Quelle: TU Graz 10. August 2023.

10. August 2023 – Auswirkungen von Sonnenstürmen auf die Erdatmosphäre können Satelliten zum Absturz bringen. Um dem vorzubeugen, setzt die European Space Agency (ESA) auf den in Graz entwickelten Vorhersageservice SODA.

Nach erfolgreicher Testphase ist der gemeinsam von TU Graz und Uni Graz entwickelte Service SODA (Satellite Orbit DecAy) seit Mitte Juli offiziell Teil des Space Safety Programmes der europäischen Weltraumagentur ESA. SODA liefert genaue Prognosen der Auswirkungen von Sonnenstürmen auf die Bahn von erdnahen Satelliten. Damit ist die TU Graz die erst dritte österreichische Einrichtung, die zu diesem Programm der ESA beiträgt. Neben Seibersdorf Laboratories war die Uni Graz zuvor bereits mit dem Observatorium Kanzelhöhe und dem Institut für Physik Teil des Programms.

Der neue Vorhersageservice ist über das ESA Space Weather Service frei verfügbar und bietet eine Vorwarnzeit von rund 15 Stunden. Da die Sonnenaktivität in den kommenden zwei Jahren ihr Maximum erreichen soll, ist die Inbetriebnahme von SODA zum aktuellen Zeitpunkt von zusätzlicher Relevanz. Wie stark sich Sonnenstürme auf die Satellitenumlaufbahn auswirken können, hat sich schon im durch die Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) geförderten Projekt SWEETS gezeigt, auf dessen Ergebnissen SODA aufgebaut ist. In diesem Projekt wurden Daten zur Dichte der Atmosphäre mit Echtzeitmessungen des Sonnenwindplasmas und des interplanetaren Magnetfelds kombiniert, um so die Auswirkungen von Sonnenereignissen zu berechnen. Bei einem großen koronalen Massenauswurf der Sonne wurde dabei festgestellt, dass Satelliten in einer Höhe von 490 Kilometern bis zu 40 Meter an Höhe verloren. Anfang Februar 2022 stürzten 38 Starlink-Satelliten bei der Inbetriebnahme auf einer Flughöhe von 210 Kilometern aufgrund eines Sonnensturmes sogar ab.

Sonnenaktivität steuert auf Höhepunkt zu
Hauptursache dafür ist, dass die geladenen Plasmateilchen, die nach einer Sonneneruption auf das Erdmagnetfeld treffen, die oberen Schichten der Erdatmosphäre so stark erhitzen, dass diese sich ausdehnen und der Luftwiderstand zunimmt. Das kostet Satelliten Geschwindigkeit und Höhe. Aufgrund der erwarteten Zunahme der Sonnenaktivität in den kommenden zwei Jahren hat die ESA einige ihrer Satelliten bereits um mehrere Kilometer angehoben, um sicher durch diesen Zeitraum zu kommen. Mit seinen Vorhersagen soll SODA zusätzliche Sicherheit schaffen. Für den Vorhersageservice steuerte die TU Graz ihre am Institut für Geodäsie vorhandene Expertise in der Verarbeitung von Satellitendaten bei, die Uni Graz brachte ihre Erfahrung im Bereich der Sonnen- und Heliosphärenphysik und der interplanetaren Magnetfeldbeobachtung ein.

Das Team rund um Sandro Krauss am Institut für Geodäsie an der TU Graz beschäftigte sich mit der Bestimmung von Atmosphärendichten über einen Zeitraum von 20 Jahren. Dafür griffen sie auf die Daten mehrerer erdnaher Satellitenmissionen zurück, darunter die Missionen CHAMP, GRACE, GRACE Follow-on und Swarm. An der Uni Graz analysierte die Forschungsgruppe um Manuela Temmer vom Institut für Physik rund 300 katalogisierte Sonneneruptionen aus den Jahren 2002 bis 2017 auf Basis von Messungen des interplanetaren Magnetfelds durch Sonden am sogenannten Lagrange-Punkt L1, der in Flugrichtung Sonne ungefähr 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt ist. Die Informationen der Uni Graz nutzte die TU Graz, um Veränderungen der Atmosphärendichte in Verbindung mit den Sonneneruptionen zu setzen. Aus der Gesamtanalyse der so gesammelten Daten entstand das Vorhersagemodell SODA.

Weltraumforschung hat hohen Stellenwert in Österreich
„Dass wir durch SODA mit der TU Graz nun die dritte Einrichtung sind, die neben Uni Graz und Seibersdorf Laboratories zum Space Safety Programm der ESA beiträgt, freut mich sehr“, sagt Sandro Krauss vom Institut für Geodäsie der TU Graz. „Von den fünf Expert Service Centers im ESA Space Weather Service Network ist Österreich damit in vier vertreten, nur Großbritannien ist an allen fünf Zentren beteiligt. Das zeigt, dass die österreichische Weltraumforschung einen hohen Stellenwert hat. Die Zusammenarbeit mit der Uni Graz bei diesem Projekt ist außerdem ein Beleg dafür, wie wertvoll interdisziplinäre Forschungsarbeit ist. Gemeinsam arbeiten wir bereits daran, SODA weiter zu verbessern.“

Manuela Temmer vom Institut für Physik der Uni Graz erklärt: „Für Uni Graz und TU Graz ist es eine schöne Anerkennung unserer Arbeit, dass wir mit diesem Service die ESA beliefern können. Es freut mich auch, dass die Zusammenarbeit weitergeht. Im Rahmen des von der FFG geförderten Projekts CASPER werden wir SODA gemeinsam noch verbessern. Es soll dazu dienen, komplexere Sonnenstürme besser zu verstehen, etwa wenn zwei Stürme sich auf dem Weg zur Erde überlagern. Weiters möchten wir auch die Atmosphärendichte auf 450 und 400 Kilometer Höhe berechnen – bisher ist uns das bis 490 Kilometer möglich. Da der Bereich der Sonnensturmvorhersage noch nicht sehr gut erforscht ist, warten hier noch viele interessante Erkenntnisse auf uns.“

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• Weltraumwetter

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Quelle: TU Graz 23. Februar 2023.

23. Februar 2023 – Der erste österreichische Satellit in der Erdumlaufbahn feiert seinen zehnten Geburtstag. Am 25. Februar 2013 startete TUGSAT-1 an Bord einer Trägerrakete vom Satish Dhawan Space Centre in Indien aus ins All. Mit an Bord war sein Schwesternsatellit UniBRITE von der Uni Wien, der nur wenige Augenblicke nach ihm von der Rakete in den Orbit entlassen wurde. Eigentlich für eine Missionsdauer von zwei Jahren vorgesehen, hat TUGSAT-1 die ursprünglichen Erwartungen mittlerweile weit übertroffen. Entwickelt und gebaut wurde TUGSAT-1 an der TU Graz unter der Leitung von Otto Koudelka, dem nunmehr emeritierten Leiter des Instituts für Kommunikationsnetze und Satellitenkommunikation. Damals als Systemingenieurin ebenfalls mit an Bord war Manuela Wenger (noch mit dem Nachnamen Unterberger), die heute in leitender Rolle immer noch ein wachsames Auge auf den Nanosatelliten hat.

Als Teil der aus fünf Nanosatelliten bestehenden Mission BRITE ist TUGSAT-1 so etwas wie das Gegenstück großer Weltraumteleskope wie Hubble oder James Webb. Während die großen Teleskope sehr weit in den Weltraum schauen und sehr lichtschwache Objekte aufnehmen, blickt TUGSAT-1 mit seinem 17 Zentimeter großen Teleskop auf nahegelegene Sterne, die wegen ihrer Helligkeit bei Hubble oder James Webb nur überbelichtete Bilder liefern würden. Die wissenschaftlichen Daten, die diese Beobachtung nahegelegener Sterne liefert, brachten spannende Erkenntnisse. „Wir haben beispielsweise vorher nicht gewusst, dass Orion einige sogenannte Herzschlagfrequenzen hat. 2017 haben wir mit dem BRITE-Satellitenverbund dann auch den Ausbruch einer Nova beobachtet, vom Aufbau bis zur Explosion. Das war ein sehr spannender Moment, da die Daten gezeigt haben, so entwickelt sich eine Nova“, erzählt Manuela Wenger.

Erstkontakt eine halbe Minute zu früh
Beinahe ebenso spannend war jener Moment, indem der Erstkontakt mit TUGSAT-1 hergestellt wurde, nachdem der Satellit in seiner Umlaufbahn in 780 Kilometern Höhe angekommen war. Zusammen mit einem Kollegen hatte sich Manuela Wenger in der eigens eingerichteten Bodenstation am TU Graz-Campus Inffeldgasse einquartiert und darauf gewartet, dem Publikum im voll besetzen Hörsaal der Launch-Party ein paar Stockwerke unter ihnen die Erfolgsmeldung zu übermitteln. „Wir hatten einen Countdown und wussten, wann der Satellit über den Horizont kommt. Wir haben immer auf die Uhr geschaut und es war eigentlich noch eine halbe Minute zu früh und auf einmal war das Signal schon da. Wir waren so perplex, dass wir dann nur gesagt haben: ‚Wir haben Kontakt‘“, erinnert sich Manuela Wenger.

Daten für zwei weitere Jahre
Zehn Jahre später liefert TUGSAT-1 nach wie vor Daten, wobei sich das Alter mittlerweile bemerkbar macht. Die Batterien verlieren an Leistung und wenn in den Wintermonaten nur wenig Sonnenenergie zur Verfügung steht, muss der Satellit kurzzeitig auch heruntergefahren werden. Und die Bildaufnahmetechnik hat unter der Weltraumstrahlung gelitten, sodass hauptsächlich lichtintensive Sterne beobachtet werden können. Dennoch hofft Manuela Wenger, dass TUGSAT-1 noch weitere zwei Jahre Daten liefert, wobei sie ihren Einsatz dafür aufgrund der ausgelaufenen Finanzierung mittlerweile vor allem aus Eigeninteresse fortführt.

Der endgültige Ruhestand des Satelliten ist jedenfalls nicht mehr fern und dann wird TUGSAT-1 kontrolliert abgeschaltet. Für Manuela Wenger wird das ein Moment der Wehmut, aber auch der schönen Erinnerung sein. „Es ist dann natürlich Wehmut dabei, aber andererseits kann man sagen, er hat sein Soll bei Weitem erfüllt. Man wird halt einsehen müssen, dass es wirklich nicht mehr geht.“ In der Erdumlaufbahn wird TUGSAT-1 danach trotzdem noch einige Zeit bleiben – wohl mehr als 100 Jahre. Er hat keinen eigenen Antrieb und in seinem Orbit von rund 780 Kilometern ist die Atmosphäre so dünn, dass er kaum gebremst wird – aufgrund neuer Vorschriften ist so ein hoher Orbit für Erdbeobachtungssatelliten heutzutage gar nicht mehr erlaubt.

Es braucht mehr Unterstützung
Nach 10 Jahren im All hat TUGSAT-1 jedenfalls bewiesen, dass man auch mit relativ knappen Mitteln eine kleine Plattform bauen kann, die einen großen Input für die Wissenschaft hat. Mit dem 2019 gestarteten OPS-SAT und dem startbereiten Satelliten PRETTY hat die TU Graz diesen Weg auch erfolgreich weitergeführt. Insgesamt sind aktuell fünf österreichische Satelliten im All – mit PRETTY soll der sechste noch 2023 starten. „Ich würde mir natürlich wünschen, dass Österreich auch von der Forschungsseite her, nicht nur im Weltraumbereich, solche Projekte noch mehr unterstützt, weil die Forschung jetzt leider in den letzten Jahren in Österreich ziemlich auf Sparflamme gesetzt wurde. Ich hoffe, dass man mit solchen Projekten auch ziemlich viele Jugendliche und Schüler*innen ein bisschen mehr dafür begeistern kann, in den MINT-Fächern mitzuwirken. Weil durch so etwas sehen sie, dass man an einer Hochschule wie der TU Graz auch bei solchen Projekten dabei sein kann und dass diese nicht nur irgendwo unerreichbar bei der NASA oder ESA passieren“, sagt Manuela Wenger.

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