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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