neu zu bewerten.

Planer und Wissenschaftler sollen überlegen, ob Alternativen existieren, die zu vergleichbaren wissenschaftlichen Resultaten führen können. Anhand eines Berichts, der den aktuellen Stand des Earthcare-Projekts sowie Für und Wider seiner Fortsetzung beschreibt, können die Mitgliedsstaaten der ESA dann entscheiden, wie weiter verfahren werden soll.

Earthcare sollte als einer von ESAs Earth Explorer mit innovativen Techniken Daten gewinnen, um bei der Beantwortung der drängender werdender Fragen zu Umwelt und Klima zu helfen. Frappierende Lücken im Wissen um Abläufe und Zusammenhänge der Prozesse in der Erdatmosphäre könnten die Fähigkeit von Wissenschaftlern, künftige Veränderungen vorherzusagen, ernsthaft behindern.

Drei Earth Explorer befinden sich derzeit im Weltraum: Cryosat 2 vermisst die Dicke des Eises in den Ozeanen und auf den Landmassen der Erde, GOCE untersucht das Schwerefeld der Erde und SMOS misst den Feuchtigkeitsgehalt der Landflächen und den Oberflächensalzgehalt der Ozeane.

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Earthcare im All – Illustration
(Bild: ESA)

Entsprechend den bisherigen Planungen wäre Earthcare nach zwei weiteren als sechster Earth Explorer ins All gebracht worden. Mit seiner Hilfe könnte man die Bildung und Wachstum von Wolken und kleinen Partikeln in der Atmospähr studieren und bestimmen, wie sie Klima, Wetter und Luftqualität beeinflussen.

Beispielsweise bewirken verschiedene Wolken Unterschiedliches: So kann eine niedrig hängende Wolkendecke eine Abkühlung des Planeten verursachen, während eine Wolkenschicht in großer Höhe eine Erwärmung zur Folge haben kann. Eine Verschiebung der Balance der in unterschiedlichen Höhen auftretenden Wolkenschichten könnte das Klima verändern. Für weiterentwickelte Klimamodelle ist das ein wichtiger Aspekt.

Die Entwicklung des Hauptinstruments, das die Gewinnung der von Earthcare erwarteten Daten sicherstellen soll, stieß auf vorher nicht erwartete Schwierigkeiten. Das LIDAR-Instrument (Lidar: Light detection and ranging) ist dazu gedacht, Impulse ultravioletten Lichtes in die Atmosphäre zu schicken und dort reflektiertes Licht zu erfassen.

Aus der Art und Weise, wie das Licht zum Instrument zurückgeworfen wird, will man einen Eindruck bekommen, wo in der Atmosphäre welche Arten von Wolken und Aerosolen vorkommen und welche Auswirkungen sie auf die Strahlungsbilanz der Erde haben.

Beim Hersteller des Instruments EADS Astrium SAS im französischen Toulouse machte man harte Zeiten durch, bis man zu einem Entwurf gelangt war, der auch im Vakuum des Weltraums zufriedenstellend arbeiten würde.

Bei Tests eines Musters war den Ingenieuren aufgefallen, dass sich das Instrument im Betrieb selbst verschmutzt. Es traten Ablagerungen von Material auf, das unzweifelhaft aus mechanischen Bestandteilen des Gerätes stammte. Der Effekt trat immer dann auf, wann das Muster im Vakuum unter simulierten Weltraumbedingungen betrieben wurde.

Nach aufwändigen Untersuchungen versteht man mittlerweile was passiert. Auf Grund dieser Erkenntnisse wurde zwischenzeitlich entschieden, dass das Instrument umzukonstruieren sei. Statt eines sogenannten monostatischen Lasers soll ein bistatischer Verwendung finden, das bedeutet, statt einer gemeinsam gelagerten und schwenkbaren Kombination von Laser und Detektortechnik sollen Sende- und Empfangstechnik getrennt untergebracht werden. Zusätzlich sind jetzt außerdem druckbeaufschlagte Gerätegehäuse geplant.

Die Gesamtkosten der Misson Earthcare steigen durch die erforderlichen Änderungen um erhebliche 140 Millionen Euro. Rund zwei Drittel davon entfallen auf den Neuentwurf und Bau des LIDARs für Earthcare. Das restliche Drittel resultiert aus der Tatsache, dass der auf Grund der geänderten Instrumententechnik schwerer als ursprünglich erwartet ausfallende Satellit auf einer leistungsfähigeren Trägerrakete als anfangs vorgesehen zu starten wäre.

Eigentlich sollte eine Vega-Rakete Earthcare von Kourou in Französisch-Guayana aus in den Weltraum bringen. Nun aber ist klar, dass eine Sojus-Rakete den Transport übernehmen müsste. Frühestens im Jahr 2016 könnte es soweit sein.

Entschließt man sich, das Projekt fortzusetzen, könnte Earthcare künftig auch bei der Lagebeurteilung nach Vulkanausbrüchen helfen. Die wertvollsten Daten zur Bestimmung der Ausbreitung der vom Eyjafjallajökull 2010 ausgestoßenen Asche- und Gaswolken lieferte der in us-amerikanisch-französischer Zusammenarbeit betriebene Satellit CALIPSO. Das könnte künftig auch ein Satellit tun, der auf eine europaweit getragene Initiative zurück geht.

Es ist zu hoffen, dass die Sorgen um das Erdklima und die Sorge um Earthecare zu den richtigen Schlüssen führt.

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