Autor: Star-Light, Quelle: NASA .

Aqua, lateinisch für Wasser, ist eine geowissenschaftliche Satellitenmission der NASA, benannt nach der großen Menge an Informationen über den Wasserkreislauf der Erde, einschließlich Verdunstung aus den Ozeanen, Wasserdampf in der Atmosphäre, Wolken, Niederschlag, Bodenfeuchtigkeit, Meereis, Landeis und Schneebedeckung auf dem Land und Eis, die diese Mission sammeln wird. Weitere Variablen, die ebenfalls von Aqua gemessen werden, sind Strahlungsenergieflüsse, Aerosole, Vegetationsbedeckung auf dem Land, Phytoplankton und gelöste organische Substanz in den Ozeanen sowie Luft-, Land- und Wassertemperaturen. Die Aqua-Mission ist Teil des internationalen Erdbeobachtungssystems (EOS) der NASA.

Aqua wurde am 4. Mai 2002 gestartet und hat sechs Erdbeobachtungsinstrumente an Bord, die eine Vielzahl globaler Daten sammeln sollen. Aqua wurde ursprünglich für eine Einsatzdauer von sechs Jahren entwickelt, hat dieses Ziel aber inzwischen weit übertroffen. Der Satellit überträgt weiterhin durchschnittlich 98 GByte Daten pro Tag von vier seiner sechs Instrumente, AIRS, AMSU, CERES und MODIS, und Daten reduzierter Qualität von einem fünften Instrument, AMSR-E. Das sechste Aqua-Instrument, HSB, sammelte etwa neun Monate lang Daten von hoher Qualität, fiel jedoch im Februar 2003 aus. Aqua war das erste Mitglied einer Gruppe von Satelliten, die als A-Train bezeichnet wird.

Hier eine schematische Darstellung des Satelliten mit seinen Instrumenten (Quelle NASA). Bei den sechs Instrumenten handelt es sich um den Atmospheric Infrared Sounder (AIRS), die Advanced Microwave Sounding Unit (AMSU-A), den Humidity Sounder for Brazil (HSB), das Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS (AMSR-E), das Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), und das Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES).

Daten zu Aqua:

Rakete: Zweistufiges Delta II 7920-10L
Ort: SLC-2W, Western Range, Luftwaffenstützpunkt Vandenberg, Kalifornien
Startdatum: 4. Mai 2002 um 2:55 Uhr PDT

Gewicht (beim Start): 2.934 kg (6.468 Pfund)
elektrische Leistung: 4.860 Watt am Ende der Lebensdauer
Größe (entfaltet): 4,8 m (15,8 ft) x 16,7 m (54,8 ft) x 8 m (26,4 ft)
ursprünglich geplante Missionsdauer: 6 Jahre

Mehr Informationen dazu finden Sie auf der Missionsseite der NASA und in der Übersicht aller NASA Missionen.

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: JAXA. Vertont von Peter Rittinger.

Der Satellit mit einer Startmasse von rund 1.880 kg war am 18. Mai 2012 vom japanischen Startzentrum Tanegashima an der Spitze einer Rakete des Typs H-IIA in den Weltraum gebraucht worden. Seit dem 29. Juni ist das Raumfahrzeug auf einem Orbit innerhalb einer A-Train genannten Konstellation (eigentlich: „The Afternoon Constellation“) internationaler Erdbeobachtungssatelliten unterwegs. Seiner vollständigen Bezeichnung, die für Global Change Observation Mission 1st – Water steht, entsprechend ist es seine Aufgabe, Informationen über die Veränderung der Umweltbedingungen über den Weltmeeren zu liefern.

Das Hauptinstrument von GCOM-W1 ist ein Mikrowellenradiometer, mit dem es möglich ist, Niederschläge zu beobachten, die Menge von verdunstendem Wasser zu bestimmen, die Windgeschwindigkeit über der Meeresoberfläche zu messen, und die Höhe von gefallenem Schnee festzustellen. Das als AMSR2 für Advanced Microwave Scanning Radiometer 2 bezeichnete Instrument besitzt den größten jemals im All eingesetzten rotierenden Antennenreflektor. Sein Durchmesser beträgt rund 2 Meter. Gemessen wird in sechs verschiedenen Frequenzbändern zwischen 7 und 89 GHz.

Das AMSR2 und die gewählte annähernd kreisförmige sonnensynchrone Umlaufbahn des Satelliten in rund 710 Kilometern über der Erdoberfläche mit einer Neigung von 98,2 Grad gegen den Erdäquator ermöglichen es, über 99 Prozent der Erdoberfläche alle zwei Tage abzutasten. Die Breite des abgetasteten Streifens auf der Oberfläche beträgt rund 1.450 Kilometer. Die Auslegung des rotierenden Antennensystems erfolgte so, dass es bei einem Einsatz rund um die Uhr mit einer Drehgeschwindigkeit von einer Umdrehung alle 1,5 Sekunden über fünf Jahre Dauerbetrieb ohne Unterbrechung überstehen soll.

Wie vorher geplant läuft seit dem 10. August 2012 der reguläre Beobachtungsbetrieb, nachdem die erste Funktionsüberprüfung erfolgreich abgeschlossen wurde. Die aktuell vom Satelliten empfangenen Daten werden sorgfältig mit anderen, das gleiche Beobachtungsgebiet betreffenden Daten abgeglichen, um die Gültigkeit der Daten zu bestätigen und ihre Qualität gegebenenfalls durch weitere Kalibrierungen der Instrumente an Bord von GCOM-W1 verbessern zu können.

Am 7. August 2012 erfasste GCOM-W1 Messdaten vom Taifun HAIKUI, welche die Stärke der Regenfälle in unterschiedlichen Zonen des Taifuns erkennen lassen. In dem von der JAXA gezeigten Komposit-Bild stellen die blau markierten Bereiche Gebiete mit Regenfällen geringer Stärke dar, schwere Regenfälle gibt es in den rot markierten Bereichen.

Das Bild des Taifuns im Hintergrund in Graustufen steuerte der japanische geostationäre Multifunktionssatellit MTSAT, positioniert bei 145 Grad Ost, bei. Das Auge des Taifuns in dessen Mitte, einem Bereich ohne Niederschläge, wurde vom Mikrowellenradiometer von GCOM-W1 gut getroffen, auf dem ursprünglichen Wolkenphoto von MTSAT ist es nicht so deutlich zu erkennen.

GCOM-W1 ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 38.337 bzw. als COSPAR-Objekt 2012-025A.

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• HII-A mit GCOM-W1, KOMPSAT-3, SDS-4 und Horyu-2

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Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: NASA. Vertont von Guido Schumann.

Um 12:02 Uhr (MESZ) hob die Rakete mit den beiden Satelliten an Bord von der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien ab. Der ursprünglich für den 21. April geplante Start musste dreimal wegen schlechter Wetterbedingungen beziehungsweise technischer Probleme verschoben werden. Ziel der beiden künstlichen Erdtrabanten war jeweils ein polarer Orbit in rund 705 Kilometer Höhe, von dem aus die Erdatmosphäre nach Beendigung der Kommissionierungsphase permanent in Augenschein genommen wird. Gut eine Stunde nach dem Start trennte sich der erste der beiden Satelliten namens Calipso von der Raketenoberstufe, 35 Minuten später gefolgt von CloudSat. Kurze Zeit später konnte die Bodenkontrolle einen Funkkontakt zu beiden Satelliten herstellen. Den ersten zur Erde übermittelten Telemetriedaten zufolge haben beide Flugkörper den Start gut überstanden. Während der nächsten sechs Wochen steht die Überprüfung der Systeme und wissenschaftlichen Instrumente – die so genannte „Kommissionierungsphase“ – sowie die Einnahme ihrer endgültigen Umlaufbahnen auf dem Programm.
Letzendlich sollen Calipso und CloudSat Teil des „A-Train“ werden: Damit wird eine Konstellation aus sechs amerikanisch-französischen Erdbeobachtungssatelliten bezeichnet, die dicht hintereinander auf einer gemeinsamen Umlaufbahn die Erde umkreisen. Die beiden heute gestarteten Satelliten werden dabei extrem nahe beieinander um die Erde kreisen: Gerade einmal 15 Sekunden Flugzeit sollen die Satelliten nach Erreichen ihrer endgültigen Umlaufbahn voneinander trennen! Diese enorm dichte Folge mehrerer Satelliten stellt zwar einerseits eine echte Herausforderung für die Satellitenkontrollstationen am Boden dar, zumal die sechs Satelliten keineswegs von einem gemeinsamen Kontrollzentrum aus gesteuert werden. Andererseits jedoch ermöglicht der Formationsflug die fast zeitgleiche Untersuchung der überflogenen Areale mit einer Vielzahl unterschiedlich spezialisierter Beobachtungsinstrumente, wie es sonst nur wissenschaftliche Großsatelliten wie der europäische ENVISAT vermögen. Mit dem Satellitenstart in dieser Woche sind fünf der sechs „A-Train-Satelliten“ nun bereits im Orbit: die amerikanischen Satelliten Aqua, Aura, CloudSat, der amerikanisch-französische Calipso sowie der französische Forschungssatellit PARASOL.
Ein Blick in die Wolken
Der amerikanische CloudSat ist mit genau einem wissenschaftlichen Beobachtungsinstrument ausgerüstet: dem „Cloud Profiling Radar“ (CPR). Mit diesem gemeinsam von der NASA und der kanadischen Raumfahrtagentur entwickelten Radar soll der Satellit erstmals dreidimensionale Daten über das Innere von Wolken liefern – bisherige Erdbeobachtungs- und Wettersatelliten haben im Wesentlichen nur die „Oberkante“ der Wolken sehen können. Deborah Vane, stellvertretende wissenschaftliche Leiterin der Mission, beschreibt die Leistungsfähigkeit des Radars so: „Das ist das erste Mal, dass wir vom Weltall aus sehen werden, wie Schnee fällt.“ Diese neuartige Einsicht in das Innenleben der Wolken erreicht CPR, indem es Radarwellen mit einer Frequenz von 94 GHz abstrahlt und die von den Wolkenschichten reflektierten elektromagnetischen Wellen wieder auffängt.

CloudSat soll erstmals Aussagen über die vertikale Struktur von Wolken liefern können. Mit Hilfe des Radars an Bord von CloudSat wird die Menge an Regen und Eis im Inneren der Wolken abschätzbar, und auch die für das globale Klima wichtige Frage, ob Wolken insgesamt zur Aufheizung oder Abkühlung der Erdatmosphäre beitragen, soll durch die Daten des Radarinstruments besser beantwortet werden können.

Den Spurenelementen auf der Spur
In Ergänzung zu den Messungen von CloudSat ist der Satellit Calipso mit einer Instrumentierung bestückt, die vor allem den Aerosolgehalt der Atmosphäre in verschiedenen Höhen messen soll. Zu diesem Zweck befindet sich ein so genanntes „Lidar“-System an Bord, das Laserstrahlen senkrecht nach unten in die Atmosphäre schiesst und mit Hilfe eines einen Meter durchmessenden Spiegels die von den in der Luft befindlichen Schwebeteilchen reflektierte Laserstrahlung wieder auffängt und analysiert. Darüber hinaus wird Calipso mit diesem und zwei weiteren Messinstrumenten die Messungen von CloudSat ergänzen, um so möglichst detaillierte Informationen über die Dicke, Höhe und Schichtung von Wolken zu erfahren.

Die Mission der beiden Satelliten ist für zunächst 22 Monate finanziert. Bei einem erfolgreichen Verlauf ist allerdings davon auszugehen, dass die Missionsdauer verlängert wird; die technische Mindestlebensdauer der Satelliten zumindest lässt eine Missionsdauer von 36 Monaten und darüber hinaus realistisch erscheinen. Gemeinsam mit den anderen Satelliten des „A-Train“ werden CloudSat und Calipso unser Wissen über die Auswirkungen der Wolken und Aerosole auf unser globales Klima deutlich erweitern.

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Ein Beitrag von Florian Stremmel. Quelle: NASA, CNES, Wikipedia. Vertont von Dominik Mayer.

Beide Satelliten sollen das Klima und speziell den Einfluss der Wolken untersuchen und dabei das erste globale Atmosphärenprofil liefern. CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation) soll viele offene Fragen klären.

Zum Beispiel, welche Rolle Wolken und Luftpartikel (Aerosole) bei der Regulierung des Wetters, des Klimas und der Luftqualität der Erdatmosphäre spielen. Entstanden in Zusammenarbeit zwischen der französischen Raumfahrt-Behörde CNES und der US-amerikanischen NASA, soll CALIPSO ein vertikales Profil unserer Atmosphäre mit einer Auflösung von 30 Metern erstellen. Durch die Messung der Parameter geographische Lage, Höhe und optische Eigenschaften von Wolkenschichten und Aerosolen wird es möglich sein, deren Rolle im Klima besser zu bestimmen. Des Weiteren erhoffen sich Wissenschaftler genauere Vorhersage-Fähigkeiten der Klima-Veränderungen sowie von saisonalen Schwankungen.

Als wichtigstes Instrument dient CALIPSO ein so genannter Lidar (Light detection and ranging), wobei es sich um ein mit dem Radar verwandtes System handelt. Gemessen wird dabei das von der Atmosphäre reflektierte Licht eines ausgestrahlten Laserpulses mittels eines Ein-Meter-Teleskops. Zusätzlich wurden eine Weitwinkel-Kamera und ein bilddarstellendes Infrarot-Radiometer (Imaging Infrared Radiometer) installiert. Als Plattform dient CALIPSO ein Proteus-Satellitenbus.

Die Mission des amerikanischen Kollegen Cloudsat legt ihren Fokus bei der Wolken-Untersuchung auf Analysen, in welchem Ausmaß Wasser und Eis in den Wolken auftreten, wie viel Prozent der Wolken Niederschlag produzieren und wie effizient die Atmosphäre aus aufsteigendem Kondensat Regen herstellt. Dabei bedient sich Cloudsat eines Cloud Profiling Radars (CPR), welches, ähnlich wie CALIPSOs Lidar, die von Wolken zurückgestrahlte Energie misst, hier in Form von 94 Gigahertz-Radarwellen. Das System mit einer vertikalen Auflösung von 500 Metern wurde vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) und der Canadian Space Agency (CSA) gemeinsam entwickelt.
Sind beide Satelliten von der Delta II-Oberstufe in ihren Orbit entlassen, werden sie von vier weiteren Erdbeobachtungs-Satelliten „in Empfang genommen“. Mit diesen bilden sie fortan eine einmalige Konstellation. Als „A-Train“ werden die Trabanten OCO, AQUA, Parasol und AURA zusammen mit den beiden Neulingen die Erde in einer sonnensynchronen Umlaufbahn bei einer Höhe von 705 Kilometern umkreisen, jeweils im Abstand von wenigen Minuten; CALIPSO und Cloudsat trennen sogar nur 15 Sekunden. Im Formationsflug sollen so kombinierte Messungen in ein noch umfassenderes Portrait unserer Atmosphäre fließen.

Am Startkomplex 2 der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien schloss die NASA am 4. April erfolgreich eine Flugsimulation der Boeing Delta II ab. Nun folgt die Installation der beiden Nutzlasten in die Trägerrakete.

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