Quelle: ESA 5. September 2023.

5. September 2023 – Um die Menge an Raumfahrtrückständen einzuschränken, wird in internationalen Vorschriften festgelegt, wie lange ein Satellit nach Beendigung seiner Mission in der Umlaufbahn verbleiben darf – nicht länger als 25 Jahre.

Bei Missionen im niedrigen Erdorbit erfolgt die Rückkehr schneller, da sie von der dünnen Erdatmosphäre erfasst und so zügiger zurückgebracht werden können.

Im Rahmen des unterstützten Wiedereintritts von Aeolus im Juli 2023 – dem ersten seiner Art – wurde das ohnehin bereits geringe Risiko durch herabfallende Trümmerteile um den Faktor 150 reduziert. Gleichzeitig wurde auch die Zeitspanne, in der Aeolus unkontrolliert in der Umlaufbahn verblieb, um einige Wochen verkürzt, wodurch das Risiko von Kollisionen mit anderen Satelliten auf dieser wichtigen Weltraumautobahn begrenzt wurde.

Bewegende Momente
Aeolus wurde somit kurzzeitig zu Weltraummüll, nachdem am 28. Juli 2023 um 17:43 MESZ der letzte Befehl an den Satelliten gesendet wurde und das Flugkontrollteam in der Folge nicht mehr mit der Mission kommunizieren oder sie beeinflussen konnte. Nach monatelangen Vorbereitungen und einer Woche intensiver und kritischer Operationen hatte das Team alles im Rahmen des Möglichen getan. Der Satellit wurde passiviert – abgeschaltet – und dem ESA-Büro für Raumfahrtrückstände übergeben, das den endgültigen Sinkflug verfolgte.

Beim Blick auf die wahrscheinliche Flugroute war klar, dass man mithilfe des Weltraumbeobachtungsradars TIRA (Tracking and Imaging Radar) des Fraunhofer-Instituts für Hochfrequenzphysik und Radartechnik in Deutschland (Eifel) eine „gute Sicht“ haben würde. Die 34-Meter-TIRA-Antenne konnte Aeolus gegen 18:20 Uhr MESZ etwa vier Minuten lang verfolgen.

„Betreiber*innen von Raumsonden sind es gewohnt, mit ihren Missionen in Dialog zu treten, aber Raumfahrtrückstände können leider nicht kommunizieren. Diese letzten Beobachtungen bestätigten, dass der finale Wiedereintritt von Aeolus gut verlaufen war und dass der nun ‚dahingeschiedene‘ Satellit in die erwartete elliptische Umlaufbahn mit einer Mindesthöhe von 120 Kilometer gelangt war“, erklärt Benjamin Bastida Virgili, Experte im ESA-Büro für Raumfahrtrückstände.

„Wenn man sich den Weg von Aeolus eher als einen leicht gequetschten Kreis und nicht als eine Linie vorstellt, wurde dieser bei seiner Rückkehr kleiner und kreisförmiger, seine Höhe stieg und fiel jedoch nach wie vor. Anhand dieser Informationen zur Bahn von Aeolus haben wir eine neue Schätzung der Wiedereintrittszeit berechnet, die etwas mehr als zwei Stunden später auf unserer geplanten Bodenspur erfolgte.“

Dies war das letzte Mal, dass die Missionsteams Aeolus sahen. Er war immer noch komplett und nur zwei Stunden davon entfernt, in der Erdatmosphäre über der Antarktis, weit entfernt von bewohnten Gebieten, zu zerfallen. Gegen 20:40 Uhr MESZ wurde Aeolus dann für etwa zwei Minuten zu einer vorübergehenden Feuerkugel in der Atmosphäre.

„Normalerweise gehen wir davon aus, dass wir eine Mission zum letzten Mal sehen, wenn sie auf die Spitze einer Trägerrakete gesetzt wird und sich die Verkleidung um sie herum schließt“, sagt Aeolus-Missionsmanager Tommaso Parrinello.

„Aeolus ist ein bemerkenswertes Beispiel für nachhaltige Raumfahrt und verantwortungsvollen Betrieb. Wir haben die Mission so lange wie möglich begleitet und ihre Rückkehr so weit wie möglich unterstützt. Diese Bilder sind unser letzter Abschied von der Mission, die wir alle vermissen, deren Vermächtnis aber weiterleben wird.“

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• ADM-Aeolus (Atmospheric Dynamics Mission – ESA Earth Explorer) auf VEGA

Der Beitrag ESA: Letzte Bilder des Aeolus Wiedereintritts erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: TROPOS 28. Juli 2023.

TROPOS-Beteiligung während der gesamten Mission
Der am 22. August 2018 gestartete Satellit umkreiste die Erde fast fünf Jahre lang und lieferte dabei vertikale Profile der horizontalen Windgeschwindigkeit und Rückstreuinformationen über Wolken und Aerosole. TROPOS trug maßgeblich zum großen Erfolg der Mission bei, indem es von Beginn bis zum Ende der Mission weltweit kontinuierliche Referenzmessungen zur Validierung der Wind- und Aerosol-/Wolkenprodukte lieferte. Auch über die Mission hinaus wird sich das TROPOS im Rahmen des Aeolus-DISC-Projekts (Data, Innovation and Science Cluster) engagieren, um die Datenprodukte zu verbessern und die wissenschaftliche Wirkung der Mission zu erhöhen. Das TROPOS war an der Entwicklung des Level-2A-Produkts für die optischen Eigenschaften von Aerosolen beteiligt, überwachte die Datenqualität und unterstützte die externe Validierung mit dem Wissenschaftsteam der europäischen Partner.

Tests am Ende der Lebensdauer
Bevor der Satellit nun zurückkehrt, hat das Aeolus-Team erfolgreich eine Reihe von End-of-Life-Experimenten durchgeführt. Die Forschenden hoffen nun, mit den Ergebnissen dieser Experimente künftige Lidar-Missionen im Weltraum verbessern zu können. Die radiometrische Leistung des Instruments und die Auswirkungen auf Aerosol- und Windprodukte wurden in Zusammenarbeit mit dem Aeolus DISC für jeden Test bewertet.

Vertikale Winde
TROPOS war an einem Experiment beteiligt, bei dem der Laser von seiner nominellen 35-Grad-Diagonalsicht auf eine Nadir-Sicht (Punkt auf der Erdoberfläche direkt unter dem Satelliten) gekippt wurde, um vertikale Winde über Gewitterwolken zu messen. Während vertikale Luftbewegungen im Durchschnitt über großen horizontalen Skalen vernachlässigbar sind, ist diese Annahme in Situationen mit starker Konvektion (z. B. bei tropischen Stürmen) nicht gültig. „Wir sind noch dabei, die vielversprechenden Daten zu analysieren, die während dieses Tests gesammelt wurden, und hoffen, dass wir die Auswirkungen der vertikalen Luftbewegungen quantifizieren können“, sagt Dr. Sebastian Bley vom TROPOS.

ATLID-Test
TROPOS war auch an einem ATLID-Test beteiligt, bei dem der Aeolus-Laser ALADIN so konfiguriert wurde, dass er das ATLID-Lidar, das auf EarthCARE fliegen wird, nachahmt. Dieser Test dient der Vorbereitung auf den kommenden EarthCARE-Satelliten, der ein Lidar-Instrument tragen wird, das dem auf Aeolus sehr ähnlich ist. „Die Erkenntnisse aus der Aeolus-Mission haben uns bei der Vorbereitung der EarthCARE-Mission sehr geholfen. Mit ihren vier Instrumenten auf einer Plattform zur Messung von Aerosolen, Wolken und Strahlung ist sie noch anspruchsvoller als Aeolus“, sagt Dr. Ulla Wandinger vom TROPOS. Das Startfenster für die EarthCARE-Mission ist für April-Juni 2024 geplant. Während des ATLID-Tests überflog Aeolus Leipzig und Mindelo auf den Kapverdischen Inseln, beides Stationen mit bodengestützten Lidar-Instrumenten, die von TROPOS betrieben werden.

Rück- und Ausblick aus TROPOS-Sicht
Wir verfolgen den Wiedereintritt von Aeolus mit gemischten Gefühlen. Einerseits sind wir traurig darüber, dass dieser wunderbare Satellit in den nächsten Tagen in der Erdatmosphäre verglühen wird, andererseits sind wir froh und stolz, dass wir zum Erfolg dieser spannenden Mission beitragen konnten.

Es gibt aber auch Grund, hoffnungsvoll in die Zukunft zu blicken. Unsere Arbeit wird auch dann weitergehen, wenn Aeolus ein letztes Mal als Sternschnuppe den Himmel erhellt. Unsere Kollegen am TROPOS werden im Rahmen des Aeolus-DISC-Projekts weiter an den Aeolus-Daten der letzten fünf Jahre arbeiten, um insbesondere die wiederaufbereiteten Aerosolprodukte zu validieren und neue Anwendungen für die Atmosphärenforschung aufzuzeigen. Darüber hinaus sind wir maßgeblich an den Vorbereitungen für die kommende EarthCARE-Mission beteiligt, die im Sommer nächsten Jahres gestartet werden soll. Im Rahmen des ESA-CARDINAL-Projekts ist das TROPOS führend an der Entwicklung der Prozessoren für das ATLID-Lidar und der Wolkenprodukte für den Multi-Spectral Imager (MSI) beteiligt. Darüber hinaus bereitet sich das TROPOS auf die Validierung der EarthCARE-Messungen mit unseren bodengestützten Messstandorten auf dem gesamten Globus vor.

Über TROPOS
Das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft, die 97 selbständige Forschungseinrichtungen verbindet. Ihre Ausrichtung reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Raum- und Sozialwissenschaften bis zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute widmen sich gesellschaftlich, ökonomisch und ökologisch relevanten Fragen.

Sie betreiben erkenntnis- und anwendungsorientierte Forschung, auch in den übergreifenden Leibniz-Forschungsverbünden, sind oder unterhalten wissenschaftliche Infrastrukturen und bieten forschungsbasierte Dienstleistungen an. Die Leibniz-Gemeinschaft setzt Schwerpunkte im Wissenstransfer, vor allem mit den Leibniz-Forschungsmuseen. Sie berät und informiert Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Öffentlichkeit.

Leibniz-Einrichtungen pflegen enge Kooperationen mit den Hochschulen – u.a. in Form der Leibniz-WissenschaftsCampi, mit der Industrie und anderen Partnern im In- und Ausland. Sie unterliegen einem transparenten und unabhängigen Begutachtungsverfahren. Aufgrund ihrer gesamtstaatlichen Bedeutung fördern Bund und Länder die Institute der Leibniz-Gemeinschaft gemeinsam. Die Leibniz-Institute beschäftigen rund 20.500 Personen, darunter 11.500 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler.

Der Gesamtetat der Institute liegt bei mehr als 1,9 Milliarden Euro. Finanziert werden sie von Bund und Ländern gemeinsam. Die Grundfinanzierung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem Sächsischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst (SMWK) getragen. Das Institut wird mitfinanziert aus Steuermitteln auf Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes.

Publikationen
Wandinger, U., Floutsi, A. A., Baars, H., Haarig, M., Ansmann, A., Hünerbein, A., Docter, N., Donovan, D., van Zadelhoff, G.-J., Mason, S., and Cole, J.: HETEAC – the Hybrid End-To-End Aerosol Classification model for EarthCARE, Atmos. Meas. Tech., 16, 2485–2510, doi.org/10.5194/amt-16-2485-2023, https://amt.copernicus.org/articles/16/2485/2023/, 2023. Published: 25 May 2023
Diese Forschung wurde von der Europäischen Weltraumorganisation unterstützt (Zuschüsse Nr. 4000112018/14/NL/CT (APRIL) und 4000134661/21/NL/AD (CARDINAL)).

Hünerbein, A., Bley, S., Horn, S., Deneke, H., and Walther, A.: Cloud mask algorithm from the EarthCARE Multi-Spectral Imager: the M-CM products, Atmos. Meas. Tech., 16, 2821–2836, doi.org/10.5194/amt-16-2821-2023, https://amt.copernicus.org/articles/16/2821/2023/, 2023. Published: 07 Jun 2023
Die Forschung wurde von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) finanziert (Förderungsnummer 4000112018/14/NL/CT (APRIL) und 4000134661/21/NL/AD (CARDINAL)). Die Veröffentlichung dieses Artikels wurde durch den Open-Access-Fonds der Leibniz-Gemeinschaft finanziert.

Baars, H., Walchester, J., Basharova, E., Gebauer, H., Radenz, M., Bühl, J., Barja, B., Wandinger, U., and Seifert, P.: Long-term validation of Aeolus L2B wind products at Punta Arenas, Chile and Leipzig, Germany, Atmos. Meas. Tech. Discuss. [preprint], doi.org/10.5194/amt-2022-331, https://amt.copernicus.org/preprints/amt-2022-331/, in review, 2022.
Diese Forschung wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) (Förderkennzeichen 50EE1721C), dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union (ACTRIS-2 unter Förderkennzeichen 654109) und dem Rahmenprogramm Horizont 2020 – Forschung und Innovation der Europäischen Union (ACTRIS PPP, H2020-INFRADEV-575 2016-2017, Förderkennzeichen: 7395302) unterstützt.

Wandinger, U., Haarig, M., Baars, H., Donovan, D., and van Zadelhoff, G.-J.: Cloud top heights and aerosol layer properties from EarthCARE lidar observations: the A-CTH and A-ALD products, EGUsphere [preprint], doi.org/10.5194/egusphere-2023-748, https://egusphere.copernicus.org/preprints/2023/egusphere-2023-748/, 2023.
Diese Forschung wurde durch die ESA-Zuschüsse 4000112018/14/NL/CT (APRIL) und 4000134661/21/NL/AD (CARDINAL) finanziert.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• ADM-Aeolus (Atmospheric Dynamics Mission – ESA Earth Explorer) auf VEGA

Der Beitrag TROPOS: Letzte Experimente mit Aeolus vor Wiedereintritt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA 10. Juli 2023.

10. Juli 2023 – Die Windmission der ESA umkreist unseren Planeten schon seit fast fünf Jahren und hat damit ihre geplante Lebensdauer deutlich überschritten. Aelous‘ Aladin-Instrument hat dann sieben Milliarden ultraviolette Lichtimpulse zur Erstellung eines Windprofils in Richtung Erde gesendet.

Eigentlich wurde Aeolus als Forschungsmission und zur Erprobung neuartiger Technologien konzipiert, sie war allerdings so erfolgreich, dass sie die meiste Zeit ihres Aufenthalts in der Erdumlaufbahn Daten an führende europäische Meteorologiezentren lieferte und damit die globalen Wettervorhersagen entscheidend verbesserte. Sämtliche Erwartungen wurden übertroffen – nun ist die Mission zu Ende und der Treibstoff von Aeolus fast aufgebraucht. Die Ingenieur*innen hielten das Aladin-Instrument so lange wie möglich in Betrieb, bevor sie mit dem Wiedereintritt begannen. Bis zu seiner endgültigen Abschaltung vor wenigen Tagen war der bahnbrechende Windmessungslaser nach wie vor sehr stark. In den letzten Betriebswochen wurde das Gerät sogar auf Rekordwerte hochgefahren. Inzwischen wird Aeolus durch die Schwerkraft, den Einfluss der Erdatmosphäre und die Sonnenaktivität von seiner Einsatzhöhe von 320 km heruntergezogen.

Aeolus war nie für einen kontrollierten Wiedereintritt konzipiert, daher wäre der Satellit unter normalen Umständen innerhalb weniger Monate von allein zur Erde zurückgefallen und größtenteils in der Erdatmosphäre verglüht. Die ESA geht jedoch einen Schritt weiter, und versucht einen unterstützten Wiedereintritt – den ersten seiner Art. Die Flugkontroll-Teams im Satellitenkontrollzentrum ESOC der ESA in Darmstadt werden den verbleibenden Treibstoff zur Steuerung von Aeolus während seiner Rückkehr zur Erde verwenden. Der größte Teil des Satelliten wird in einer Höhe von etwa 80 km zu verglühen beginnen. Allerdings deuten Modelle darauf hin, dass mehrere Trümmerteile die Erdoberfläche erreichen könnten.

„Dieser unterstützte Wiedereintrittsversuch geht weit über die Sicherheitsvorschriften für die Mission hinaus, die Ende der 1990er Jahre geplant und konzipiert wurde“, erklärt Tim Flohrer, Leiter des Space Debris Office (Büro für Weltraumrückstände) der ESA.

„Als die ESA und ihre Industrie-Partner feststellten, dass das ohnehin schon minimale Risiko für Leben und Infrastruktur noch weiter reduziert werden kann, wurde der Stein ins Rollen gebracht. Sollte alles planmäßig verlaufen, würde Aeolus den aktuellen Sicherheitsvorschriften für Missionen entsprechen, die heute konzipiert werden.“

Falls dieser Wiedereintrittsversuch abgebrochen werden muss – was durchaus noch geschehen kann – wird der natürliche Wiedereintritt von Aeolus fortgesetzt.

Isabel Rojo, Flight Director (Flugdirektorin der Mission) von Aeolus, sagte: „Unsere Teams aus Ingenieur*innen und Expert*innen für Weltraumrückstände, Flugdynamik und Bodensysteme haben eine Reihe von Manövern und Operationen ausgetüftelt, um Aeolus zu unterstützen und zu versuchen, den Wiedereintritt noch sicherer als ursprünglich geplant zu gestalten.“

Heutige Missionen werden nach Vorschriften konzipiert, die vorsehen, dass sie am Ende ihrer Lebensdauer in der Umlaufbahn entweder vollständig verglühen oder einen kontrollierten Wiedereintritt erfahren. Dieser erste Versuch eines unterstützten Wiedereintritts schafft ein Vorbild für Missionen, die zum Zeitpunkt ihrer Entwicklung nicht unter solche Vorschriften fielen, diese eventuell aber nachträglich einhalten müssen. ESA ebnet mit Aeolus den Weg für einen sicheren Wiedereintritt und eine verantwortungsvolle Raumfahrt. Angesichts des stetig zunehmenden Verkehrs in der Erdumlaufbahn und des Problems des Weltraummülls ist dies besonders wichtig.

Wann wird Aeolus wieder eintreten?
Aeolus fällt derzeit mit einer Geschwindigkeit von etwa einem Kilometer pro Tag, und das mit zunehmender Geschwindigkeit. Die Prognosen werden im Laufe der Tage immer präziser, es ist jedoch immer noch schwierig zu sagen, wann genau Aeolus wieder in die Erdatmosphäre eintreten wird. Vieles hängt von der Sonnenaktivität ab. Sonneneruptionen und koronale Massenauswürfe könnten das Ganze beschleunigen. Geladene Teilchen im Weltraumwetter heizen die Erdatmosphäre auf. Dadurch steigt dichtere Luft von unten nach oben und verdrängt sich ausdehnende Schichten in der Höhe, was den Luftwiderstand der Atmosphäre auf Aeolus erhöht. Andererseits könnte eine relativ ruhige Periode der Sonnenaktivität bedeuten, dass es etwas länger dauert, bis Aeolus wieder eintritt.Zwar ist es schwierig, die Sonnenaktivität genau vorherzusagen, die ESA ist jedoch zuversichtlich, dass der Wiedereintritt – vorausgesetzt alle Manöver sind erfolgreich – höchstwahrscheinlich Ende Juli oder Anfang August stattfinden wird.

Wo wird Aeolus wieder eintreten?
Der größte Teil des Satelliten wird in einer Höhe von etwa 80 Kilometern zu verglühen beginnen. Allerdings könnten einige Trümmerteile die Erdoberfläche erreichen. Die Planung des optimalen Ortes für den Wiedereintritt hat viele Monate in Anspruch genommen, so dass die ohnehin schon extrem geringe Wahrscheinlichkeit, dass herabfallende Trümmerteile ein Risiko für Menschenleben oder die Infrastruktur darstellen, noch geringer wird. Das Flugkontrollteam zielt auf einen Meeresstreifen unterhalb der Satellitenbahn – eine lange Strecke offenen Wassers, die so weit wie möglich vom Land entfernt ist.

Wie geht es weiter?
Nach Erreichen einer Höhe von 280 Kilometer wird eine Reihe von Kommandos, die über sechs Tage hinweg gesendet werden, den verbleibenden Treibstoff des Satelliten nutzen, um ihn optimal für den Wiedereintritt zu positionieren. Anschließend wird der Satellit in einem ersten Manöver auf eine Höhe von 250 Kilometer abgesenkt. Dieser Vorgang wird mehrere Tage in Anspruch nehmen, in denen die Teams den Zustand des Satelliten überprüfen und die nächsten Schritte festlegen werden. Vier Manöver bringen Aeolus dann auf 150 Kilometer herab, bevor zwölf Stunden lang letzte Checks den Satelliten auf Kurs halten. Mit einem letzten, kritischen Manöver in der Höhe von 150 Kilometer wird die Heimreise von Aeolus gelenkt. Der Satellit wird dann innerhalb weniger Stunden zurückkehren und größtenteils in der Erdatmosphäre verglühen.

„Es war unglaublich zu sehen, wieviel Geschick und Aufwand unser Team in diesen ehrgeizigen Wiedereintrittsversuch gesteckt hat“, sagte der Leiter der ESA-Mission Aeolus, Tommaso Parrinello. „Wir sind überzeugt, dass wir mit dieser wegweisenden Arbeit, die jetzt und in Zukunft einen neuen Standard für Sicherheit und Nachhaltigkeit im Weltraum setzen wird, erfolgreich sein können.“

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• ADM-Aeolus (Atmospheric Dynamics Mission – ESA Earth Explorer) auf VEGA

Der Beitrag ESA: Den sicheren Wiedereintritt von Aeolus begleiten erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: TROPOS 20. Dezember 2022.

20. Dezember 2022 – Künftige Windsatelliten sollten die vertikale Auflösung erhöhen, um besser die Schwerewellen in den Tropen zu berücksichtigen, schreibt das Team aus Forschenden des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS), der Europäischen Weltraumagentur (ESA), des Europäischen Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF), der Universität Hamburg und des Google-Unternehmens Loon. Die Studie ist jetzt im Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society erschienen.

Die Qualität von Numerischen Wettermodellen und damit der Wettervorhersage hängt stark von den zur Verfügung stehenden Daten ab. In den letzten Jahrzehnten wurde deshalb ein globales Beobachtungssystem aufgebaut, das auch Windprofile durch Wetterballons, Flugzeugdaten oder Windprofiler-Radarsysteme enthält. Diese Daten stammen jedoch größtenteils aus der dicht besiedelten Nordhemisphäre. In der Südhemisphäre, über den Ozeanen und vor allem in den Tropen ist das Messnetz dagegen immer noch deutlich dünner.

Ein großer Schritt hin zu flächendeckenden Winddaten war deshalb der Start des ersten Wind-Satelliten Aeolus der Europäischen Weltraumagentur (ESA) am 22. August 2018. Dieser neuartige Satellit hat mit dem Atmospheric Laser Doppler Instrument (ALADIN) einen starken Laser an Bord. ALADIN ist das erste Doppler-Wind-Lidar im Weltraum, das Profile der horizontalen Windgeschwindigkeit von der Erdoberfläche oder vom Oberrand dicker Wolken bis zu einer Höhe von etwa 30 km auf globaler Ebene liefert. Dazu sendet der Satellit beim Umlauf um die Erde kurze ultraviolette Laserimpulse aus. Ein kleiner Teil dieser Lichtpulse wird von Luftmolekülen, Aerosolen und Wolken zurück zum Satelliten gestreut und dort im Detektor gesammelt und verarbeitet. Für eine Umrundung der Erde benötigt Aeolus 90 Minuten, innerhalb einer Woche erfasst der Satellit so Winddaten um die ganze Erde. Diese Daten werden von Wettervorhersagezentren aus der ganzen Welt assimiliert, um ihre Vorhersagen zu verbessern. Da es bisher keine vergleichbaren Satellitenmissionen gab, werden die Daten besonders kritisch überprüft und mit anderen Windmessungen verglichen.

Eine jetzt veröffentlichte Studie nutzte zum Vergleich Daten von 229 Stratosphärenballons des Loon-Projekts zwischen Juli 2019 und Dezember 2020 aus dem tropischen Lateinamerika, Atlantischem Ozean, Afrika und Indischem Ozean. Loon war ein kommerzielles Projekt, das abgelegene Regionen mit einem Internetzugang über Heliumballons in der Stratosphäre versorgt hatte. Die Ballons mit einem Durchmesser von etwa 12 Metern fungierten dabei als schwebende Mobilfunkstation in Höhen von 16 bis 20 Kilometern über dem Erdboden. Damit das Netz funktioniert, mussten sie die Windrichtung durch Ändern der Höhe automatisch korrigieren. Dadurch entstand ein umfangreicher Datensatz zu den Windgeschwindigkeiten in diesen Atmosphärenschichten, welcher einen Teil der Lücke an Winddaten in dieser Höhe im globalen Beobachtungssystem schließt. Das Loon-Projekt wurde 2021 aus wirtschaftlichen Gründen eingestellt, für die Atmosphärenforschung jedoch bleibt ein höchst interessanter Datensatz zurück.

„Unsere Analyse bestätigt, dass der Satellit Aeolus in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre nahezu fehlerfreie Windmessungen liefert. Das aktuelle Wettermodell des ECWMF unterschätzt dagegen die Windgeschwindigkeit dort systematisch um ca. 1 Meter pro Sekunde, was durch die Daten von Aeolus und Loon nachgewiesen werden konnte. Diese Ergebnisse sind wichtig, um dynamische Prozesse in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre besser zu verstehen und um die Wettermodelle weiter zu verbessern“, unterstreicht Dr. Sebastian Bley vom TROPOS, der für die Studie bei der ESA im italienischen Frascati gearbeitet hat. Eine weitere Empfehlung der Forschenden ist es, mehr vertikale Messungen durchzuführen, um mehr Windinformationen in den atmosphärischen Schichten liefern zu können. Das könnte die Genauigkeit kommender Windsatelliten weiter verbessern. Neben der Windgeschwindigkeit liefert Aeolus auch Informationen über Aerosole und Wolken, allerdings nur über einen Teil des zurückgestreuten Lichts. „Wir hoffen, dass von künftigen Windmissionen auch die Depolarisation gemessen werden kann, also die Drehung des Lichts bei Reflexion. Das wäre ein Meilenstein, weil der Satellit dann auch mehr Informationen über Aerosole liefern könnte“, erklärt Bley.

Aeolus wurde als Explorer-Mission mit einer erwarteten Lebenszeit von 3 Jahren entwickelt, um die Technologie eines Doppler-Wind-Lidars im All zu testen. Die Erwartungen wurden jedoch übertroffen, Aeolus liefert nun seit bereits über 4 Jahren wertvolle Daten. Die Winddaten werden inzwischen in den Wettervorhersagen von mehreren Wetterdiensten in ganz Europa wie z.B. dem Deutschen Wetterdienst (DWD) genutzt und konnten durch ihren positiven Einfluss auf die Wettervorhersagequalität überzeugen. Das weitere Vorgehen für die Nachfolgemission Aeolus-2 wurde kürzlich auf der ESA-Ministerkonferenz beschlossen und wird von ESA und EUMETSAT gemeinsam entwickelt.

Im September hatten Forschende aus den USA probehalber Aeolus-Daten in das Hurrikane-Modell (HWRF) der US-Wetter- und Ozeanografiebehörde NOAA integriert, um tropische Stürme besser vorherzusagen. Ihr Fazit: Die Nutzung von Aeolus-Winddaten sei dort am wirksamsten, wo es keine Aufklärungsflüge in die Hurrikane gibt und könnte deshalb die größten positiven Auswirkungen auf die Vorhersage tropischer Wirbelstürme im Pazifik und im Indischen Ozean haben.

Mit diesen beiden neuen Studien aus den Tropen steigen die Chancen, dass Aeolus-Daten auch außerhalb von Europa genutzt werden und eine Nachfolgemission die Wettervorhersagen verbessern könnte.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• ADM-Aeolus (Atmospheric Dynamics Mission – ESA Earth Explorer) auf VEGA

Der Beitrag Loon-Stratosphärenballons bestätigen Winddaten von Aeolus erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: TROPOS.

Leipzig. Der Rauch der extremen Waldbrände im September 2020 an der US-Westküste zog über viele Tausend Kilometer bis nach Leipzig, wo er noch Tage danach die Atmosphäre beeinflusste. Ein Vergleich von Boden- und Satellitenmessungen zeigt jetzt: Das Waldbrandaerosol trübte die freie Troposphäre über Leipzig so stark wie nie zuvor. Eine Auswertung eines internationalen Forschungsteams unter Leitung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) ergab am 11.09.2020 eine außergewöhnliche optische Dicke, die das Sonnenlicht um ein Drittel abgeschwächt hat.

Die in den Geophysical Research Letters erschienene Untersuchung ist die erste Publikation, die durch den Vergleich mit Lidar-Messungen vom Boden aus zeigen konnte, dass der neuartige ESA-Satellit Aeolus neben Wind auch Aerosole in der Atmosphäre zuverlässig messen kann. An der Studie waren das Centre National de Recherches Météorologiques (CNRM) der Universität Toulouse, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und die Europäische Weltraumorganisation (ESA) beteiligt.

Seit August 2018 kreist ein neuartiger Forschungssatellit um die Erde, der nach einem griechischen Windgott benannt ist. Ziel von Aeolus ist es, aktiv Wind vom All aus zu messen und so die Wettervorhersage zu verbessern. An Bord dieses Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) befindet sich mit dem „Atmospheric Laser Doppler Instrument“ (ALADIN) ein Hochleistungslaser. ALADIN ist das erste Instrument im Weltraum, das aktiv vertikale Profile der Windgeschwindigkeit messen kann. Genutzt wird dabei das Prinzip eines Lichtradars (kurz: Lidar von „LIght Detection And Ranging“). Ein Signal wird abgestrahlt und die Reflexion gibt Auskunft über Ort und Entfernung. Der Dopplereffekt wird dann genutzt um die Windgeschwindigkeit in den verschiedenen Höhen der Atmosphäre zu messen. Um die Laser-Messungen im All zu validieren, werden sie mit Laser-Messungen vom Boden aus verglichen. Dabei sind mehrere Forschungsgruppen aus Deutschland im Rahmen der EVAA-Initiative (Experimental Validation and Assimilation of Aeolus observations) beteiligt. TROPOS beispielsweise misst mit seinen Lidar-Geräten jeden Freitagabend und Sonntagmorgen, wenn der Aeolus-Satellit über Leipzig fliegt. Anschließend können dann die Daten von Boden und All verglichen werden. Am 11. September 2020 ergab sich so die seltene Konstellation, dass die mächtige Rauchfahne der kalifornischen Waldbrände über Leipzig vom Boden und aus dem All gleichzeitig vermessen werden konnte.

„Aeolus ist derzeit der einzige Satellit weltweit, welcher mit revolutionärer Lasertechnologie sowohl Profile der horizontalen Windgeschwindigkeit als auch die Rückstreuung und Extinktion von Aerosolen und Wolken unabhängig voneinander messen kann. Damit liefert der Satellit wertvolle Informationen über die Strahlungseigenschaften dieser Rauchaerosole“, betont Dr. Sebastian Bley vom TROPOS, der die vergangenen drei Jahre am Forschungszentrum ESRIN der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) im Aeolus-Projekt mitwirkte. „Es wird erwartet, dass diese einzigartige Konfiguration zu verbesserten Vorhersagen solcher globaler Rauchausbreitung aber auch allgemein des Wetters beiträgt.“

Im September 2020 gelangte der Rauch der extremen Waldbrände an der US-Westküste durch die hohen Temperaturen bis in große Höhen und wurde dann mit dem Jetstream über Nordamerika und den Atlantik bis nach Europa transportiert. In Leipzig tauchte die Rauchschicht am Morgen des 11.09.2020 in rund 12 Kilometer Höhe auf und sank im Laufe des Tages auf rund 5 Kilometer Höhe ab. Das zeigen die Daten des PollyXT-Lidars am TROPOS. Lidar-Messungen in Leipzig bestätigten die starke Trübung des Sonnenlichts an diesem Freitag: „Es war – gemessen an der Aerosol Optische Dicke (AOT) – die stärkste Beeinflussung der freien Troposphäre, also die Region der Atmosphäre in welcher sich das Wetter abspielt aber der direkte Einfluss vom Boden gering ist, die jemals in Leipzig seit Beginn der regelmäßigen Lidar-Beobachtungen im Jahr 1997 durch Waldbrandaerosol beobachtet wurde“, berichtet Dr. Holger Baars vom TROPOS. „Wir konnten eine mittlere Massenkonzentration des Waldbrandaerosol von 8 Mikrogramm pro Kubikmeter zwischen 4 und 11 km Höhe abschätzen. In der Spitze waren es sogar 22 Mikrogramm pro Kubikmeter – das ist für diese Höhen schon beachtlich.“ Der Samstag und Sonntag waren trotz wolkenlosem Himmel trübe Tage. Wie stark die Rauchschichten die Sonneneinstrahlung in Sachsen dämpften, zeigte u.a. auch der UV-Index des Bundesamts für Strahlenschutz (BfS): Die TROPOS-Station in Melpitz bei Torgau registrierte am 12.09.20 mittags ca. ein Viertel weniger UV-Strahlung als bei wolkenlosem Himmel möglich gewesen wäre. Besonders einprägsam zeigte sich der außergewöhnliche Zustand der Atmosphäre bei Sonnenuntergang mit einem markanten milchig-gelben Licht.

Per Computermodell konnten die Forschenden die Herkunft des Rauchs bestätigen: Die Rückwärtssimulation beweist, dass die Luftmassen, die am Mittag des 11. September in 8,5 km Höhe über Leipzig eintrafen, von der Westküste Nordamerikas stammten, wo Tage zuvor intensive Brände stattfanden. Die Häufigkeit und Stärke der Brände in Kalifornien nahm in der ersten Septemberwoche weiter zu. Etwas schwächere Brände wurden in Oregon, Washington und Montana beobachtet. „Aufgrund der vorherrschenden Winde betrug die Reisezeit des Rauchs von der US-Westküste nach Europa nur rund 3 bis 4 Tage. Die rund 3000 Kilometer über den Atlantischen Ozean zwischen Neufundland und Irland schafften die Luftmassen mit Hochgeschwindigkeit sogar an nur einem Tag (9. September)“, erklärt Martin Radenz vom TROPOS.

Erdbeobachtungssatelliten sind in den letzten Jahrzehnten zu einem wichtigen Instrument der Umweltforschung geworden, die den Klimawandel global dokumentieren. Der Bedarf an kontinuierlichen Daten einerseits und die begrenzte Lebenszeit von Satelliten anderseits stellt die Forschung jedoch vor große Herausforderungen: „Die Messung des Lidar-Verhältnisses (ein Maß für das Rückstreuverhalten und damit ein Hinweis auf den Aerosoltyp) mit Aeolus direkt aus dem Weltraum ist ein Novum und katapultiert die Forschung zu Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen in eine neue Ära“, unterstreicht Dr. Ulla Wandinger. „Die hier vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass Aeolus teilweise in der Lage ist, die Lücke zwischen der auslaufenden CALIPSO-Mission der NASA und der kommenden EarthCARE-Mission zu schließen.“ EarthCARE ist eine japanisch-europäische Gemeinschaftsmission, die die Wirkungen von Wolken und Aerosol-Partikeln auf den Strahlungshaushalt der Erde untersuchen will. Der Start des Satelliten ist für Anfang 2023 geplant. „Aeolus wurde zur Windmessung konzipiert. Dass er auch Daten zu Partikeln liefert, ist ein sehr willkommenes Nebenprodukt. In Situationen, wo die Zusammensetzung der Aerosolschichten weniger eindeutig ist, wäre es aber hilfreich, auch die Polarisation messen zu können. Da das Laserlicht bei der Reflexion auf Mineralstaub, Vulkanasche oder Waldbrand-Aerosol unterschiedlich gedreht wird, lässt sich so besser bestimmen, woher die Partikel stammen, die die Sonnenstrahlung und die Wolkenbildung beeinflussen. EarthCARE (Earth Clouds, Aerosols and Radiation Explorer) wird dies können. Wir drücken daher auch für diesen Satelliten fest die Daumen“, sagt Dr. Ulla Wandinger. Tilo Arnhold.

Publikation:
Baars, H., Radenz, M., Floutsi, A. A., Engelmann, R., Althausen, D., Heese, B., Ansmann, A., Flamant, T., Dabas, A., Trapon, D., Reitebuch, O., Bley, S., Wandinger, U. (2021). Californian Wildfire Smoke Over Europe: A First Example of the Aerosol Observing Capabilities of Aeolus Compared to Ground-Based Lidar. Geophysical Research Letters, 48, e2020GL092194. & The Promise of Spaceborne High Spectral Resolution Lidar

Die Untersuchungen wurden gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi, Förderkennzeichen 50EE1721C), der Europäischen Union durch das Horizon-2020-Programm (ACTRIS-2, Förderkennzeichen 654109) und dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF, Förderkennzeichen 01LK1603A).

Über das Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS)
Das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft, die 96 selbständige Forschungseinrichtungen verbindet. Ihre Ausrichtung reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Raum- und Sozialwissenschaften bis zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute widmen sich gesellschaftlich, ökonomisch und ökologisch relevanten Fragen.
Sie betreiben erkenntnis- und anwendungsorientierte Forschung, auch in den übergreifenden Leibniz-Forschungsverbünden, sind oder unterhalten wissenschaftliche Infrastrukturen und bieten forschungsbasierte Dienstleistungen an. Die Leibniz-Gemeinschaft setzt Schwerpunkte im Wissenstransfer, vor allem mit den Leibniz-Forschungsmuseen. Sie berät und informiert Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Öffentlichkeit.
Leibniz-Einrichtungen pflegen enge Kooperationen mit den Hochschulen – u.a. in Form der Leibniz-WissenschaftsCampi, mit der Industrie und anderen Partnern im In- und Ausland. Sie unterliegen einem transparenten und unabhängigen Begutachtungsverfahren. Aufgrund ihrer gesamtstaatlichen Bedeutung fördern Bund und Länder die Institute der Leibniz-Gemeinschaft gemeinsam. Die Leibniz-Institute beschäftigen rund 20.000 Personen, darunter 10.000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler.
Der Gesamtetat der Institute liegt bei mehr als 1,9 Milliarden Euro. Finanziert werden sie von Bund und Ländern gemeinsam. Die Grundfinanzierung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem Sächsischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst (SMWK) getragen. Das Institut wird mitfinanziert aus Steuermitteln auf Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes.

Verwandte Meldungen bei Raumfahrer.net:

• DWD: Winddaten von Aeolus verbessern Wettervorhersage (19. Mai 2020)
• Aeolus geht an die Öffentlichkeit (12. Mai 2020)
• COVID-19: Aeolus und Wettervorhersagen (24. April 2020)
• Vega Flug VV12 bringt ADM-Aeolus ins All (23. August 2018)

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• ADM-Aeolus (Atmospheric Dynamics Mission – ESA Earth Explorer) auf VEGA

Der Beitrag Aeolus: Waldbrandaerosol trübte freie Troposphäre erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DWD.

Offenbach, 19. Mai 2020 – Der Deutsche Wetterdienst (DWD) nutzt ab sofort die Winddaten des europäischen Forschungssatelliten Aeolus bei der Berechnung seiner Wettervorhersagen. Untersuchungen des nationalen Wetterdienstes haben gezeigt, dass die Daten des 2018 gestarteten ESA-Satelliten die Qualität der Wettervorhersagen erheblich verbessern.

„Aeolus liefert uns präzise Winddaten genau aus dem Bereich der Atmosphäre, in dem sich unsere Wetterküche befindet,“ erklärt Detlev Majewski, Leiter der Entwicklung von Vorhersagemodellen beim DWD. Mit jeder Umrundung erzeuge der Satellit ein neues Datenband um die Erde, das etwa 80 km breit ist und vom Boden bis in 30 km Höhe reicht. „Diese Aeolus-Daten füllen einige weiße Flecken im globalen meteorologischen Beobachtungssystem. Wir haben jetzt unsere Analysesysteme erweitert, um sie zu nutzen und würden diese Winddaten gerne dauerhaft in unsere Modelle integrieren.“

Leider betrage die Lebensdauer des Forschungssatelliten nur drei bis vier Jahre und ein Anschlussprogramm sei noch nicht absehbar. Die neuen Satellitendaten seien für den DWD aber nicht nur aus wissenschaftlicher Sicht spannend.

Aufgrund der globalen Coronavirus-Pandemie gingen seit Anfang März 2020 in Europa die meteorologischen Beobachtungen mit Messinstrumenten in Flugzeugen um etwa 80 Prozent zurück. Majewski: „Wir haben Glück im Unglück. Mit den Aeolus-Daten können wir den negativen Einfluss dieses hoffentlich nur vorübergehenden Datenverlustes teilweise ausgleichen und so die Qualität unserer Vorhersagen nahezu auf dem gewohnten hohen Niveau halten.“

Windmessungen vom Boden, auf See, in der Luft, aus dem Weltraum
Der Deutsche Wetterdienst nutzt gemeinsam mit anderen nationalen Wetterdiensten weltweit unterschiedliche Beobachtungsinstrumente, um die für seine Vorhersagemodelle wichtigen Winddaten zu gewinnen:
Das Bodenmessnetz mit Windmessungen in 10 m über Grund; Schiffsbeobachtungen mit Windmessungen in etwa 30 m über See; Verkehrsflugzeuge, die beim Start, der Landung und in der Reiseflughöhe Windprofile liefern; Wetterballonaufstiege mit Radiosonden bis in rund 30 km Höhe; Beobachtungen des bodennahen Windfeldes über Wasser durch polarumlaufende Satelliten; abgeleitete Winddaten aus Beobachtungen geostationärer und polarumlaufender Satelliten der Verlagerung von Wolken; und jetzt den Forschungssatelliten Aeolus mit Windbeobachtungen in der Atmosphäre von Bodennähe bis 30 km Höhe.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• ADM-Aeolus (Atmospheric Dynamics Mission – ESA Earth Explorer) auf VEGA

Der Beitrag DWD: Winddaten von Aeolus verbessern Wettervorhersage erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA

Aeolus ist eine der sogenannten Earth Explorer-Missionen der ESA. Sie soll demonstrieren, wie neue Wege der Erdbeobachtung unser Verständnis über die Funktionsweise unseren Planeten als System verbessern können.

Aeolus ist nicht nur die erste Satellitenmission mit einem der fortschrittlichsten Instrumente, das je in die Umlaufbahn gebracht wurde. Sie ist auch die erste Mission, bei der die Windverhältnisse auf der Erde direkt vom Weltraum aus gemessen werden.

Dies funktioniert durch die Aussendung kurzer, kräftiger ultravioletter Lichtpulse von einem Laser und der Messung der Dopplerverschiebung der sehr kleinen Lichtmenge, die von Molekülen und Partikeln zurück zum Instrument gestreut wird. Auf diese Weise werden vertikale Profile übermittelt, die die horizontale Geschwindigkeit der Winde in den untersten 26 km der Erdatmosphäre zeigen.

Josef Aschbacher, ESA-Direktor für Erdbeobachtungsprogramme, sagte: „Die Entwicklung von Aeolus war nie einfach und es hat in der Tat bis zum Start einige Jahre gedauert. Das Warten hat sich aber auf jeden Fall gelohnt und in den 20 Monaten im Orbit hat sich die Mission stetig weiterentwickelt, was sowohl der Wissenschaft als auch der Gesellschaft zugutekommen wird“.

Er ergänzt: „Dank aller beteiligten Teams, und im Einvernehmen mit EUMETSAT, können wir stolz ankündigen, dass ab heute die Daten von Aeolus für die numerische Wettervorhersage in nahezu Echtzeit auch über die Aeolus-Hauptnutzer-Gemeinschaft hinaus verteilt werden“.

Peggy Fischer, ESA-Managerin im Bereich der wissenschaftlichen Datenerfassung, sagte: „Es wurde eine enorme Menge Arbeit investiert, um die Aeolus-Daten vor der heutigen Veröffentlichung zu perfektionieren. Diese Satellitentechnologie ist so neu, dass wir bestimmte Verzerrungen in den Daten, die vor dem Start nicht bekannt waren, erst verstehen und korrigieren mussten.

Zu diesem Zweck arbeiteten Aeolus-Experten aus verschiedenen Organisationen im Team des Clusters für Dateninnovation und Wissenschaft – dem Aeolus DISC – zusammen, um die Datenverarbeitung und Verzerrungskorrektur zu validieren und zu optimieren“.

Jonas von Bismarck, ESA-Wissenschaftler für Atmosphärische Zusammensetzung, ergänzte: „Als letzter und besonders kniffliger Teil des Puzzles wurde eine Verzerrung im Zusammenhang mit Temperaturschwankungen innerhalb das Teleskop des Instruments korrigiert. Dadurch können die Daten für die numerische Wettervorhersage verwendet werden, ohne dass die Vorhersagezentren zuvor weitere komplexe Korrekturen vornehmen müssen“.

Das Europäische Zentrum für Mittelfristige Wettervorhersagen (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF) im Vereinigten Königreich bezieht die Aeolus-Daten bereits seit Januar in seine Prognosen ein und stützt sich dabei auf ein eigenes Schema zur Verzerrungskorrektur.

Florence Rabier, Generaldirektorin des ECMWF, sagte: „Nach monatelangen Tests im vergangenen Jahr waren wir zuversichtlich, die Aeolus-Winddaten in unsere Vorhersagen übernehmen zu können, was wir seit Januar dieses Jahres tun. Wir sind begeistert, dass die letzten Verzerrungen korrigiert wurden, was uns und zusätzlichen Wetterzentren, die sich auf die Verwendung der Daten vorbereiten, zugutekommt“.

Diese neuen Daten werden in nahezu Echtzeit über das Aeolus Online Dissemination Centre der ESA verteilt sowie über EUMETCast, das Verbreitungssystem der Europäischen Organisation für die Nutzung Meteorologischer Satelliten (EUMETSAT) und das Global Telecommunication System (GTS) der Weltorganisation für Meteorologie (WMO).

Ursprünglich als Forschungs- und Demonstrationsmission entwickelt, konnte Aeolus bereits ihren Wert als operationelle Mission unter Beweis stellen. Die Daten werden für die tägliche Wettervorhersage genutzt und ebnen den Weg für eine mögliche zukünftige Flotte operationeller Doppler-Wind-LiDAR-Satelliten im Weltraum.

Alain Ratier, EUMETSAT-Generaldirektor, fügte hinzu: „EUMETSAT wird die Aeolus-Daten nun in nahezu Echtzeit an die 4.000 Nutzer von EUMETCast und an die gesamte WMO-Gemeinschaft weitergeben, um jedem Vorhersagezentrum die Möglichkeit zu geben, sich mit den neuartigen Daten vertraut zu machen und ihren Wert zu messen. Dieses Nutzer-Feedback wird uns zusammen mit den Ergebnissen der laufenden ESA-Instrumenten- und Satellitenstudien bei der Planung einer möglichen operationellen Doppler-Lidar-Mission unterstützen, die unserem Polarsystem der nächsten Generation EPS-SG eine fehlende Windprofilierungsfähigkeit hinzufügt“.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• ADM-Aeolus (Atmospheric Dynamics Mission – ESA Earth Explorer) auf VEGA

Der Beitrag Aeolus geht an die Öffentlichkeit erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA.

Die COVID-19-Pandemie betrifft unzählige Industriezweige auf der ganzen Welt. Die Reisebranche ist von einem beispiellosen Rückgang des Luftverkehrs mit am stärksten betroffen. Unter normalen Umständen liefern mit Sensoren ausgestattete Verkehrsflugzeuge Messungen von Temperatur, Windgeschwindigkeit und Windrichtung in der Atmosphäre unterhalb von 13 km. Ohne diese Messungen wären die Wettervorhersagen, die wir tagtäglich als selbstverständlich ansehen, viel ungenauer.

Florian Pappenberger vom European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) in Großbritannien sagte: „Die Messungen von Flugzeugen in ganz Europa sind um 90% zurückgegangen. Wir sind immer noch in der Lage, das Wetter mehrere Tage im Voraus zuverlässig vorherzusagen, aber aufgrund von COVID-19 haben wir möglicherweise vorübergehend so viel Kompetenz verloren, wie wir in mehreren Jahren wissenschaftlicher Entwicklung gewonnen haben“.

Das Wetter ist ein Produkt chaotischer Prozesse, und selbst sehr kleine Veränderungen in der Atmosphäre können langfristig zu völlig anderen Wetterbedingungen führen. Deshalb ist es wichtig, den aktuellen Zustand der Atmosphäre so gut wie möglich zu verstehen, bevor man beginnt zu berechnen, wie das Wetter in den kommenden Tagen und Wochen sein wird.

Die Aeolus-Mission soll demonstrieren, wie neue weltraumgestützte Technologien die Winde auf der Erde messen können, um zu verstehen, wie Wind, Luftdruck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit zusammenhängen – und so zur Klimaforschung und zur Wettervorhersage beitragen.

Sie funktioniert durch die Aussendung kurzer, kräftiger ultravioletter Lichtpulse von einem Laser und misst die Dopplerverschiebung der sehr kleinen Lichtmenge, die von Molekülen und Partikeln zurück zum Instrument gestreut wird, um vertikale Profile zu liefern, die die horizontale Geschwindigkeit der Weltwinde in den untersten 30 km der Atmosphäre zeigen.

Aeolus hat sich nicht nur als erfolgreicher Technologiedemonstrator und von Wert für die Wissenschaft erwiesen, sondern hat die Erwartungen übertroffen – und jetzt nutzen Meteorologen die Daten bereits operationell zur Verbesserung der Wettervorhersagen.

Lars Isaksen vom ECMWF sagte: „Satellitendaten liefern eine Menge Informationen über Temperatur- und Feuchtigkeitsfelder, aber weniger über Windfelder. Im Januar 2020 begann das ECMWF mit der Nutzung von Windinformationen des Aeolus-Satelliten, und wir können diese Daten nun nutzen, um teilweise die Lücke zu schließen, die durch weniger Messungen von Flugzeugen entstanden ist“.

Jonas von Bismarck von der ESA fügte hinzu: „Die Technologie, die Aeolus mit sich führt, ist außergewöhnlich und beweist mit Sicherheit ihren Wert. Wir waren alle begeistert, als das ECMWF begann, Aeolus-Daten für die Wettervorhersage zu nutzen, aber wir haben nie eine Situation erwartet, wie sie durch COVID-19 herbeigeführt wurde – und wir sehen jetzt, dass die Mission eine wichtige Rolle während dieser schlimmen Krise spielt.“

Dr. Isaksen fügte hinzu: „Während Aeolus zweifellos dazu beiträgt, die Lücke zu schließen, nutzen wir auch mehr Radiosonden, um die Zuverlässigkeit der Wettervorhersagen während der Krise aufrechtzuerhalten“.

Die Arbeit des ECMWF zu diesem Thema baut auf den Beiträgen mehrerer Fachzentren des von der ESA finanzierten Data Innovation and Science Cluster (Aeolus DISC) auf, darunter das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), das ECMWF, das Königlich Niederländische Meteorologische Institut (KNMI) und Météo-France.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• ADM-Aeolus (Atmospheric Dynamics Mission – ESA Earth Explorer) auf VEGA

Der Beitrag COVID-19: Aeolus und Wettervorhersagen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: Arianespace, Astrium, CSG, DLR, ESA, SBFI.

Gestartet wurde um 18:20 Uhr und 9 Sekunden Ortszeit am 22. August 2018, das war 21:20 Uhr und 9 Sekunden Uhr UTC bzw. 23:20 Uhr und 9 Sekunden MESZ. Zunächst sorgte die erste Stufe der beim Start rund 139 Tonnen schweren, 30 Meter hohen Rakete mit einem Feststoffmotor des Typs P80 für Geschwindigkeits- und Höhengewinn. Sie wurde eine Minute und 54 Sekunden nach dem Abheben abgetrennt.

Danach folgten die planmäßigen Einsätze der Feststoffmotoren ZEFIRO 23 in der zweiten Stufe und ZEFIRO 9 in der dritten Stufe der Rakete. Die zweite Stufe hatte drei Minuten und 37 Sekunden nach dem Abheben ihre Arbeit erledigt, die dritte Stufe sechs Minuten und 30 Sekunden nach dem Abheben. Drei Minuten und 56 Sekunden nach dem Abheben war die Nutzlastverkleidung abgetrennt worden, die ADM-Aeolus beim Aufstieg durch die dichteren Schichten der Erdatmosphäre geschützt hatte.

Anschließend war es Aufgabe der vierten, auf Technik aus der Ukraine basierenden, AVUM für Attitude Vernier Upper Module genannten Stufe, mit ihrem auf dem ukrainischen RD-869-Motor basierenden VG-143-Triebwerk die Voraussetzungen für das Aussetzen des transportierten Satelliten zu schaffen. Nach rund 55 Minuten Flugzeit und zwei VG-143-Brennphasen wurde ADM-Aeolus vom Nutzlastadapter mit einer Masse von rund 77 Kilogramm abgetrennt und ausgesetzt. Die Bahnverfolgungsstation Troll in der Antarktis empfing erste Signale von ADM-Aeolus gegen 0:30 Uhr MESZ am 23. August 2018.

ADM-Aeolus dient der globalen Beobachtung von Wind-Profilen über dem ganzen Planeten Erde. Der Satellit soll Daten, insbesondere für dreidimensionale Karten, liefern, die helfen, die Qualität von Wettervorhersagen zu verbessern und der Unterstützung bei der Klimaforschung dienen. Man erwartet sich eine erhebliche Verbesserung der mittelfristigen Wettervorhersage, also der Prognosen für einen Zeitraum von bis zu 15 Tagen. Beobachten will man in der Troposphäre und der unteren Stratosphäre bis in eine Höhe von 30 Kilometern über der Erde.

Der reinrassige Windforschungssatellit mit Lasertechnik an Bord besitzt als einziges Instrument ein Doppler Wind Lidar namens ALADIN. ALADIN steht für Atmospheric LAser Doppler Instrument. Das Außergewöhnliche an dem Instrument mit einer Gesamtmasse von rund 450 Kilogramm und einem durchschnittlichen Strombedarf von 830 Watt ist, dass ALADIN mit Impulsen eines Ultraviolett-Lasers arbeitet. Die verwendete durch Frequenzverdreifachung erreichte Wellenlänge beträgt 355 Nanometer, die Energie der ausgestrahlten Pulse jeweils 60 mJ.

Pulse des Laserlichts, die vom Satelliten Richtung Erde geschickt werden, werden in der Atmosphäre auf unterschiedliche Art Richtung Weltraum zurückgeworfen. An Bord des Satelliten gibt es ein großes Cassegrain-Teleskop (f 0,9) mit einem Durchmesser von rund 1,5 Metern und einer Masse von rund 55 Kilogramm. Es besitzt keinen besonderen Fokusierungsmechanismus, verfügt aber über Heizelemente, über die der Fokus korrigiert werden kann.

Das Teleskop mit Spiegeln aus gesintertem Siliziumkarbid (Sintered Silicon Carbide, S-SiC) ist in der Lage, von Molekülen, Aerosolen, Staub und anderen Partikeln in der Atmosphäre zurückgestrahltes Laserlicht zu erfassen. Hoch empfindliche Detektoren eines zweikanaligen Empfängers mit Fabry–Pérot-Interferometern für den Raleigh-Kanal (Detection Frontend Unit 1, DFU1) und Fizeau-Interferometer für den Mie-Kanal (Detection Frontend Unit 2, DFU2) sowie eine intelligente Auswerteelektronik können an Hand der Doppler-Verschiebung anschließend bestimmen, in welcher Höhe in der Atmosphäre die Reflektion des Laserlichts erfolgte.

Die erzielbare vertikale Auflösung von ALADIN bewegt sich zwischen 250 Metern und zwei Kilometern, die horizontalen Mittelung liegt bei 87 Kilometer im Abstand von rund 237 Kilometern. Der Beginn zweier jeweils 87 Kilometer langer, in sieben Sekunden Flugzeit abzutastender Beobachtungsabschnitte liegt also jeweils 237 Kilometer, oder rund 28 Sekunden Flugzeit, auseinander. Die Lücken in der Abtastung sind also rund 150 Kilometer bzw. 21 Sekunden lang.

Pro Stunde wird das Instrument Daten für etwa 100 Windprofile erfassen können. Die Genauigkeit bei der Bestimmung der Windgeschwindigkeit liegt dabei im Bereich zwischen einem und zwei Metern pro Sekunde.

ADM-Aeolus wurde von Airbus als Hauptauftragnehmer auf Basis eines von der Mars-Sonde Mars Express abgeleiteten Satellitenbus mit einer Leermasse von rund 650 Kilogramm integriert und besitzt eine Startmasse von rund 1,4 Tonnen – nach Angaben der ESA von 1.360 Kilogramm, nach Angaben des Trägerraketenbetreibers Arianespace von 1.357 Kilogramm (Centre Spatial Guyanais/CSG: 1.366 Kilogramm).

ALADIN wurde von Airbus SAS im französischen Toulouse zusammengesetzt, der Satellitenbus bei Airbus Ltd. in Stevenage in Großbritannien. Die Hochzeit von ALADIN und dem Satellitenbus erfolgte im Oktober 2016 in Stevenage, anschließende Tests z.B. auf einem Schütteltisch, bei Intespace in Toulouse und in einer Thermalvakuumkammer des Centre Spatial de Liège (CSL) in Lüttich in Belgien.

Die Auslegungsbetriebsdauer des neuen Erdtrabanten beträgt drei Jahre nach Abschluss einer dreimonatigen Inbetriebnahmephase. Geplant ist, dass der Satellit innerhalb der drei Jahre rund 4,7 Milliarden Laserimpulse abfeuert. Der vorgesehene sonnensynchrone, 96,97 Grad gegen den Erdäquator geneigte Arbeitsorbit liegt in rund 320 Kilometern Höhe über der Erde. Pro Tag umrundet ADM-Aeolus die Erde rund 16 mal, braucht also für einen Orbit 90 Minuten. Alle 111 Umkreisungen oder alle 7 Tage überfliegt der Satellit die gleiche Region am Erdboden.

Die RUAG Space Schweiz baute die Satellitengrundstruktur von ADM-Aeolus. Weitere Beiträge des schweizer Unternehmens sind eine Umschalteinheit, die es ermöglicht, zwischen den beiden redundanten Lasersystemen an Bord umzuschalten, und ein Verschlusssystem, das mit einer Klappe die Empfängeroptik im Satelliten immer dann abdeckt, wenn gerade ein Laserimpuls abgeschickt wird. Auf Grund der Laser-Impulsdauer muss die Abdeckklappe dabei mit einer Frequenz von 100 Hertz bewegt werden.

Damit keine durch das Laserlicht verursachten dauerhaften Partikel-Verschmutzungen (Laser Induced Contamination, LIC) in den optischen Systemen entstehen, bekam der Satellit ein System zur permanenten Spülung mit Sauerstoff spendiert. Ein über die Betriebsdauer des Satelliten aufrecht zu erhaltene Sauerstoffatmosphäre mit niedrigem Druck im Bereich von etwa 40 Pascal wird von zwei redundanten 30-Liter-Druchbehältern gespeist. Die Dosierung erfolgt über ITAR-freie Ventiltechnik von Marotta Controls aus Montville im US-Bundesstaat New Jersey. Der Sauerstoffstrom liegt dabei etwa in der Größenordnung vom dem, was eine kleine Topfpflanze auf der Fensterbank kontinuierlich erzeugen kann.

Die schweizer Connova AG (ehemals Brühlmeier Modellbau AG) ist Hersteller der Primärstruktur von ALADIN. Die Neodym-dotierte Yttrium-Aluminium-Granat-Impulslasersysteme sind eine Konstruktion der Galileo Avionica S.p.A. aus Italien. Thales Laser Diodes stellte die Laserdioden zur Verfügung, und die Thales Alenia Space Schweiz AG steuerte die Mie- und Rayleigh Spektrometer für ALADIN bei.

Die eigentliche Sende- und Empfangsoptik für den UV-Laserstrahl ist eine Entwicklung der OHB System AG München. Von der Syderal SA aus der Schweiz kommt die Elektronik zur Steuerung von ALADIN und das Datenmanagement für die wissenschaftlichen Daten an Bord. Die Tesat-Spacecom GmbH aus Backnang lieferte Referenzlaser für ALADINs Reference Laser Heads (RLHs) und das Kommunikationssystem.

Die Weiterverarbeitung der Daten von ADM-Aeolus am Boden erfolgt nach dem Empfang durch die Bodenstation Svalbard in Norwegen (insbesondere auf 8.040 Megahertz im X-Band mit einer Datenrate von 10 Mbps) und einer Vorverarbeitung im norwegischen Tromsø im Europäischen Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (EZMW, auch European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF) im englischen Reading, das die Daten auch europäischen Wetterdiensten zur Verfügung stellen wird, und in ESAs Europäischem Weltraumforschungsinstitut (European Space Research Institute, ESRIN) im italienischen Frascati.

Zwei Solarzellenausleger versorgen ALADIN und die raumflugtechnischen Systeme von ADM-Aeolus mit elektrischer Energie – bei Betriebsende des Satelliten sollen sie zusammen noch rund 2.200 Watt bereitstellen können. Jeder der Ausleger mit Triple-Junction-Galliumarsenid-Zellen besteht aus drei je 1,1 x 2,2 Meter messenden Paneelen. Die Gesamtfläche der Ausleger beträgt zusammen rund 14,5 Quadratmeter. Zur Stromspeicherung gibt es an Bord einen Lithiumionenakkumulatorensatz mit einer Kapazität von 64 Amperestunden.

Struktur und Mechaniken der Solarzellenausleger basieren auf einem Konzept namens FRED von Dutch Space aus den Niederlanden. Auf FRED basierende Ausleger wurden zuvor z.B. vom Automated Transfer Vehicle (ATV) und dem Galileo-Testsatelliten GIOVE-A verwendet. Für die Rotation der Ausleger von ADM-Aeolus um 45 Grad und eine anschließende Verriegelung wurden besondere Solarzellenauslegerrotationsmechanismen (Solar Array Rotation Mechanisms, SARMs) entwickelt.

Der Lageregelung und Ausrichtung von ADM-Aeolus dienen vier Reaktionsräder, von den drei für den normalen Regelbetrieb benötigt werden, sowie drei sogenannte magnetic torquers (MTQs), die mit dem Erdmagnetfeld interagieren können, als kalte Reserve. Außerdem können bedarfsweise zehn je fünf Newton starke Hydrazin aus zwei jeweils 132 Liter fassenden Oberflächenspannungstanks zersetzende Triebwerke eingesetzt werden.

Überwacht und gesteuert wird ADM-Aeolus vom Europäischen Satellitenkontrollzentrum (European Space Operations Centre, ESOC) in Darmstadt, wo ein dedizierter Kontrollraum eingerichtet werden sollte. Die notwendige Kommunikation dafür erfolgt über die Bodenstation Salmijärvi (Kiruna). Der Kommandouplink zum Raumfahrzeug läuft mit einer Datenrate von 2 Kbps im S-band auf 2.030 Megahertz, der Telemetriedownlink mit 8 Kbps auf 2.205 Megahertz.

ADM-Aeolus alias Earth Explorer 4 aus ESAs Living Planet Programm ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 43.600 und als COSPAR-Objekt 2018-066A.

Der Beitrag Vega Flug VV12 bringt ADM-Aeolus ins All erschien zuerst auf Raumfahrer.net.