Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: SSTL.

Der Hersteller von GIOVE-A, Surrey Satellite Technology Ltd. (SSTL) aus Großbritannien, kümmert sich seit dem offiziellen Ende der Mission des Satelliten für die Europäische Raumfahrtagentur (European Space Agency, ESA) um den Betrieb des Raumfahrzeugs. GIOVE steht für Galileo In-Orbit Validation Element, Galileo-Testelement für Überprüfungen in einer Umlaufbahn.

GIOVE-A zieht derzeit in rund 23.350 Kilometern Höhe um die Erde und sammelt dort nützliche Daten zur Strahlung in der Umgebung des Satelliten, die man als exemplarisch für die Strahlungssituation, der ein Raumfahrzeug in einem Erdorbit in mittlerer Flughöhe (Medium Earth Orbit, MEO) ausgesetzt ist, betrachten kann.

Ein experimenteller Empfänger für Signale des globalen US-amerikanischen Satellitennavigationssystems (Global Positioning System, GPS) an Bord von GIOVE-A ermöglicht es darüber hinaus, Antennendiagramme zur Darstellung der Strahlungscharakteristik von Antennen an Bord von GPS-Satelliten zu erstellen. Die dabei gewonnenen Informationen sind laut SSTL eine Hilfe bei Planungen für Navigationssysteme, die man künftig auf Satelliten im Geostationären Orbit, also in etwa 35.786 Kilometern Höhe an fester Position über der Erdoberfläche und an Bord von Raumfahrzeugen, die weiter in den Weltraum vordringen sollen, einsetzten möchte.

John Paffett, Direktor für die Bereiche Telekommunikation und Navigation bei SSTL, sieht GIOVE-A als Meilenstein für SSTL, mit dem man demonstriert habe, wie ein pragmatischer Ansatz und ein innovativer, kleiner und günstiger Satellit es ermöglichen, für den Gesamterfolg eines bedeutenden Programms wie Galileo entscheidende Daten zu gewinnen.

Für den Entwurf, den Bau und flugvorbereitende Tests hatte SSTL rund 30 Monate benötigt. Der Start des für die ESA auf Basis des SSTL-900-Busses hergestellten Satelliten erfolgte am 28. Dezember 2005. Anschließend war es Aufgabe des Satelliten, zwei der drei für Galileo vorgesehenen Frequenzbänder durch aktive Nutzung zu besetzen und ihre Reservierung bei der Internationalen Fernmeldeunion (International Telecommunication Union, ITU) auf diese Weise sicherzustellen.

Gemäß internationaler Übereinkünfte würden ungenutzte Frequenzen wieder frei und andere Benutzer, die dies beantragten, könnten die Frequenzen zugeteilt bekommen. Außerdem war GIOVE-A dazu gedacht, die ersten Galileo-Navigationssignale aus dem All zur Erde zu senden.

GIOVE-A ist mit zwei Rubidium-Uhren (Rubidium Atomic Frequency Standard, RAFS – Flugmodelle FM4 und FM5) mit einer Gangabweichung von etwa 10 Nanosekunden am Tag vom Schweizer Hersteller Temex – heute SpectraTime (SpT (dann Orolia, jetzt Safran Group)) – ausgestattet, deren Betriebsverhalten im Weltraum es zu untersuchen und mit dem am Boden verbliebener Uhren zu vergleichen galt.

Darüber hinaus war es Aufgabe des Satelliten, die Charakteristik der Strahlung in der Umgebung des Satelliten auf seiner Bahn um die Erde in mittlerer Höhe im Hinblick auf die Konstruktion nachfolgender europäischer Navigationssatelliten zu erkunden.

Seine Mission erfüllte GIOVE-A wie vorgesehen. Die ihm zugedachte Auslegungsbetriebsdauer von 27 Monaten überlebte der Satellit um ein Vielfaches. 2008 erklärte die ESA die Mission von GIOVE-A zu einem vollen Erfolg. Im Jahr darauf wurde der weiter funktionsbereite Satellit auf eine höhere Erdumlaufbahn gesteuert, wo er auf einem sogenannten Friedhofsorbit beim Aufbau der Galileo-Satellitenkonstellation rund 100 Kilometer tiefer nicht stören soll.

Schließlich übernahm SSTL den Satelliten nach einer Anzahl von Missionsverlängerungen von der ESA. SSTL nutzte und nutzt die Gelegenheit, mit GIOVE-A weiter Daten zur Strahlung in der Umgebung des Satelliten und zu GPS-Signalen zu sammeln.

Der SGR-GEO für „Space GNSS Receiver for Geostationary Earth Orbit“ genannte GPS-Empfänger an Bord von GIOVE-A, den SSTL mit Unterstützung der ESA und der Raumfahrtagentur Großbritanniens (BNSC, jetzt UKSA) gebaut hatte, ist in der Lage, Signale von GPS-Satelliten zu empfangen und kann darüber hinaus die sogenannten sidelobes, zu Deutsch Seitenkeulen, die am Erdboden richtungsabhängig nicht notwendigerweise zu empfangen sind, erfassen.

Schwache Signale aus diesen Seitenkeulen sind gegebenenfalls beim Einsatz geeigneter Technik an Bord von Satelliten, die sich gerade an geeigneter Position mehr oder minder gegenüber des sendenden Satelliten über dem Erdhorizont befinden, empfangbar.

Die Nutzbarkeit eines Empfängers für Navigationssignale in Flughöhen über denjenigen der ausstrahlenden Navigationssatelliten ist stark abhängig von der Reichweite der Seitenkeulen.

Die Daten von SGR-GEO, der im November 2012 zum ersten Mal für einen längeren Zeitraum aktiviert wurde, helfen dabei, herauszufinden, ob es sich mit der Empfangbarkeit so verhält, wie man möglicherweise erwarten konnte.

Bei der Entwicklung von Navigationssignal-Empfängern für Raumfahrzeuge, die sich jenseits vorhandener Navigationssatelliten-Konstellationen bewegen sollen, will man gewonnene Erkenntnisse berücksichtigen.

Auch die Ergebnisse der Messungen des Strahlungssensors namens Merlin an Bord von GIOVE-A könnten Eingang in den Entwurf künftiger Raumfahrzeuge finden. Die Analyse der Daten von Merlin, die SSTL mit Unterstützung der ESA vorgenommen hat, förderte einige interessante Aspekte zutage.

Das absolute Minimum an Elektronen innerhalb des Raumfahrtzeitalters maß Merlin 2008/2009. Einen der stärksten Elektronen-Stürme erlebte Merlin im April 2010. Eine Reihe von wissenschaftlichen Arbeiten setzen sich mit den von Merlin seit dem ersten Tag nach dem Start von GIOVE-A gelieferten Daten auseinander.

Mit Hilfe der Daten von Merlin wurde es möglich, ein neues MOBE-DIC genanntes Modell des Elektronenflusses im Außenbereich des Van Allen Gürtels zu erstellen, welches bei der Neukonstruktion von Raumfahrzeugen berücksichtigt werden kann. MOBE-DIC steht für „Model of Outer Belt Electrons for Dielectric Internal Charging“.

SSTL hofft, dass GIOVE-A sich noch ein weiteres Jahr nützlich einsetzen lässt. Ist auch ein 11. Einsatzjahr ohne längere Unterbrechungen des Messbetriebs möglich, ergibt sich der für die Forscher günstige Umstand der Abdeckung eines vollständigen Sonnenfleckenzykluses. Ein Zyklus der Sonnenaktivität, der zwischen zwei Maxima mit einem zeitlichen Abstand von durchschnittlich 11 Jahren regelmäßig auf ein Minimum zurückgeht.

GIOVE-A alias GSTB-V2/A ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 28.922 bzw. als COSPAR-Objekt 2005-051A.

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• Galileo SNS II

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Erstellt von Thomas Weyrauch. Quelle: OHB-System, Europäische Kommission. Vertont von Peter Rittinger.

OHB (Orbital- und Hydrotechnologie Bremen) und SSTL (Surrey Satellite Technology Ltd.) hatten die Entwicklung, den Bau und den Test der Galileo-Navigationssatelliten in einem gemeinsamen Konsortium angeboten. Der Europäische Verkehrskommissar und Vizepräsident der Europäischen Kommission Antonio Tajani übermittelte am heutigen 7. Januar die Information, dass OHB und SSTL ausgewählt worden seien, um 14 der von der Europäischen Union finanzierten Navigationssatelliten zu bauen. OHB ist dabei der Hauptauftragsnehmer.

Die Integration der Satelliten sowie in wesentlichen Teilen auch die Fertigung will man in Bremen ausführen. Der Satellitenbus soll ein von OHB entwickeltes Modell sein, die Navigationsnutzlast eine Konstruktion von SSTL. SSTL wird die Navigationsnutzlasten auch bauen, und OHB in Bremen bei der Endmontage der Satelliten unterstützen.

Die sich in Mehrheitsbesitz von EADS Astrium befindliche SSTL hat bereits Erfahrungen beim Bau eines Testsatelliten für das europäische Satelliten-Navigationssystems Galileo sammeln können. Der Galilieo-Testsatellit Giove-A alias GSTB-V2/A ist seit dem 28. Dezember 2005 im All, hat seine Auslegungsbetriebsdauer von zwei Jahren bereits deutlich überschritten und wird weiterhin eingesetzt.

Das Bieterverfahren lief seit September 2008. Die jetzt unterlegene EADS Astrium war bereits unmittelbar an der Entstehung des Galilieo-Testsatelliten Giove-B beteiligt, der am 26. April 2008 in den Weltraum transportiert worden ist. Möglicherweise kann EADS Astrium beim Bau von acht weiteren Satelliten für das Betriebsnetz, das nach letztem Planungsstand aus 22 Satelliten bestehen soll, als Hauptauftragsnehmer zum Zuge kommen. Die volle Einsatzbereitsschaft des europäischen Navigationssatellitensystems wird mittlerweile erst für das Jahr 2016 erwartet. Der Start der Satelliten für das Betriebsnetz soll mit Sojus-Raketen von Kourou in Französisch-Guayana aus durchgeführt werden. Arianespace wurde dafür mit der Abwicklung der Starts beauftragt, die nach derzeitigem Planungststand im Oktober 2012 beginnen sollen.

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Quelle: ESA / SSTL.

SSTL (Surrey Satellite Technology) konnte die Testkampagne für den zuletzt am 26. April 2008 um 22:16 Uhr UTC gestarteten Galileo Satelliten GSTB V2/B (alias Giove B) erfolgreich abschließen. Der Satellit funktioniert wie erwartet und vorgesehen.

Zwischen Mai und Juni diesen Jahres verarbeitete das SSTL-Galilieo-Team Daten von Giove B, die von der 25 Meter Antenne des STFC (Science and Technology Facilities Council) in Chilbolton, Großbritannien, empfangen wurden, und analysierte Frequenzen, Signalstärken und Struktur der drei verschiendenen Galileo-Signale. Die in Chilbolton verwendete Antenne zeichnet sich durch einen hervorragenden Rauschabstand aus und eignete sich daher besonders für den Empfang der zu untersuchenden Signale. Die Kontrolle der Signale ergab, dass diese den Erwartungen entsprachen und mit den zuvor bei Bodentests gewonnen Daten korrelierten. Der von Astrium basierend auf Alcatels Proteus-Satellitenbus gebaute Giove B befindet sich seit dem 5. Juli 2008 im Regelbetrieb.

Nachdem man sich zu Beginn der Messkampagne mit Giove B beschäftigt hatte, wurde anschließend auch GSTB V2/A (alias Giove A) ab dem 5. August noch einmal kontrolliert. Der am 28. Dezember 2005 um 5:19 Uhr UTC gestartete und von SSTL basierend auf dem SSTL900-Bus gebaute Giove A funktioniert weiterhin zufriedenstellend, obwohl er sich bereits im fünften Monat seiner Missionserweiterung befindet. Ursprünglich war für den seit Januar 2006 im Regelbetrieb arbeitenden Giove A eine Betriebsdauer von etwa zwei Jahren geplant.

Die beiden Satelliten sind zentrale Elemente der sogenannten orbitalen Validierungsphase, bei der die Funktion der für das künftige Satellitennavigationssystem entscheidenden Technologien überprüft und bestätigt werden soll. So bedeutet Giove eben auch Galileo In-Orbit Validation Element.

Der Bau eines weiteren Satelliten wurde zwischen ESA und SSTL im März 2007 vereinbart. Der Satellit Giove A2 soll sich durch einige Erweiterungen zu Giove A auszeichnen. Es war vorgesehen, die Sicherung der für das Galileo-System verwendeten Frequenzen durch deren Nutzung mit Giove A2 fortzusetzen, falls Giove B sich weiter verzögern oder einen Fehlstart bzw. ein anderes katastrophales Versagen erleiden würde. Gemäß internationaler Übereinkünfte würden ungenutzte Frequenzen wieder frei, und andere Benutzer, die dies beantragten, könnten die Frequenzen zugeteilt bekommen. Ob und wann Giove A2 nun gestartet wird, ist derzeit nicht absehbar.

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Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: ESA.

Gegen Ende dieses Jahrzehnts sollen insgesamt 30 europäische Navigationssatelliten die Erde auf drei verschiedenen Kreisbahnen in 23.222 Kilometern Höhe umkreisen und durch Aussendung hochpräziser Zeit- und Positionsinformationen eine globale Ortsbestimmung erlauben. Die Abweichung bei der Positionsbestimmung soll dabei im besten Fall gerade einmal 45 Zentimeter betragen. Der gestern als Nutzlast einer russischen Sojus-Trägerrakete gestartete Satellit Giove-A wurde in einer kreisförmigen Umlaufbahn in 23.258 Kilometern Höhe mit einer Bahnneigung (Inklination) von 56 Grad gegenüber dem Äquator platziert. Der rund 600 Kilogramm schwere Satellit wird vom Kontrollzentrum der britischen Herstellerfirma Surrey Satellite Technology Ltd. in Guildford aus gesteuert.

Giove-A (= „Galileo In-Orbit Validation Element“) hat als Testsatellit des zukünftigen Galileo-Navigationssystems mehrere Aufgaben. Zum einen soll er von der International Telecommunications Union (ITU) dem Galileo-System zugewiesene Frequenzen sichern, indem er sie erstmalig für das europäische Navigationssystem nutzt. Daneben ist der Satellit mit Instrumenten ausgestattet, die die in diesem so genannten „MEO“ (= „Medium Earth Orbit“) auftretende Strahlenbelastung messen soll.
Doch natürlich geht es auch um erste technische Messungen und Überprüfungen, wie es die Satellitenbezeichnung ja bereits nahe legt. Ab Mitte Januar wird Giove-A zwei Testsignale mit Hilfe seiner so genannten „Phased-Array“-Antenne aussenden, wovon eines der beiden Signale im Aufbau bereits dem später vorgesehenen Navigationssignal sehr ähnlich sein wird. Giove-A ist weiterhin mit zwei redundanten Rubidium-Atomuhren ausgestattet, die eine Gangungenauigkeit von nur zehn Nanosekunden pro Tag erreichen und deren Funktionalität im Orbit ebenfalls bei dieser Mission getestet werden soll.

In einigen Monaten ist der Start eines zweiten Testsatelliten namens Giove-B vorgesehen, der momentan getestet wird. Mit Hilfe dieses Satelliten ist die Überprüfung der für die Galileo-Satelliten vorgesehenen „Passiven Hydrogen-Maser“ vorgesehen, die eine Ganggenauigkeit von weniger als einer Nanosekunde pro Tag erreichen sollen und damit die genauesten Atomuhren im Erdorbit darstellen werden.
In einem letzten Schritt der Testphase sollen danach die ersten vier regulären Galileo-Satelliten in ihre jeweiligen Umlaufbahnen gebracht werden, so dass dann auch das Bodensegment des Navigationssystems eingehend überprüft werden kann. Wenn auch diese Validierungen erfolgreich absolviert sein werden beginnt zügig der Aufbau des insgesamt dreißig Satelliten umfassenden globalen Navigationssystems.

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