Quelle: TROPOS 16. September 2024.

16. September 2024 – Frascati/Leipzig. Mit dem Atmosphären-Lidar ATLID ist nun auch das letzte von vier Instrumenten des im Mai gestarteten EarthCARE-Satelliten erfolgreich in Betrieb genommen worden. Die gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumbehörde (ESA) und der japanischen Raumfahrtagentur (JAXA) soll Wolken, Aerosole und Strahlung so genau messen wie nie zuvor. Einen wichtigen Beitrag dazu leisten Forschende des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS), die Algorithmen entwickelt haben, die u.a. die Aerosol- und Wolkenschichtung aus den Messungen des jetzt in Betrieb gegangenen Gerätes ableiten.

Zur Präzision des neue Klimasatelliten trägt auch eine groß angelegte Messkampagne bei, an der sich rund 50 Bodenstationen des europäischen Netzwerks ACTRIS beteiligen und die vom TROPOS in Leipzig koordiniert wird.

Atmosphären-Lidar komplettiert den neuen Klima-Satelliten
Ausgestattet mit vier hochmodernen Instrumenten – einem Wolkenprofilradar, einem Atmosphären-Lidar, einem Breitbandradiometer und einem abbildenden Spektrometer – soll EarthCARE (Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer) gleichzeitig eine Reihe verschiedener Messungen durchführen. Zusammen werden diese Messungen dazu beitragen, besser zu verstehen, wie Wolken und Aerosole die einfallende Sonnenenergie zurück ins All reflektieren und wie sie die von der Erde emittierte Wärmestrahlung einfangen. Diese Informationen sind wichtig, um zu verstehen, wie sich der Klimawandel auf die Energiebilanz der Erde auswirkt und um vorherzusagen, wie schnell Wolken und Aerosole ihre zurzeit kühlende Wirkung in Zukunft verlieren könnten.

EarthCARE wurde am 29. Mai 2024 in eine Umlaufbahn um die Erde gebracht. Nur einen Monat später lieferte der Satellit die ersten Bilder des Wolkenradars, kurz darauf folgten die ersten Bilder des Breitbandradiometers, des abbildenden Spektrometers und im August schließlich auch des Atmosphären-Lidars. Dieses hochmoderne Instrument nimmt detaillierte vertikale Profile von Aerosolen und Wolken in der Atmosphäre in verschiedenen Regionen der Erde auf. Aerosole sind winzige Partikel und Tröpfchen aus natürlichen Quellen wie Staub und Seesalz sowie von menschlichen Aktivitäten wie Industrieemissionen oder Holzverbrennungen. Lidar steht für Licht-Radar: Der Laser sendet kurze Impulse von UV-Licht aus, die wie bei einem Radar von Objekten reflektiert und in einem hochempfindlichen Empfänger analysiert werden. Durch die Laufzeit kann die Entfernung, durch die Signalstärke die Konzentration und durch die Polarisation kann die Art der Aerosole bestimmt werden. So wird es möglich, die Verteilung und Eigenschaften von Aerosolen und Wolken zu messen, einschließlich ihrer Höhe, Dicke, optischen und physikalischen Eigenschaften. Dabei ist die Zusammenarbeit mit den anderen drei Instrumenten des Satelliten entscheidend, um die Rolle von Aerosolen und Wolken im Energiehaushalt der Erde zu verstehen. Damit diese Berechnungen über die verschiedenen Geräte hinweg funktionieren, wurde extra ein neues Aerosolklassifizierungsmodell „(Hybrid End-To-End Aerosol Classification“, kurz: HETEAC) als Grundlage für die Aerosoltypisierung entwickelt. Insbesondere das Atmosphären-Lidar ATLID wird auch einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Luftqualitätsprognosen liefern. Ulla Wandinger, die jahrelang zu der Entwicklung von ATLID beigetragen hat, ist begeistert von den ersten Messungen: “Die Fülle der Daten und der detailgenaue Blick in die Strukturen der Atmosphäre sind absolut beeindruckend.“ EarthCARE könnte also die Forschung zu Aerosolen und Wolken und den Wechselwirkungen zwischen ihnen und damit auch die Klimaforschung einen deutlichen Schritt voranbringen.

Die ersten Bilder vom August zeigen die Vielfalt von Aerosolen und Wolken in der Erdatmosphäre: Zu sehen sind z.B. ein Profil von Polaren Stratosphärenwolken (PSC) über der Antarktis, die eine wichtige Rolle bei der Ozonlochentstehung spielen, oder der Tropensturm Debby über dem Golf von Mexiko und Rauchfahnen aus Waldbränden in Kanada. Simonetta Cheli, Direktorin für Erdbeobachtungsprogramme der ESA, sagte: „Nach den ersten Bildern der anderen drei Instrumente von EarthCARE können wir jetzt auch sehen, wie gut das Atmosphären-Lidar ATLID funktioniert. Nachdem das Instrument seine routinemäßige Dekontamination und Kalibrierung durchlaufen hat, kommen dessen Profile in der Qualität wie wir es erwartet hatten. Das Atmosphären-Lidar bringt uns völlig neue Einblicke in die vertikale Verteilung von Wolken und Aerosolen und ermöglicht uns zusammen mit den anderen Instrumenten ein neues wissenschaftliches Verständnis zur Energiebilanz der Erde zu gewinnen.“

Umfangreiche Messkampagnen im Atlantik und in Europa
Damit die Daten der neuen Geräte optimal genutzt und interpretiert werden können, ist es wichtig, diese mit Messungen vom Boden und aus der Luft in verschiedensten Situationen zu vergleichen. Deshalb finden derzeit eine Reihe aufwendiger internationaler Messkampagnen statt:

So fliegt das deutsche Forschungsflugzeug HALO von Cabo Verde im Atlantik, von Barbados in der Karibik und von Oberpfaffenhofen in Deutschland aus bis November mehrmals unter der Flugbahn von EarthCARE. Die Validierungsmission HALO-PERCUSION wird vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M) geleitet. Daran beteiligt sind eine Reihe von Partnern wie z.B. die Universität Leipzig. PERCUSION ist eines von mehreren Teilprojekten des vom MPI-M koordinierten Forschungsprojekts ORCESTRA (Organized Convection and EarthCare Studies over the Tropical Atlantic). Ein weiteres Teilprojekt ist CLARINET (CLoud and Aerosol Remote sensing for EarThcare), bei dem Forschende des TROPOS die neue ACTRIS-Fernerkundungsstation des Cabo Verde Atmospheric Observatory (CVAO) am Ocean Science Center in Mindelo (OSCM) nutzen, um die EarthCARE-Daten im tropischen Atlantik zu validieren und mit Langzeitmessungen zu vergleichen.

Eine wichtige Rolle bei der Kalibrierung der Daten des EarthCARE-Satelliten spielen die Bodenstationen der europäischen Forschungsinfrastruktur ACTRIS: Sie wurden in den letzten Jahren auf- und ausgebaut, um Aerosolpartikel und Wolken mit Fernerkundungsgeräten wie Lidar und Radar zu untersuchen. Rund 50 Stationen in Europa und Übersee beteiligen sich an der Messkampagne atmo4ACTRIS. Dieses dichte Netz bietet den großen Vorteil, dass EarthCARE praktisch täglich über mindestens eine der Stationen fliegt, denn der erdnahe Orbit sorgt dafür, dass der Satellit unseren Planeten streifenweise „abfliegt“ und nur aller 25 Tage wieder über derselben Stelle der Erde ist. Eine einzelne Bodenstation reicht daher zum Kalibrieren nicht aus. „Wir haben die Messkampagne im Rahmen des Infrastrukturprojekts ATMO-ACCESS bereits Ende letzten Jahres mit simulierten Überflügen zwei Monate lang geprobt, um uns auf die komplexe Aufgabe vorzubereiten. Das war sehr hilfreich, denn die ACTRIS-Stationen arbeiten zwar alle nach denselben Standards, aber haben zum Teil sehr unterschiedliches Vorwissen bezüglich der Validierung von Satellitendaten. Daher sind wir alle sehr gespannt darauf, die ersten Daten von EarthCARE mit den Bodenstationen zu vergleichen“, berichtet Dr. Holger Baars vom TROPOS, der die Kampagne von Leipzig aus koordiniert. Aus Deutschland werden neben den TROPOS-Stationen in Leipzig und Melpitz auch Stationen des Deutschen Wetterdienstes (DWD) in Hohenpeißenberg und Lindenberg, der Universität zu Köln (UzK) in Kooperation mit dem Forschungszentrums Jülich (FZJ), des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Universität Leipzig mitmachen. Deutsche Partner liefern außerdem wichtige Daten aus Übersee: Das Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) steuert in Kooperation mit der UzK Beobachtungsdaten aus Ny-Ålesund in der Arktis bei und TROPOS liefert mit Cabo Verde im Atlantik, Limassol in Zypern und Duschanbe in Tadschikistan Daten von drei Stationen im Staubgürtel der Erde.

Diese Aktivität wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union im Rahmen der Integrierenden Aktivität ATMO-ACCESS unter der Finanzhilfevereinbarung Nr. 101008004 finanziert.

Quelle:
ESA (EarthCARE profiles atmospheric particles in detail, 21/08/2024)
https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/FutureEO/EarthCARE/EarthCARE_profiles_atmospheric_particles_in_detail

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• EarthCARE auf Falcon 9

Der Beitrag EarthCAREs Lidar zeigt detailliert Partikel in der Atmosphäre erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR 4. September 2024.

4. September 2024 – Das Forschungsflugzeug HALO des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat auf Cabo Verde die erste Etappe seiner fliegerisch und wissenschaftlich bisher anspruchsvollsten Mission gemeistert. Seit Anfang August 2024 ist HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft) in Äquatornähe unterwegs und misst, wie sich die tropischen Luftmassen und Wolkensysteme in unterschiedlichen Höhen verhalten – synchron zum Erdbeobachtungssatelliten EarthCARE (Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer). HALO fliegt jedes Mal exakt unter dem Satelliten, sodass die Messungen von Flugzeug und Satellit direkt vergleichbar sind. Die Instrumente an Bord des Forschungsflugzeugs verwenden dabei das gleiche Messprinzip wie der Satellit. Die Daten aus der Luft helfen, die Instrumente an Bord des Satelliten zu kalibrieren und die Datenauswertung der EarthCARE-Mission zu optimieren. Die insgesamt zehn Unterflüge seit Missionsbeginn hat das Flugteam erfolgreich gemeistert, indem sie HALO direkt auf Linie mit EarthCARE gebracht haben. Die ersten Messdaten von Flugzeug und Satellit sind daher bereits in der Auswertung.

Klima- und Wettergeschehen besser vorhersagen
Die Messdaten geben Aufschluss darüber, wie sich Wolken bilden, welchen Einfluss Aerosole und Sonneneinstrahlung haben, welche Wechselwirkungen gegenseitig entstehen und wie sie den Energiehaushalt der Erde beeinflussen. Der europäisch-japanische Satellit EarthCARE startete vor drei Monaten und wird die kommenden Jahre helfen, das Klimageschehen und Wetterdynamiken genauer zu verstehen und vorherzusagen.

HALO stößt nun zur Inbetriebnahme des Satelliten hinzu und stellt von Beginn an sicher, dass Forschende die EarthCARE-Daten in bestmöglicher Qualität nutzen können. Die Validierungsmission wird vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre aus Oberpfaffenhofen geleitet und in Zusammenarbeit mit weiteren nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen durchgeführt, mit wissenschaftlicher Führung des Hamburger Max-Planck-Instituts für Meteorologie.

Zwischen Chaos und Laborbedingungen
Um die Aussagekraft von EarthCARE zu bewerten, muss das Forschungsflugzeug des DLR verschiedenste Situationen in der Atmosphäre begleiten. Dazu gehören trockene und feuchte Klimazonen, hohe und niedrige Luftschichten oder saubere und mit Aerosolpaertikeln angereicherte Luftmassen. Die kapverdischen Inseln etwa bieten sehr komplexe Bedingungen. Mehrere Einflussfaktoren treffen in der Atmosphäre aufeinander und bieten ein nahezu chaotisches Messfeld. „Neben Inseleffekten sind die Luftschichten partiell erheblich mit Saharastaub durchsetzt. Hinzu kommen Faktoren wie der ‚African Easterly Jet‘, ein saisonaler Starkwind, der die Entwicklung tropischer Wirbelstürme über dem Atlantik maßgeblich beeinflusst. Durch die Nähe zum Äquator herrscht außerdem eine intensive Sonnenstrahlung, auf der ein weiteres Augenmerk von EarthCARE liegt“, erklärt DLR-Projektleiterin Dr. Silke Groß vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre.

Nach vier Wochen Station auf der kapverdischen Insel Sal, führt die nächste Etappe HALO nun vom 5. September bis 30. September 2024 nach Barbados. Auf dem Weg dorthin erwartet die DLR-Crew weiter westlich eine fast staubfreie Atmosphäre. Es herrschen quasi Laborbedingungen; ein ideales Szenario für die Forschenden, um die Messdaten von EarthCARE abzugleichen. HALO ist für die Mission mit insgesamt neun Instrumenten ausgestattet, insbesondere einem Doppler-Radar sowie einem spektral hochauflösenden Lidar. Bei allen Messflügen werden auch meteorologische Fallsonden von HALO abgeworfen, um Wind-, Feuchte- und Temperaturdaten von der gesamten Atmosphärensäule unterhalb des Flugzeugs zu erhalten.

Spitzenleistungen Flugzeug und Crew
Für die extrem anspruchsvollen Flüge ist HALO wie geschaffen – der ehemalige Business-Jet ist passend zu EarthCARE instrumentiert, kann bis zu 15,5 Kilometer hoch und mehr als 8.000 Kilometer weit fliegen. Gemeinsam mit dem EarthCARE-Satellit vermisst HALO kritische Phänomene wie die „Innertropische Konvergenzzone“ durchgehend bis in ihre Übergangszonen hinein. Dieses mehrere hundert Kilometer lange Wolkenband entsteht in Äquatornähe und beeinflusst unter anderem die Regenzeit in den Tropen und Subtropen, das Monsungebiet über Asien und Afrika sowie die Grenzen der Klimazonen.

Die Flugspur des Satelliten exakt zum richtigen Zeitpunkt zu unterfliegen ist jedes Mal eine Herausforderung. Die Piloten müssen in der Luft flexibel auf kurzfristige Änderungen des Flugplans reagieren. Auch bei der Flugplanung bringt das Team der DLR-Flugexperimente ihre Expertise ein: Anhand der Position des Satelliten berechnen sie den geeigneten Kurs für das Flugzeug, der dann von der Flugsicherung geprüft und dem Flugbetrieb entsprechend noch einmal angepasst wird.

Referenzdaten am Boden, zu Wasser und in der Luft
Die Validierung von EarthCARE ist die bisher anspruchsvollste und umfangreichste Mission von HALO. Bis zum Jahresende sind insgesamt 296 Flugstunden eingeplant, mit bis zu drei Einsätzen pro Woche. Für die Validierung bezieht das DLR-Team darüber hinaus weitere Messungen ein. Während der vierwöchigen Kampagne auf Cabo Verde etwa fanden zusätzlich Bodenmessungen des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung statt, Schiffsmessungen des Max-Planck-Instituts für Meteorologie sowie Messflüge des französischen Turboprop-Flugzeugs SAFIRE ATR-42 und des norwegisch-rumänischen Teams mit der Turboprop INCAS KingAir. In den kommenden Wochen wird das Barbados Cloud Observatory die HALO-Messungen ergänzen.

Ende September wird das DLR-Forschungsflugzeug dann nach Oberpfaffenhofen zurückkehren, um EarthCARE ab November in neuen atmosphärischen Situationen in gemäßigten Breiten zu prüfen. Flüge über Deutschland und Europa bis in die arktischen Regionen werden das Messprofil erweitern. So stellt das DLR sicher, dass die EarthCARE-Mission ihr Datenpotenzial bestmöglich ausschöpfen kann.

Über die Mission
Die Validierungsflüge für die Satellitenmission EarthCARE werden vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre zusammen mit dem Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M) geleitet. Diese Validierungsmission PERCUSION (Persistent EarthCare underflight studies of the ITCZ and organized convection) ist Teil der Gesamtmission ORCESTRA (Organized Convection and EarthCare Studies over the Tropical Atlantic), die vom MPI-M wissenschaftlich geleitet wird. An der Flugkampagne sind weiterhin die Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und die Universitäten Köln, Leipzig und Hamburg mit Förderung der Deutschen Forschungsgemeinschaft beteiligt. Koordiniert werden die Flüge mit Validierungsaktivitäten der Deutschen Forschungsgemeinschaft, unter anderem dem Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS), dem Forschungszentrum Jülich sowie dem Deutschen Wetterdienst. Das Forschungsflugzeug HALO wird von der DLR-Einrichtung Flugexperimente in Oberpfaffenhofen betrieben.

Über HALO
Das Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft) ist eine Gemeinschaftsinitiative deutscher Umwelt- und Klimaforschungseinrichtungen. Gefördert wird HALO durch Zuwendungen des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der Helmholtz-Gemeinschaft, der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Leibniz-Gemeinschaft, des Freistaates Bayern, des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), des Forschungszentrums Jülich (FZJ) und des DLR. Das DLR ist zugleich Eigner und Betreiber des Flugzeugs.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• DLR

Der Beitrag DLR: Forschungsflüge für höchste Datenqualität der Erdbeobachtungsmission EarthCARE erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Airbus Defence and Space 29. Mai 2024.

Friedrichshafen, 29. Mai 2024 – Der von Airbus gebaute Klimasatellit EarthCARE ist erfolgreich vom Militärstützpunkt Vandenberg in Kalifornien gestartet. EarthCARE (Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer) ist ein Gemeinschaftsprojekt der europäischen und japanischen Raumfahrtagenturen (ESA und JAXA). Der Satellit wird untersuchen, welche Rolle Wolken und Aerosole (winzige atmosphärische Partikel) bei der Reflexion der Sonnenstrahlung in den Weltraum (d. h. bei der Abkühlung der Atmosphäre) und beim Einfangen der von der Erdoberfläche ausgesandten Infrarotstrahlung (d. h. bei der Aufheizung der Atmosphäre) spielen.

„EarthCARE ist die größte und komplexeste Earth Explorer-Sonde der ESA – eine Leuchtturmmission, deren Daten dazu beitragen werden, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Klima- und numerischen Wettervorhersagemodellen zu verbessern“, sagte Alain Fauré, Leiter von Space Systems bei Airbus. „Die internationale Zusammenarbeit war entscheidend, denn mehr als 200 Forschungsinstitute und 45 Unternehmen in ganz Europa arbeiteten für den Bau dieses Raumfahrzeugs Hand in Hand.“

EarthCARE wird vertikale Profile natürlicher und vom Menschen verursachter Aerosole erstellen, die Verteilung von Wassertröpfchen und Eiskristallen sowie deren Transport in Wolken erfassen und wesentliche Beiträge zur Verbesserung der Modellierung der Klimaerwärmung und der Wettervorhersage liefern. Aerosole beeinflussen den Lebenszyklus von Wolken und tragen somit indirekt dazu bei, wie sie Strahlung abgeben – ihre Messung wird ein besseres Verständnis des Energiehaushalts der Erde ermöglichen.

Instrumentelle Zusammenarbeit: eine Mission, zwei Agenturen, vier Instrumente
Die Sonde wurde unter Beteiligung von Experten aus 15 europäischen Ländern sowie aus Japan und Kanada unter der Leitung von Airbus in Friedrichshafen entwickelt, gebaut und getestet.

Das von Airbus gebaute Atmosphären-Lidar ATLID ist eines der vier Instrumente auf dem EarthCARE-Satelliten und liefert vertikale Profile von Aerosolen und dünnen Wolken. ATLID ist nach Aeolus das zweite weltraumgestützte Ultraviolett-Lidar aus Europa und macht Airbus zu einem weltweiten Spezialisten für weltraumgestützte Lidare.

Der Satellit umfasst auch ein Breitband-Radiometer, das von der ESA mit Hilfe der europäischen Industrie entwickelt wurde, sowie einen Multi-Spectral Imager von der Airbus-Tochter Surrey Satellite Technology Limited und ein Wolkenprofil-Radar der von der JAXA entwickelt wurde.

Diese einzigartige Kombination von Instrumenten wird es den Wissenschaftlern zum ersten Mal ermöglichen, die Rolle von Wolken und Aerosolen auf den Strahlungshaushalt der Erde mit einem integrierten Satellitensystem direkt zu bewerten und so die derzeitigen Unsicherheiten zu verringern.

EarthCARE wird die Erde in einer sonnensynchronen 400-km-Polarumlaufbahn umkreisen und dabei den Äquator am frühen Nachmittag überqueren, um die Tageslichtbedingungen optimal nutzen zu können. Mit einem Gewicht von 2,3 Tonnen und einer Länge von 18 Metern wird EarthCARE nach der Installation des Solarpanels und des CPR-Instruments mindestens drei Jahre lang im Einsatz sein.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• EarthCARE auf Falcon 9

Der Beitrag Von Airbus gebauter ESA-JAXA-Klimasatellit erfolgreich gestartet erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: TROPOS 23. Mai 2024.

Leipzig, 23. Mai 2024. Die Vorbereitungen zum Start des neuen Erdbeobachtungsatelliten EarthCARE (Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer) Ende Mai laufen auf Hochtouren. Die gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumbehörde (ESA) und der japanischen Raumfahrtagentur (JAXA) soll Wolken, Aerosole und Strahlung so genau messen wie nie zuvor. Möglich wird das durch die Verknüpfung von vier hochmodernen Instrumenten. Einen wichtigen Beitrag dazu leisten drei sogenannte Prozessoren, die das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) zusammen mit Partnern entwickelt hat. Diese Algorithmen sind jetzt in einer Sonderausgabe des Fachjournals „Atmospheric Measurement Techniques“ ausführlich beschrieben worden.

Die neue Software ermöglicht es, Wolkeneigenschaften aus dem passiven Spektrometer (MSI), die Aerosol- und Wolkenschichtung aus dem aktiven, spektral hochauflösenden Lidar (ATLID) sowie synergetische Wolken- und Aerosolprodukte aus beiden Geräten abzuleiten. Damit diese Berechnungen über die verschiedenen Geräte hinweg funktionieren, wurde ein Aerosolklassifizierungsmodell (HETEAC) als Grundlage für die Aerosoltypisierung entwickelt.

EarthCARE wird erstmals ein spektral hochauflösendes Lidar und ein Doppler-Wolkenradar mit passiven Sensoren kombinieren und stellt damit die komplexeste Satellitenmission zur Erforschung von Aerosolen, Wolken und deren Strahlungswirkung dar, die jemals ins All gestartet wurde. Die Entwicklung von EarthCARE hat mehr als 15 Jahre gedauert und rund 800 Millionen Euro gekostet. Für die Wissenschaft bietet der Satellit große Möglichkeiten: Hochmoderne Technologie an Bord liefert eine Vielzahl von Daten, die die Genauigkeit von Klimamodellen verbessern und die numerische Wettervorhersage unterstützen sollen.

Der 17,2 Meter lange, 2,5 Meter breite, 3,5 Meter hohe und rund 2.200 Kilogramm schwere EarthCARE-Satellit wurde beim deutschen Hauptauftragnehmer Airbus in Friedrichshafen montiert, zusammen mit der ESA ausgiebig getestet und anschließend per Flugzeug nach Vandenberg (Kalifornien, USA) transportiert, wo er Ende Mai mit einer Falcon-9-Rakete des US-Raumfahrtkonzerns SpaceX in seinen Zielorbit in 393 Kilometer Höhe gebracht werden soll.

Der Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer (EarthCARE) ist mit vier Instrumenten ausgestattet: einem Doppler-Wolkenradar, einem Lidar mit hoher spektraler Auflösung, einem abbildenden Spektrometer und einem Breitbandradiometer mit drei verschiedenen Blickrichtungen. Die Instrumente werden synergetische Beobachtungen von Aerosolen, Wolken, Strahlung und deren Wechselwirkungen mit noch nie dagewesener Genauigkeit liefern. Eines der Ziele der Mission ist es, die gemessenen und berechneten Strahlungsflüsse am Oberrand der Atmosphäre für eine 100 Quadratkilometer große Momentaufnahme mit einer Genauigkeit von 10 Watt pro Quadratmeter in Übereinstimmung zu bringen, was das Wissen über den globalen Strahlungsantrieb erheblich verbessern würde.

Die EarthCARE-Daten werden mit Hilfe einer ausgeklügelten Datenkette fast in Echtzeit (Near Real Time) berechnet. Das Lidar liefert vertikale Profile und damit einen Querschnitt der Atmosphäre entlang der Flugstrecke des Satelliten. Daraus leiten die am TROPOS entwickelten Algorithmen die Wolkenoberkante und die Höhe von Aerosolschichten, die z.B. aus Saharastaub oder Rauch großer Waldbrände bestehen können, ab (Wandinger et al., 2023b). Diese Algorithmen werden in der Fachsprache auch Prozessoren genannt und sind das Software-Herz der Datenauswertung. Ergänzend zum Lidar ermöglicht das abbildende Spektrometer die Charakterisierung der Atmosphäre durch ein horizontales, 150 km breites Abbild von Wolken- und Aerosoleigenschaften. Die mikro- und makrophysikalischen Wolkeneigenschaften wie z.B. die optische Dicke der Wolken, der Tropfenradius und die Wolkenhöhe werden mit einem weiteren am TROPOS entwickelten Prozessor bestimmt (Hünerbein et al., 2023, 2024; Docter et al., 2024; Mason et al., 2024). Der dritte am TROPOS entwickelte Prozessor kombiniert die höhenaufgelöste Information vom Lidar mit der horizontalen Information des Spektrometers, um damit ein verbessertes dreidimensionales Bild der Atmosphäre entlang der Flugstrecke des erdumlaufenden Satelliten zu gewinnen (Haarig et al., 2023).

Die Aerosolklassifizierung basiert in allen EarthCARE-Algorithmen auf dem HETEAC-Modell (Hybrid End-to-End Aerosol Classification) (Wandinger et al., 2023a). „Das vom TROPOS zusammen mit Partnern entwickelte Aerosolklassifizierungsmodell HETEAC spielt bei der Verarbeitung der Daten eine zentrale Rolle, weil es dafür sorgt, dass die Geräte sozusagen dieselbe Sprache sprechen und ihre Daten ein einheitliches Gesamtbild ergeben“, erklärt Dr. Ulla Wandinger vom TROPOS, die die Entwicklung dieses Modells geleitet hat. Aber auch in der Auswertung der Lidar- und Spektrometerdaten stecken mehrere Jahrzehnte Know-how an Wolken- und Aerosolbeobachtung vom TROPOS: „Die entwickelten Korrekturmechanismen in unseren Prozessoren werden dafür sorgen, dass sich die Qualität der Wolken- und Aerosoldaten deutlich verbessern wird“, berichtet Dr. Anja Hünerbein, die an der Auswertungssoftware für das passive Spektrometer entscheidend mitgearbeitet hat.

Forschende des TROPOS aus Leipzig haben aber nicht nur an der Software mitgearbeitet, sondern werden auch an der Überprüfung und Kalibrierung der Daten beteiligt sein. Denn eine sorgfältige Validierung der Messungen ist erforderlich, um die ehrgeizigen wissenschaftlichen Ziele der EarthCARE-Mission zu erreichen. Eine große Rolle spielt dabei die europäische Forschungsinfrastruktur ACTRIS (Aerosol, Clouds and Trace Gases Research Infrastructure). Die ACTRIS-Fernerkundungsstationen sind für diesen Zweck bestens gerüstet: Die Standardausrüstung, bestehend aus einem Hochleistungs-Lidar und einem Sonnen-Photometer für Aerosolmessungen sowie einem Doppler-Radar und einem Mikrowellenradiometer für Wolkenmessungen, ermöglicht zusammen mit dem Qualitätssicherungskonzept von ACTRIS eine detaillierte Überprüfung aller EarthCARE-Aerosol- und Wolkenprodukte. „Arbeitsabläufe für die Beobachtung, die Datenverarbeitung und die Bereitstellung von Daten in nahezu Echtzeit wurden bereits entwickelt und ausgiebig getestet. Für diesen Sommer organisieren wir eine Kampagne mit über 40 Stationen, die mehrere Monate dauern soll“, blickt Dr. Holger Baars vom TROPOS voraus, der die Kampagne koordiniert. Daran beteiligt sein werden neben den TROPOS-Stationen in Leipzig (Deutschland), Mindelo (Cabo Verde) und Duschanbe (Tadschikistan) auch viele ACTRIS-Stationen in ganz Europa.

Die umfangreichen Validierungsmaßnahmen von TROPOS und vielen internationalen Forschungsteams dienen dazu, die entwickelten Prozessoren und die damit bestimmten Messgrößen genau zu überprüfen. Erst dann ist wirklich klar, wie gut die Eigenschaften von Aerosolen und Wolken und deren Strahlungswirkung von EarthCARE bestimmt und wie die global gemessenen Daten für ein verbessertes Verständnis der Atmosphäre genutzt werden können. Europas neues „Auge“ im All wird erst mit Hilfe der Bodenstationen richtig scharf und so präzise wie nie zuvor auf die komplizierten Wechselwirkungen zwischen Wolken, Aerosolen und Strahlung schauen können.

Publikationen (TROPOS-Autor:innen fett markiert):
Hogan, R. J., Illingworth, A. J., Kollias, P., Okamoto, H., and Wandinger, U.: Preface to the special issue “EarthCARE Level 2 algorithms and data products”: Editorial in memory of Tobias Wehr, Atmos. Meas. Tech., 17, 3081–3083, https://amt.copernicus.org/articles/17/3081/2024/ , 2024. <Published: 22 May 2024>

Docter, N., Hünerbein, A., Donovan, D. P., Preusker, R., Fischer, J., Meirink, J. F., Stammes, P., and Eisinger, M.: Assessment of the spectral misalignment effect (SMILE) on EarthCARE’s Multi-Spectral Imager aerosol and cloud property retrievals, Atmos. Meas. Tech, 17, 2507-2519, https://amt.copernicus.org/articles/17/2507/2024/ , 2024. <Published: 23 Apr 2024>

Mason, S. L., Barker, H. W., Cole, J. N. S., Docter, N., Donovan, D. P., Hogan, R. J., Hünerbein, A., Kollias, P., Puigdomènech Treserras, B., Qu, Z., Wandinger, U., and van Zadelhoff, G.-J.: An intercomparison of EarthCARE cloud, aerosol, and precipitation retrieval products, Atmos. Meas. Tech, 17, 875-898, https://amt.copernicus.org/articles/17/875/2024/ , 2024. <Published: 01 Feb 2024>

Hünerbein, A., Bley, S., Deneke, H., Meirink, J. F., van Zadelhoff, G.-J., and Walther, A.: Cloud optical and physical properties retrieval from EarthCARE multi-spectral imager: the M-COP products, Atmos. Meas. Tech, 17, 261-276, https://amt.copernicus.org/articles/17/261/2024/ , 2024. <Published: 16 Jan 2024>

Haarig, M., Hünerbein, A., Wandinger, U., Docter, N., Bley, S., Donovan, D., and van Zadelhoff, G.-J.: Cloud top heights and aerosol columnar properties from combined EarthCARE lidar and imager observations: the AM-CTH and AM-ACD products, Atmos. Meas. Tech, 16, 5953-5975, https://amt.copernicus.org/articles/16/5953/2023/ , 2023. < Published: 13 Dec 2023>

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, Atmos. Meas. Tech, 16, 4031-4052, https://amt.copernicus.org/articles/16/4031/2023/ , 2023. < Published: 07 Sep 2023>

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, https://amt.copernicus.org/articles/16/2821/2023/ , 2023. <Published: 7 Jun 2023>

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, https://amt.copernicus.org/articles/16/2485/2023/ , 2023. < Published: 25 May 2023>

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• EarthCARE auf Falcon 9

Der Beitrag TROPOS-Forschende entwickeln Prozessoren zur Messung von Wolken und Aerosolen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Airbus Defence and Space 9. März 2024.

München, 9. März 2024 – Der von Airbus gebaute Satellit EarthCARE (Earth Clouds, Aerosols and Radiation Explorer) hat München verlassen und ist nun an Bord eines Flugzeugs auf dem Weg zu seinem Startplatz in Vandenberg, Kalifornien. EarthCARE soll im Mai mit einer Falcon 9-Rakete gestartet werden.

EarthCARE ist die komplexeste Earth-Explorer-Mission im Rahmen des FutureEO-Programms der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Diese neue Satellitenmission wird die Ungewissheit über die Rolle, die Wolken und Aerosole (winzige atmosphärische Partikel) bei der Erwärmung und Abkühlung der Erdatmosphäre spielen, quantifizieren und verringern und so zu einem besseren Verständnis des Klimawandels beitragen. Die Sonde wurde unter Beteiligung von Experten aus 15 europäischen Ländern sowie aus Japan und Kanada entwickelt, gebaut und getestet.

Marc Steckling, Leiter des Bereichs Erdbeobachtung, Wissenschaft und Exploration bei Airbus, sagte: „Da sich das Weltklima immer schneller verändert, brauchen Wissenschaftler immer ausgefeiltere Weltrauminstrumente, um bessere Analysen zu ermöglichen. EarthCARE wird dazu beitragen, die Lücken zu schließen, indem es noch nie dagewesene Messungen liefert, so dass Meteorologen und Klimatologen besser verstehen können, wie Energie in der Atmosphäre übertragen wird.“

EarthCARE ist ein gemeinsames Projekt der ESA und der japanischen Raumfahrtagentur (JAXA). Es wird untersucht, welche Rolle Wolken und Aerosole bei der Reflexion der Sonnenstrahlung in den Weltraum und beim Einfangen der von der Erdoberfläche emittierten Infrarotstrahlung spielen.

EarthCARE wird vertikale Profile natürlicher und vom Menschen verursachter Aerosole erstellen, die Verteilung von Wassertröpfchen und Eiskristallen sowie deren Transport in Wolken registrieren und wesentliche Beiträge zur Verbesserung der Modellierung der Klimaerwärmung und der Wettervorhersage liefern. Aerosole beeinflussen den Lebenszyklus von Wolken und tragen somit indirekt dazu bei, wie sie Strahlung abgeben – ihre Messung wird ein besseres Verständnis des Energiehaushalts der Erde ermöglichen.

EarthCARE wird von mehr als 200 Forschungsinstituten in aller Welt unterstützt. Die Wissenschaftler werden die Daten nutzen können, um die Genauigkeit von Wolkenentwicklungsmodellen, ihr Verhalten, ihre Zusammensetzung und ihre Wechselwirkung mit Aerosolen zu verbessern.

Das Atmosphären-Lidar ATLID ist eines von vier Instrumenten auf dem EarthCARE-Satelliten, das vertikale Profile von Aerosolen und dünnen Wolken liefert. ATLID ist nach dem Windsensor Aeolus das zweite europäische weltraumgestützte Ultraviolett-Lidar und macht Airbus zu einem weltweiten Spezialisten für weltraumgestützte Lidars.

Neben ATLID umfasst der Satellit auch ein von der ESA in Zusammenarbeit mit der europäischen Industrie entwickeltes Breitband-Radiometer, ein von der Airbus-Tochter SSTL entwickeltes Multispektralbildgerät und ein von der JAXA entwickeltes Wolkenprofil-Radar. Diese einzigartige Kombination von Instrumenten wird es den Wissenschaftlern zum ersten Mal ermöglichen, die Rolle von Wolken und Aerosolen auf den Strahlungshaushalt der Erde mit einem integrierten Satellitensystem direkt zu bewerten und so die derzeitigen Unsicherheiten zu verringern. EarthCARE wird die Erde in einer sonnensynchronen 400-km-Polarumlaufbahn umkreisen und dabei den Äquator am frühen Nachmittag überqueren, um die Tageslichtbedingungen zu optimieren.

Airbus Defence and Space in Friedrichshafen (Deutschland) ist Hauptauftragnehmer für die Entwicklung und den Bau des 2 Tonnen schweren Satelliten, während Airbus Defence and Space in Toulouse (Frankreich) das Atmospheric Lidar ATLID liefert.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• EarthCARE (ESA Earth Explorer 6) auf Falcon 9

Der Beitrag Airbus: EarthCARE startet in den Westen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR 1. Februar 2024.

1. Februar 2024 – Ob Dürre und Hitze in Südeuropa oder extreme Starkregenereignisse in Deutschland – die Sonneneinstrahlung ist die maßgebliche Größe für das Klimageschehen und die Wetterdynamik auf unserer Erde, denn sie treibt die Zirkulation in der Atmosphäre an. Diese Strahlung ist in der Lufthülle allerdings sehr unterschiedlich verteilt und tritt dort zudem noch in Wechselwirkung mit Wolken, Spurengasen und Aerosolen – Schwebeteilchen aus kleinsten festen und flüssigen Partikeln. Um in naher Zukunft noch genauere Vorhersagen machen zu können, müssen wir die bisher noch nicht so gut bestimmbaren Parameter zu Aerosolen und Wolken global besser kennen und deren Wechselwirkungen in der Erdatmosphäre entschlüsseln. Dadurch und mit der Messung der Strahlungsdichte kennen wir den Strahlungshaushalt unseres Heimatplaneten wesentlich genauer, als wir das heute tun. Die Europäische Weltraumorganisation ESA will daher gemeinsam mit der japanischen Raumfahrtagentur JAXA voraussichtlich im Mai 2024 ihre bislang größte und komplexeste Earth-Explorer-Erdbeobachtungsmission starten. Die Deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist wesentlich in die EarthCARE-Mission (Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer) eingebunden – einer Mission im Rahmen des ESA Erdbeobachtungsprogramms FutureEO, in dem Deutschland von Beginn an Programmführer ist und sich bis heute mit mehreren hundert Millionen Euro beteiligt. Zusätzlich werden mehrere Millionen Euro aus dem Nationalen Raumfahrtprogramm bereitgestellt, um die Nutzung der EarthCARE-Daten während des Betriebs durch deutsche Forscherinnen und Forscher und ein Projektbüro vorzubereiten und den Betrieb durch deutsche Forschungseinrichtungen und Universitäten zu unterstützen. Letztere leisten einen der wesentlichsten Beiträge in Europa zur Validierung und werden durch eine Flugkampagne, mit dem deutschen Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft) substantiell unterstützt. Diese Kampagne wird vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre und dem Max-Planck-Institut für Meteorologie koordiniert.

„Die europäisch-japanische Erdbeobachtungsmission EarthCARE wird unser Verständnis zu Klima- und Wetterphänomenen maßgeblich vorantreiben. Dass dieser größte und komplexeste Earth-Explorer-Satellit im Erdbeobachtungsprogramm der ESA in Deutschland gebaut wurde und deutsche Firmen und Wissenschaftseinrichtungen zudem weitere wichtige Bestandteile dieser Mission beisteuern können, zeigt die Spitzenposition, die Deutschland in der internationalen Erdbeobachtung inne hat“, betont Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstand und Generaldirektor der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR, am 1. Februar 2024 anlässlich des Verabschiedungsevents beim deutschen Hauptauftragnehmer Airbus in Friedrichshafen. Der 17,2 Meter lange (inklusive 11 Meter Solarpanele), 2,5 Meter breite, 3,5 Meter hohe und rund 2.200 Kilogramm schwere EarthCARE-Satellit geht nun via Flugzeug auf die Reise nach Vandenberg (Kalifornien, USA), wo er an Bord einer Falcon-9-Rakete des US-Raumfahrtkonzerns SpaceX in seinen Zielorbit in 393 Kilometer Höhe gebracht werden soll.

Vier Instrumente liefern ein einzigartiges Bild zu den Vorgängen in der Erdatmosphäre
Auf EarthCARE sind vier sich gegenseitig ergänzende Instrumente untergebracht. Durch die Aussendung von Lichtimpulsen eines Lasers und die Analyse der reflektierten Signale wird mit dem Atmosphären-Lidar ATLID, an dem auch das deutsche Unternehmen Tesat aus Backnang beteiligt ist, ein vertikales Profil in der Erdatmosphäre von Aerosolen und Wolken einschließlich ihrer Eigenschaften wie Höhe, Dichte und Aerosoltyp erstellt. Die bisher nie erreichte Genauigkeit dieser Information wird entscheidend die Verbesserung der Vorhersagen aus Klimamodellen voranbringen und das Verständnis der Rolle von Aerosolen und Wolken in der Energiebilanz unserer Erde vertiefen. Mit dem von der JAXA bereitgestellten Wolkenprofilradar CPR (Cloud Profiling Radar) kann EarthCARE das „Innenleben“ von Wolken beobachten und detaillierte Einblicke in deren vertikale Struktur und Geschwindigkeit, Partikelgrößenverteilung und Wassergehalt liefern, um zum Beispiel der Bildung und Auflösung von Wolken auf die Spur zu kommen. Während das Atmosphären-Lidar und das Wolkenradar Profile der Atmosphäre in einem eher dünnen „Vorhang“ direkt unter dem Satelliten erstellen, misst der Multi-Spektral-Imager MSI von EarthCARE in einem viel größeren Sichtfeld. Das Instrument nimmt hochauflösende Bilder in mehreren Spektralbändern des sichtbaren und infraroten Lichtspektrums auf. So können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zwischen verschiedenen Arten von Wolken, Aerosolen und der Erdoberfläche unterscheiden und zudem zusätzliche Informationen über die optischen Eigenschaften von Wolken und Aerosolen erhalten, um mehr über ihre Zusammensetzung und Verteilung zu erfahren.

Durch die Zusammenführung der Lidar-, Radar- und Multispektraldaten werden dreidimensionale Informationen über Wolken und Aerosole verfügbar sein. Das vierte Instrument an Bord ist das Breitbandradiometer BBR (Broad-Band Radiometer), das die reflektierte Strahlung in der Atmosphäre aus drei Richtungen vermisst. „So kann die Menge der reflektierten Sonnenstrahlung und der von der Erde ausgehenden Wärmestrahlung bestimmt werden. Diese Messungen werden mit der aus den kombinierten Beobachtungen der anderen Instrumente berechneten Strahlung kombiniert und damit unser derzeitiges Verständnis der Wechselwirkung zwischen Aerosolen, Wolken und Energiebilanz unseres Planeten entscheidend verbessern“, erklärt Dr. Albrecht von Bargen, der die EarthCARE-Mission bei der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR betreut.

Deutsches Forschungsflugzeug HALO übernimmt Validierungskampagne
Zusammen bieten diese vier leistungsstarken Instrumente einen noch nie dagewesenen Einblick in das „Innenleben“ unserer Erdatmosphäre. „Doch EarthCARE ist nur dann leistungsstark, wenn die Instrumente richtig eingestellt sind. Dafür müssen die Messergebnisse im Weltraum immer wieder mit weiteren Messdaten aus der Luft und vom Boden verglichen werden. Das machen wir unter anderem in einer dreigeteilten Validierungskampagne, für die wir das Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft) mit vier Instrumenten bestückt haben, die mit denen von EarthCARE vergleichbar sind“, erklärt Dr. Silke Groß, die im DLR-Institut für Physik in der Atmosphäre diese Kampagnen leitet. Im August 2024 beginnen die Messflüge, koordiniert vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre und dem Max-Plack-Institut für Meteorologie zusammen mit dem Leipziger Institut für Meteorologie sowie den Universitäten Hamburg, Köln und München von den Kapverden aus. Dort wird die Validierung durch Bodenmessungen des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) unterstützt. Im September geht es für HALO weiter nach Barbados, wo das Max-Planck-Institut für Meteorologie die Messflügen durch Bodenmessungen begleitet. Anschließend kehrt HALO zum DLR nach Oberpfaffenhofen zurück, wo im Herbst nochmal umfangreiche Flüge über Europa, dem extratropischem Nordatlantik und über die Alpen bis zum Mittelmeer unternommen werden sollen.

Mit den drei Flugzielen verfolgen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unterschiedliche Ziele: „Über den Kapverden haben wir eine komplexe Situation unterschiedlicher Aerosole und Wolken, von flacher zu hochreichender Bewölkung, und können besonders gut die Wechselwirkung dieser Schwebeteilchen untersuchen. Bei den Flügen rund um Barbados erwarten wir eine geänderte Wolken- und Aerosolstruktur. Und mit den Flügen von Oberpfaffenhofen aus, untersuchen wir bei Flügen aus den Extratropen, über die Alpen bis in den Mittelmeerraum Aerosole und Wolken, die sich noch einmal deutlich von denen der anderen Flugziele unterscheiden. Dadurch haben wir ein möglichst großes Spektrum abgedeckt“, erklärt Dr. Silke Groß. Bei vielen dieser Flüge wird HALO genau unter dem EarthCARE-Satelliten fliegen, so dass die Messungen vom Satelliten, vom Forschungsflugzeug und von den Bodenstationen exakt vergleichbar sind. An der Flugkampagne sind die Ludwig-Maximilian-Universität München, die Universitäten Köln, Leipzig und Hamburg, das DLR-Institut für Physik der Atmosphäre und das Max-Planck-Institut für Meteorologie beteiligt sein. Koordiniert werden die Validierungsflüge mit Validierungsaktivitäten der Deutschen Forschungsgemeinschaft, unter anderem vom TROPOS, der Freien Universität Berlin, dem Forschungszentrum Jülich sowie dem Deutsche Wetterdienst. Betrieben wird HALO von der DLR-Einrichtung Flugexperimente.

Algorithmen aus Deutschland sollen „Datengold“ heben
Die vier Instrumente liefern gemeinsam Informationen für insgesamt 40 verschiedene Datenprodukte – zum Beispiel zur Wolkenbildung und -klassifizierung, zur Zusammensetzung der Aerosolschicht, zum Strahlungshaushalt der Atmosphäre aber auch zu Regen- und Schneeeigenschaften wie der genauen Tropfen- und Flockengröße. Rund die Hälfte der geophysikalischen Parameter aus den Datenprodukten werden direkt aus den Messungen eines einzelnen der vier Instrumente abgeleitet. Bei der anderen Hälfte werden diese Datenprodukte in weiterführenden Algorithmen genutzt, um synergetische geophysikalische Größen abzuleiten. Die Entwicklung dieser Rechenprozesse wurde von der ESA unter anderem mit maßgeblichen Anteilen an das TROPOS und die FU Berlin vergeben und findet damit auch in Deutschland statt. „Die Algorithmenentwicklung ist aus der Erdbeobachtung schon seit Jahren nicht wegzudenken. Sie erlaubt es aus Rohdaten kalibrierte Information bereitzustellen und daraus wiederum geophysikalische Größen mit Hilfe von Rechenvorschriften anhand von physikalischen Zusammenhängen abzuleiten. Ohne Algorithmen ist auch die EarthCARE-Mission nicht vorstellbar. Sie helfen den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern dabei, das Optimum an Information aus den eigentlichen Messungen herauszuholen wie zum Beispiel die von TROPOS zur Verfügung gestellten Algorithmen zur Berechnung der Wolkenobergrenze und Aerosolparametern aus ATLID-Messdaten. Künftig werden wir wie bei anderen Erdbeobachtungsmissionen auch erwarten können, dass KI-basierte Ansätze – natürlich streng anhand der Geophysik evaluiert – verfolgt werden, um vertiefte weiterführende Auswertungen durchzuführen“, erklärt Dr. Albrecht von Bargen. Um diesen Datenschatz und deren Nutzung allen interessierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern und einem erweiterten Kreis in Deutschland weitergehend zu erläutern und zugängig zu machen, wurde bei der Ludwigs-Maximilians-Universität in München ein Projektbüro eingerichtet, dass die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR mit Mitteln aus dem Nationalen Raumfahrtprogramm fördert.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• EarthCARE (ESA Earth Explorer 6) auf Falcon 9

Der Beitrag DLR: EarthCARE-Satellit in Friedrichshafen verabschiedet 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: Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik e.V. an der Universität Rostock 4. Januar 2023.

4. Januar 2023 – Das Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik startet mit voller Kraft ins neue Jahr: Gleich zwei Projekte konnten die Forschenden der Abteilung Optische Sondierung an Land ziehen.

Unter dem Kürzel DEFINE („Density Field in the MLT“) bereitet das Kühlungsborner Institut in Kooperation mit Partnern aus Norwegen und Schweden in den kommenden Monaten einen Raketenstart vor. Ziel ist es, Parameter in der Mesosphäre und der unteren Thermosphäre zu messen und Aussagen zur Strahlungsbilanz zu treffen. Die Rakete soll im Jahr 2025 aus dem norwegischen Andøya starten. Das Projekt DEFINE wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz mit 3 Millionen Euro gefördert. Projektträger ist das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt.

Gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Universität Greifswald arbeitet das Institut zudem an einer neuartigen Lidar-Methode, um Staubpartikel von Meteoren in der mittleren Atmosphäre zu beobachten. Dafür stellt die Deutsche Forschungsgemeinschaft dem Kühlungsborner Institut 300.000 Euro bereit. Starttermin für dieses Forschungsprojekt ist im Juni 2023.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Planet Erde

Der Beitrag Kühlungsborner Atmosphärenforscher planen Raketenstart 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: Jena-Optronik GmbH 16. November 2022.

Das Ziel von Artemis I ist ein erster unbemannter Flug des neuen Raumschiffs und die Umrundung des Mondes: Die Mission ist gleichzeitig auch ein Härtetest für alle Systeme im Weltraum. Für die Entwicklung und den Bau des Raumschiffs Orion wurde das US-Unternehmen Lockheed Martin von der amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA beauftragt. Für das Flaggschiff dieses Prestigeprogramms der bemannten Raumfahrt setzt das amerikanische Unternehmen auf Produkte der Jena-Optronik GmbH, zum einen die ASTRO© APS-Sternsensoren sowie dann auch die Rendezvous- und Dockingsensoren vom Typ RVS© 3000-3D. Neben diesen Sensoren ist das von Airbus gebaute „ESM“ (European Service Module) des Raumschiffs Orion ein weiterer wesentlicher europäischer Beitrag zum Artemis-Programm.

Die Sternsensoren aus Jena sorgen hierbei für die exakte Ausrichtung des Raumschiffs auf dem Weg auf dem Weg zum Mond.

„Alle der drei gegenwärtig geplanten Artemis-Missionen werden mit zwei Sternsensoren ausgestattet sein. Die erste Mission ist unbemannt und dient der Prüfung der Technologie. Die nächsten beiden Missionen werden dann mit Astronauten an Bord zum Mond fliegen. Und Artemis III wird, als erste bemannte Mission nach Apollo 17, wieder mit einem Landefahrzeug auf dem Mond aufsetzen. Die Sternsensoren von Jena-Optronik sorgen für die Orientierung des Raumschiffs Orion auf seinem langen Weg zum Mond und zurück., erklärt Andreas Deter, Projektmanager ASTRO APS für Orion bei Jena-Optronik. „Unsere Sensoren sind innovativ und zuverlässig – genau so, wie es diese höchst anspruchsvolle Aufgabe erfordert. Diese Mission macht uns sehr stolz. Denn wir sind Teil der großen internationalen Gemeinschaft, die an diesem Projekt arbeitet“.

Der erste bemannte Flug von Orion – ein Meilenstein der Weltraumforschung – wird mit Artemis II durchgeführt. Beginnend mit Artemis III werden neben den Sternsensoren auch Rendezvous- und Dockingsensoren aus Jena zum Erfolg der Missionen beitragen. Diese Sensoren arbeiten nach dem LiDAR-Prinzip (Light Detection and Ranging).

„Das ist eine Auszeichnung für die harte Arbeit aller, die in den letzten Jahren bei Jena-Optronik an diesem Produkt mitgearbeitet haben“, erklärt Christoph Schmitt, Projektmanager für den RVS © 3000-3D bei Jena-Optronik. „Die bemannte Raumfahrt ist Faszination pur. Sie macht mir Gänsehaut! Schon als Kind habe ich den Start der Space Shuttles beobachtet, und heute darf ich als Ingenieur an Orion arbeiten – das ist unglaublich.”

Der Sensor RVS 3000-3D wurde von Lockheed Martin als Hauptsensor in den Missionen Artemis III, IV und V für das Andocken des Raumschiffs Orion an die geplante Raumstation in der Mondumlaufbahn (genannt: Lunar Gateway) ausgewählt. Artemis schafft so auch die Grundlagen für den weiteren Weg der Menschheit zum Mars.

Weitere Statements aus dem #teamspace von Jena-Optronik zu diesem Meilenstein:

„Unsere Produkte helfen Menschen zum Mond zu fliegen! Ich meine, wie cool ist das denn??! Jeder in unserem Unternehmen – angefangen von der Entwicklung, der Produktion, dem Testbereich, dem Marketing, dem Vertrieb und der Projektabteilung bis hin zu Finanzen, Einkauf und Qualität – ist daran beteiligt und kann wirklich stolz sein auf das, was erreicht wurde und was noch erreicht werden wird“, sagt Matthias Pischeli, Vertrieb.

„Die Zusammenarbeit mit Lockheed Martin und der NASA war für mich das Beste an dem Projekt – auch wenn es manchmal eine Herausforderung war! Der Enthusiasmus und die Professionalität von Lockheed Martin bei unseren Projekt-Meetings waren beeindruckend. Die Mission Orion ist aufregend und spannend, weil es hier um bemannte Raumfahrt geht. Schließlich geht es um die Möglichkeit, wieder Menschen zum Mond und später auch zum Mars zu bringen“, sagt Stefan Humbla, Produktmanager Sternsensoren.

“Seit ich an dem Projekt arbeite, bin ich begeistert von der Zusammenarbeit mit dem Team von Lockheed Martin, und gleichzeitig freue ich mich auf die Herausforderungen dieses anspruchsvollen Projekts. Es gibt immer wieder spannende und interessante Aufgaben, die wir zu lösen haben. Die Weite des Weltalls hat mich schon als Kind fasziniert, und diese Begeisterung ist geblieben. Deshalb macht es mich stolz, Teil dieser bahnbrechenden Mission zum Mond zu sein“, sagt Andreas Deter, Projektmanager ASTRO APS für Orion.

„Es ist ein absolutes Highlight, wenn man über seinen Job spricht und sagen kann, dass „unsere“ Produkte zum Mond fliegen und wir es möglich machen, dass sich Transporter und andere Raumfahrzeugen im Weltraum miteinander verbinden. Unsere Sensoren helfen nicht nur bei der Navigation von Satelliten in der Umlaufbahn oder bei der Versorgung der Internationalen Raumstation – sie fliegen auch zum Mond und eines Tages zum Mars und darüber hinaus. Und bei so spannenden und prestigeträchtigen Missionen wie Orion „an Bord“ zu sein, kann einen nur stolz machen“, so Steffen Schwarz, Vertriebsleiter.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Orion / ESM – Raumschiff

Der Beitrag Raumschiff Orion dank Sensoren aus Jena auf dem Weg zum Mond erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Jena-Optronik GmbH 22. September 2022.

Paris (Frankreich), Donnerstag, 22. September 2022 – Das englische Unternehmen Astroscale Ltd. ist die erste Firma, die ein kommerzielles System zur Weltraumschrottbeseitigung, z. B. für defekte Satelliten, entwickelt. Nach der erfolgreichen ELSA-d Mission, die einen magnetischen Mechanismus zum Einfangen eines Satelliten (genannt “Client”) in 2021/2022 demonstriert hat, startet Astroscale nun das nächste Programm – ELSA-M. Die für 2024 geplante Mission soll mehrere funktionsunfähige Satelliten im erdnahen Orbit beseitigen. Die Mission sieht hierbei eine Umrundung des defekten Satelliten zur Inspektion vor, um anschließend ein komplexes Andockmanöver daran durchzuführen. Zum Abschluss der Operation wird der “Client” in eine niedrige Erdumlaufbahn manövriert, um dort dann zeitnah in der Erdatmosphäre zu verglühen.

Das Docking-Manöver mit dem defekten Satelliten wird durch den Rendezvous- and Docking Sensor RVS 3000-3D (LiDAR) der Jena-Optronik unterstützt, welcher ein sicheres Einfangen des Client-Satelliten ermöglicht. Dank seines robusten und strahlungsharten Designs wird der RVS 3000-3D viele zukünftige Missionen dabei unterstützen, dass Kunden von Satellitenkonstellationen mit dem kommerziellen ELSA-M Service nicht nur einen, sondern auch mehrere defekte Satelliten während einer Mission entsorgen können.

Der Beste seiner Klasse – der LiDAR Sensor von Jena-Optronik vereint alle notwendigen optischen und elektronischen Komponenten, sowie auch die zugehörige Software um nicht-kooperative Ziele anzufliegen, wie z.B. einen defekten Satelliten. Der vollständig qualifizierte RVS 3000-3D hat den technologischen Reifegrad TRL9 (Technology Readiness Level) in 2020 im Rahmen der MEV-Missionen (kurz für: “Mission Extension Vehicle”) des US-Raumfahrtunternehmens Northrop Grumman erreicht.

„Wir freuen uns auf die Zusammenarbeit mit Jena-Optronik zur Entwicklung unseres kommerziellen ELSA-M Service”, erläutert Neil Yarr, Head of Guidance Navigation and Control bei Astroscale. “Unser LiDAR Partner ist entscheidend für den Erfolg unseres Anflugs während der ELSA-M Demo-Mission zur Beseitigung von Weltraumschrott. Denn dieses Vorhaben erfordert eine enorme Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Rendezvous- und Docking-Sensors.”

„Wir sind sehr froh, dass Astroscale uns als LiDAR-Partner ausgesucht hat. Es ist uns eine große Ehre zu solch einer wichtigen und bahnbrechenden Mission wie ELSA-M unseren Beitrag zu leisten”, ergänzt Peter Kapell, Geschäftsführer der Jena-Optronik GmbH. “Weltraumschrott hat sich in den letzten Jahren zu einem großen Problem entwickelt und wird mit den zukünftig geplanten Satellitenkonstellationen zu einer noch größeren Herausforderung. Daher freuen wir uns sehr darauf, Astroscale bei ihrer Mission zu unterstützen, um so für zukünftige Generationen das Leben und Arbeiten im Weltall sicherer und vor allem auch nachhaltiger zu gestalten.”

Zur Unterstützung der Themen Nachhaltigkeit, Klimawandel und Müllvermeidung ist es wichtig, existierenden Weltraumschrott zu beseitigen. Zudem muss damit begonnen werden, neue Satelliten und Raumfahrzeuge mit technischen Möglichkeiten auszustatten, die zukünftig eine einfache Beseitigung möglich machen – nur so kann die “Umwelt” im Weltraum geschützt werden. Das #teamspace der Jena-Optronik ist stolz darauf, mit dem RVS 3000-3D als Teil der ELSA-M Mission einen wichtigen Beitrag zur Beseitigung von Weltraumschrott zu leisten.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Konzepte gegen Weltraumschrott

Der Beitrag Astroscale: ELSA-M Mission nutzt LiDAR Sensor der Jena-Optronik erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: TROPOS, Tilo Arnhold 6. September 2022.

Leipzig. Die Waldbrände 2019/20 in Australien transportierten soviel Rauch in die Atmosphäre wie nie zuvor auf der ganzen Welt beobachtet wurde. Im sogenannten Black Summer kamen dabei dreimal so viele Partikel in hohe Luftschichten wie beim bisherigen Rekord, den kanadischen Waldbränden im Sommer 2017. Zwei Analysen unter Leitung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) zeigen jetzt die Klimawirkung dieser gewaltigen Brände auf: Rauchpartikel mit einer Gesamtmasse von rund einer Million Tonnen verteilten sich über die Südhemisphäre und beeinflussten etwa eineinhalb Jahre lang das Klima, in dem sie die Atmosphäre oben erwärmten und unten kühlten. Dabei wurde das Sonnenlicht von den Subtropen bis zur Antarktis noch stärker getrübt als 1991 beim Ausbruch des Vulkans Pinatubo. Der Rauch hat wahrscheinlich auch zum Rekord-Ozonloch über der Antarktis 2020 beigetragen und bildete einen Wirbel mit über 1000 Kilometer Durchmesser, der mehrere Wochen über die Südhalbkugel zog und als erster Nachweis gilt, dass der Rauch der Waldbrände auch die Höhenwinde in der Stratosphäre verändern kann. Da solche extremen Brände durch den Klimawandel voraussichtlich immer häufiger werden, sei es sehr wichtig, den Rauch und seine Auswirkungen auf den Energiehaushalt der Erde in den Klimaszenarien zu berücksichtigen, schreiben die Forschenden im Fachjournal Atmospheric Chemistry and Physics (ACP).

Rekord-Waldbrände in Australien
Zwischen September 2019 und Januar 2020 brannte fast doppelt so viel Fläche wie bei jedem anderen extremen Feuer in Australien, das bisher dokumentiert wurde. Die Brände erreichten ihren Höhepunkt zwischen dem 29. Dezember 2019 und dem 4. Januar 2020. In der wissenschaftlichen Literatur werden sie deshalb inzwischen als „Australian New Year Super Outbreak“ (ANYSO) betitelt und umgangssprachlich „Schwarzer Sommer“ (Black Summer bushfires) genannt. Durch die große Hitze bildeten sich dabei auch 38 Feuerwolken (Pyrocumulonimbus, kurz PyroCb), die den Rauch mit der zehnfachen Geschwindigkeit eines Fahrstuhles in große Höhen transportierten. Mehr als die Hälfte dieser Feuerwolken haben die Rauchpartikel direkt bis zu einer Höhe von 14 bis 16 Kilometern in die untere Stratosphäre transportiert. Wie bei einem Vulkanausbruch gilt auch für Waldbrände: Je höher die Partikel gelangen, umso weiter verteilen sie sich und umso länger wirken sie auf das Klima. Partikel in den unteren Atmosphärenschichten werden durch Niederschläge meist schnell wieder ausgewaschen und haben deshalb kaum Auswirkungen auf das Klima.

Durch die Waldbrände im Südosten Australiens gelangten um den Jahreswechsel 2019/20 über eine Million Tonnen an Rauchpartikeln in die Atmosphäre. Das ist etwa viermal so viel wie bei den Waldbränden in den Jahren zuvor. Die Rauchpartikel verteilten sich durch die Höhenwinde innerhalb von wenigen Tagen in den mittleren Breiten der Südhemisphäre und enthalten unter anderem auch Ruß-Aerosol. Diese dunklen Teilchen nehmen Sonnenenergie auf und zählen zu den am stärksten wärmenden kurzlebigen Klimatreibern. Der Rauch aus solchen extremen Waldbränden ist in den Aerosol-Klimamodellen jedoch bisher noch nicht ausreichend abgebildet. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des TROPOS hat daher die Black-Summer-Waldbrände analysiert, um die Auswirkungen solcher Ereignisse auf das Klima besser zu verstehen.

Viele Messungen in der Südhemisphäre ergeben ein Puzzlebild
Für ihre Studie nutzen die Forschenden Satellitendaten zur optischen Dicke von Aerosolschichten (AVHRR der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) und des Weltraum-Lidars CALIOP). Die Trübung der Atmosphäre verglichen sie mit den Sonnen-Photometer-Messungen des internationalen AERONET-Netzwerks, das u.a. Stationen betreibt in Punta Arenas (Chile), Amsterdam Island (Indischer Ozean), Marambio (vor der Antarktischen Halbinsel), Vechernaya Hill (Ostantarktis) und am Südpol. Entscheidend waren aber die Langzeitbeobachtungen, die mit zwei bodengestützten Raman-Lidaren in Punta Arenas (Chile) und Río Grande (Argentinien) an der südlichsten Spitze Südamerikas, durchgeführt wurden. Diese Messungen können als repräsentativ für den südlichen Teil der Südhemisphäre angesehen werden und ermöglichten auch Vergleiche mit anderen extremen Waldbränden in der Nordhemisphäre. Beide Messungen hatten ursprünglich andere wissenschaftliche Ziele: Die Lidar-Beobachtungen in Punta Arenas fanden im Rahmen der DACAPO-PESO-Kampagne (Dynamics, Aerosol, Cloud And Precipitation Observations in the Pristine Environment of the Southern Ocean) von November 2018 bis November 2021 statt. Das Hauptziel dieser Messkampagne von Universität Magallanes (UMAG), TROPOS und der Universität Leipzig war die Untersuchung von Aerosol-Wolken-Wechselwirkungsprozessen unter den sauberen Bedingungen der Südhemisphäre. Die Lidar-Beobachtungen in Río Grande waren Teil der HALO-Mission SOUTHTRAC-GW (Southern Hemisphere Transport, Dynamics, and Chemistry–Gravity Waves), bei der ein großes internationales Team unter Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) im September 2019 atmosphärische Schwerewellen in Südamerika mit dem Forschungsflugzeug HALO untersucht hat. Dabei kam auch das Compact Rayleigh Autonomous Lidar (CORAL) des DLR zum Einsatz, das wichtige Daten zu den optischen Eigenschaften des Rauchs zwischen 15 und 30 Kilometern Höhe lieferte. Die Vielzahl der Daten machte es möglich, ein neues Phänomen zu beobachten, die Waldbrände mit bisherigen Rekord-Waldbränden in Nordamerika zu vergleichen und auch Zusammenhänge zum Ozonloch herzustellen.

Ein einzigartiger Rauch-Wirbel
Lidarmessungen des TROPOS aus den vorigen Jahren ermöglichten es, die Waldbrände in Australien mit zwei anderen großen Bränden zu vergleichen: Die rekordverdächtigen Waldbrände in Kanada (Pacific Northwest Event, PNE) im August 2017 hatten im Vergleich nur rund ein Drittel an Aerosolmasse in die obere Stratosphäre transportiert. Fünf Brandwolken über British Columbia sorgten damals dafür, dass dieser Rauch bis zum Januar 2018 über Europa schwebte. Extrem starke Brände gab es auch im Juli/August 2019 in Sibirien nördlich und nordöstlich des Baikalsees (SIberian Lake Baikal Event, SILBE), bei denen keine Feuerwolken beobachtet wurden. Der Rauch stieg deshalb wahrscheinlich per Sonneneinstrahlung langsam innerhalb einer Woche in große Höhen auf. Durch die Lidarmessungen auf dem Forschungseisbrecher Polarstern konnte der Rauch dieser Brände während der internationalen MOSAiC-Expedition zwischen Oktober 2019 und Mai 2020 in der Region um den Nordpol beobachtet werden.

Der Rauch der Kanadischen Waldbrände (PNE) 2017 umfasste rund 0,3 Millionen Tonnen Material, bildete eine etwa 1 bis 4 Kilometer dicke Schicht, stieg bis in 20 Kilometern Höhe auf und schwebte etwa 8 Monate in der Atmosphäre. Der Rauch der Sibirischen Waldbrände (SILBE) 2019 bildete eine etwa 7 bis 10 Kilometer dicke Schicht, stieg bis in 18 Kilometern Höhe auf und schwebte etwa 5 Monate in der Atmosphäre. Der Rauch der Australischen Waldbrände (ANYSO) 2019/20 umfasste rund 1 Million Tonnen Material, bildete eine etwa 10 bis 14 Kilometer dicke Schicht, stieg bis in 24 Kilometern Höhe auf und schwebte etwa 20 Monate in der Atmosphäre. „Die Australischen Waldbrände 2019/20 sind definitiv die Waldbrände mit den bisher größten Auswirkungen auf die Atmosphäre und das globale Klima. Die Dimensionen sind mit dem Ausbruch des Pinatubo auf den Philippinen 1991 vergleichbar. Damals gelangten die Partikel bis in 25 Kilometern Höhe und schwebten etwa 14 Monate in der Atmosphäre. Lediglich die Größe der Partikel unterscheidet sich deutlich: Die Aschepartikel des Vulkans waren mit einem Durchmesser von rund 1 Mikrometer etwa doppelt so groß wie die Rauchpartikel der Australischen Waldbrände“, berichtet Albert Ansmann vom TROPOS.

Rauch als Katalysator für das Ozonloch?
2020/21 wurden drei Ereignisse mit einem rekordverdächtigen Ozonabbau beobachtet: Im März/April 2020 bildete sich ein extrem starkes Ozonloch über der zentralen Arktis und im September bis November 2020 und 2021 jeweils ein ebenfalls extremes Ozonloch über der Antarktis. Bei allen drei Ereignissen schwebte ungewöhnlich viel Rauch in der Atmosphäre der Polargebiete, wie die Lidarmessungen belegen. Aus Sicht der Forschenden ein klares Indiz für Zusammenhänge, denn sie beobachteten eine deutliche Übereinstimmung zwischen der Schicht mit dem stärksten Ozonabbau über den Stationen der Ozonsonden (14-25 km Höhe), der Schicht mit einer erhöhten Partikeloberflächenkonzentration über Punta Arenas (10-24 km Höhe) und dem Höhenbereich, in dem die CALIOP-Satellitendaten Polare Stratosphärenwolken nachgewiesen hat (hauptsächlich über der Antarktis in 13-26 km Höhe). „Von den Polare Stratosphärenwolken (PSC) ist bekannt, dass an ihren Oberflächen chemische Prozesse ablaufen, die den Ozonabbau beschleunigen. Deshalb vermuten wir stark, dass der Rauch zu diesen hohen Wolken geführt hat und diese Wolken wiederum zum starken Ozonabbau. Für die Menschen in und um die Polargebiete wäre dies keine gute Nachricht. Sollte der Klimawandel wie erwartet zu immer häufigeren und stärkeren Waldbränden führen, dann würden sich die Ozonlöcher über Arktis und Antarktis ausbreiten und mit ihnen auch das Hautkrebsrisiko“, erläutert Kevin Ohneiser vom TROPOS.

Kühlende Wirkung wie bei einem großen Vulkanausbruch
Die Daten wurden auch für eine Simulation mit dem globalen modernen Aerosol-Klimamodell ECHAM6.3-HAM2.3 genutzt. Dieses Modell verwendet ein Aerosol-Mikrophysik-Modell, um die Entwicklung von unterschiedlicher Aerosoltypen vorherzusagen. Dadurch kann deren Einfluss auf die Strahlungsbilanz der Atmosphäre berechnet werden: Die Modellierung ergab eine Wärmewirkung in der oberen Atmosphäre (TOA) von +0,5 Watt pro Quadratmeter in der Südhemisphäre und +0,25 Watt pro Quadratmeter global. An der Erdoberfläche (Boden der Atmosphäre, BOA) wurde der solare Strahlungsantrieb bei klarem Himmel auf etwa -0,75 Watt pro Quadratmeter geschätzt. Dies entspricht der Kühlwirkung, die durch einen großen Vulkanausbruch verursacht wird. „Wir waren überrascht, wie stark die Waldbrände im Südosten Australiens die oberen Luftschichten der Südhemisphäre getrübt und damit die Strahlungsbilanz verändert haben. Diese Veränderungen beeinflussten das Klima auf der Südhalbkugel eineinhalb Jahre lang. Zurückzuführen sind sie aber im Wesentlichen auf lediglich vier Tage mit Rauch aus Pyrokonvektion“, betont Dr. Bernd Heinold vom TROPOS.

Waldbrände werden wichtiger für Klimamodelle
Die Auswirkungen des Aerosols von Waldbränden auf die Energiebilanz wurde bei Bränden mit derart hochreichenden Brandwolken in den Modellen wahrscheinlich bisher unterschätzt, da die vertikale Rauchverteilung für die Strahlungswirkung entscheidend ist, es aber bisher wenig Wissen dazu gab. „Solche Verbesserungen sind für jede Schätzung der Energiebilanz und des Klimazustands der Erde von wesentlicher Bedeutung. Daher wird es immer wichtiger, Klimamodelle in die Lage zu versetzen, besser mit der Auswirkung von Waldbränden auf die Atmosphäre umzugehen, da diese als Reaktion auf die anthropogene Klimaerwärmung voraussichtlich weltweit an Häufigkeit und Schwere zunehmen werden“, erklärt Prof. Ina Tegen vom TROPOS. „Das erhöhte Risiko schwerer Waldbrände steht im Zusammenhang mit extremer Trockenheit. Häufigere und intensivere Wetterextreme erhöhen auch die Wahrscheinlichkeit, dass sich diese sehr hoch reichenden Feuerwolken künftig häufiger bilden werden.“ Rekord-Brände wie 2019/20 in Australien könnten sich in den kommenden Jahren in anderen Regionen der Erde wiederholen und das globale Klima immer stärker beeinflussen.

Publikationen:
Ohneiser, K., Ansmann, A., Kaifler, B., Chudnovsky, A., Barja, B., Knopf, D. A., Kaifler, N., Baars, H., Seifert, P., Villanueva, D., Jimenez, C., Radenz, M., Engelmann, R., Veselovskii, I., and Zamorano, F.: Australian wildfire smoke in the stratosphere: the decay phase in 2020/2021 and impact on ozone depletion, Atmos. Chem. Phys., 22, 7417–7442, doi.org/10.5194/acp-22-7417-2022, https://acp.copernicus.org/articles/22/7417/2022/.

Heinold, B., Baars, H., Barja, B., Christensen, M., Kubin, A., iser, K., Schepanski, K., Schutgens, N., Senf, F., Schrödner, R., Villanueva, D., and Tegen, I.: Important role of stratospheric injection height for the distribution and radiative forcing of smoke aerosol from the 2019–2020 Australian wildfires, Atmos. Chem. Phys., 22, 9969–9985, doi.org/10.5194/acp-22-9969-2022, https://acp.copernicus.org/articles/22/9969/2022/.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Klimawandel

Der Beitrag Rauch von Waldbränden in Australien beeinflusste über 1,5 Jahre Klima und Höhenwinde der Südhalbkugel erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Jena-Optronik GmbH 1. Juni 2022.

1. Juni 2022 – Das amerikanische Start-Up Unternehmen Axiom Space aus Houston, Texas, wird mit der “Axiom Station” die erste private Raumstation für den niedrigen Erdorbit bauen und damit wissenschaftlichen, industriellen und staatlichen Einrichtungen, aber auch Privatpersonen einen breiteren Zugang zum Weltall ermöglichen. Wenn in 2024 das erste Modul „Ax-H1” zur Internationalen Raumstation ISS fliegen wird, ist auch ein LiDAR-Sensor des Raumfahrtunternehmens Jena-Optronik an Bord. Der Rendezvous- und Docking Sensor „RVS 3000“ wird einen präzisen Anflug auf die ISS gewährleisten.

Der Beste seiner Klasse: Der RVS 3000 LiDAR konnte seine Leistungsfähigkeit bereits auf vielen amerikanischen, europäischen und japanischen Flügen zur ISS unter Beweis stellen und verfügt über den technologischen Reifegrad TRL9 (Technology Readiness Level). Der kompakte LiDAR beinhaltet alle notwendigen optischen und elektronischen Komponenten sowie die Datenverarbeitung für das autonome Docking an die ISS. Der Sensor nutzt dabei die Retroreflektoren um das Dockingmodul der ISS für die sichere Annäherung.

“Wir freuen uns, dass die Jena-Optronik einen unserer Hauptsensoren für die Navigation bereitstellt. Unser modularer Ansatz und das Andocken an der ISS bringen große Herausforderungen mit sich und die Jena-Optronik unterstützt uns hier immens!“, erläutert Matt Ondler, Chief Technology Officer und Director of Engineering bei Axiom Space.

„Es ist wirklich eine große Freude mit so vielen Menschen aus verschiedensten Funktionen bei Axiom Space das Rendezvous- und Docking-Konzept zu entwickeln. Die Arbeit von Axiom Space ist bahnbrechend und wir freuen uns sehr darauf, mit unserem RVS3000 einen entscheidenden Beitrag zu diesen faszinierenden Missionen zu leisten“, kommentiert Dr. Max Möller, Abteilungsleiter LiDARe bei der Jena-Optronik.

Auch wenn wir noch nicht an dem Punkt angekommen sind, an dem jeder Mensch ins All fliegen kann, so geht der Trend ganz klar in Richtung der kommerziellen Raumfahrt. Zukünftig wird es entsprechende Zugangsmöglichkeiten ins All für mehr und mehr Menschen überall auf der Erde geben – und das unabhängig von deren Herkunft, Alter, Geschlecht oder Beruf.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Axiom Space

Der Beitrag Jena-Optronik: Forschen und Leben im Weltall erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT 24. Mai 2022.

Der Blick nach oben
Die Pandemie und der Krieg in der Ukraine haben in letzter Zeit viele Fragen aufgeworfen. Der Klimawandel setzt sich aber trotzdem fort und wird in den nächsten Jahren zu einem entscheidenden Risiko für die Menschheit. Deshalb ist die Frage, wie sich die Atmosphäre verändert, von größter Bedeutung.

Ein Team von Forschenden des Leibniz-Instituts für Atmosphärenphysik IAP und des Fraunhofer ILT hat in den vergangenen Jahren eine neue Generation von Lasermessgeräten für die Erkundung der Atmosphäre entwickelt. Auf der LASER World of PHOTONICS präsentierten sie die neueste Generation dieser mobilen Systeme, die Wind und Temperatur vom Boden bis in Höhen über 100 km messen können.

Kernstück dieses Doppler-LIDAR-Systems ist ein diodengepumpter Alexandritlaser. Diese Strahlquelle ermöglicht die extrem kompakte Bauform des Gesamtinstruments, einschließlich der Sende- und Empfangsoptik mit 1 m x 1 m x 1 m Volumen. »Der Vorläufer, basierend auf einem lampengepumpten Alexandritlaser, wurde am Leibniz IAP entwickelt und war in einem Schiffscontainer installiert«, berichtet Dr. Michael Strotkamp vom Fraunhofer ILT in Aachen. »Mit der neuentwickelten diodengepumpten Strahlquelle sind wir den alten blitzlampengepumpten Systemen auch bei Stabilität und Lebensdauer deutlich überlegen.«

In den letzten 18 Monaten wurden zwei Laser-Prototypen in Lidarsysteme integriert und in Messkampagnen am Leibniz IAP in Kühlungsborn erfolgreich getestet. Zwei weitere, deutlich leistungsstärkere Systeme werden im Mai 2022 aus Aachen geliefert. Mit stärkeren Pumpdioden liefern sie über 2 W Ausgangsleistung. Von Anfang an beteiligten sich die Atmosphärenforscher um Dr. Josef Höffner an der Entwicklung der Lasersysteme. Heute verfügen sie über das kompakteste System weltweit, um die Klimadaten vom Boden aus bis in große Höhen präzise zu messen.

Im Rahmen des Projekts VAHCOLI (Vertical And Horizontal COverage by LIdar) des Leibniz IAP werden mehrere Systeme in einem Netzwerk Flächen von mehreren Zehntausend Quadratkilometern am Himmel vermessen. Für den Satelliteneinsatz ist das System ebenfalls im Gespräch. In jedem Fall wird es wertvolle Daten für die Atmosphärenphysik liefern. Das wird helfen, die Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Schichten bis weit über 100 km Höhe besser zu verstehen und damit Klima- und Wettermodelle deutlich zu verbessern.

Der Blick vom Satelliten
Natürlich lässt sich die Atmosphäre auch von oben vermessen. Dafür steht zum Beispiel die deutsch-französische Klimamission MERLIN (Methane Remote Sensing LIDAR Mission). Ein Kleinsatellit soll drei Jahre lang das Treibhausgas Methan in der Erdatmosphäre beobachten.

Auch bei MERLIN ist ein LIDAR-System an Bord, und auch da kommt die Laser Optical Bench, das Kernelement des Lasers, vom Fraunhofer ILT. Für die Methanmessung werden Laserpulse bei zwei Wellenlängen um 1645 nm in die Atmosphäre geschickt. Die Differenz der rückgestreuten Lichtsignale liefert die absolute Methankonzentration. Aus der Laufzeit der Pulse folgt die jeweilige Höhe über dem Erdboden.

Die Laserquelle für MERLIN hat 2020 das »Critical Design Review« absolviert, seit vergangenem Jahr wird das »Engineering Qualification Model« aufgebaut. Beides sind wesentliche Meilensteine auf dem Weg zur Qualifizierung für den Raumflug. Noch in diesem Jahr beginnt der Aufbau des Systems für den eigentlichen Flug. Nach der Integration in das von Airbus Defence und Space entwickelte druckdichte Gehäuse werden die Laserquellen nach der Fertigstellung an den Auftraggeber Airbus Defence and Space geliefert.

»Die eigentliche Herausforderung war die Qualifikation unserer Technik für Weltraumprojekte«, berichtet Bastian Gronloh, Projektleiter MERLIN auf dem Fraunhofer-Stand. »Das haben wir vor etwa 10 Jahren mit der FULAS-Plattform begonnen, inzwischen sind alle Komponenten qualifiziert.« FULAS steht für FUture LAser System und bezeichnet die Laserplattform in Lötaufbautechnik, die am Fraunhofer ILT in Zusammenarbeit mit Airbus entwickelt wurde. Dafür wurde vor allem die Löttechnik perfektioniert, mit der die optischen Komponenten präzise und dauerstabil befestigt und justiert werden.

Die Montage des MERLIN-Lasers erfolgt im Reinraum in Aachen. Auf der LASER-Messe wurden einzelne Komponenten sowie der 3D-gedruckte Demonstrator des Lasers ausgestellt. Nach Angaben der DLR-Raumfahrtagentur, die das Instrument bei Airbus in Auftrag gegeben hat, ist der Start der Mission für 2027 geplant. Die Modellphilosophie und das Montagekonzept lassen sich natürlich auch auf andere Laser anwenden – immer dann, wenn höchste Anforderungen an Präzision und Zuverlässigkeit der Laser gestellt werden.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Planet Erde

Der Beitrag Fraunhofer ILT: Lasertechnik für die Klimaforschung erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT.

8. September 2021 – Mit dem Verfahren Laser Powder Bed Fusion (LPBF) wurde erstmals ein neuer Präzisionsgreifarm aus Metallpulver in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Digital Additive Production DAP entwickelt und aufgebaut – für die Montage von Weltraumkomponenten im Reinraum ein Novum! Der Greifarm ist leichter als sein Vorgänger und doch stabil genug, um schwerere Laseroptiken ultragenau montieren und justieren zu können.

Lasersysteme für den Weltraumeinsatz

Vibrationstest und Klimakammer – das sind typische Stationen bei der Qualifizierung eines Lasersystems für den Weltraumeinsatz. Trotz höchster Belastungen müssen die Systeme mikrometergenau justiert bleiben, um im All sicher arbeiten zu können.
Am Fraunhofer ILT in Aachen wurde in den vergangenen Jahren die Montagetechnik für solche Lasersysteme entwickelt und immer weiter verbessert. Dabei arbeiten die Expertinnen und Experten des Fraunhofer ILT mit Partnern wie DLR, Airbus Defence and Space, TESAT Spacecom sowie der ESA zusammen, um komplexe optische Systeme zu bauen. Für den Aufbau dieser optischen Systeme werden modernste Technologien eingesetzt: Alle wesentlichen Justierschritte werden mit manuell geführten Robotern im Pick & Align-Verfahren vorgenommen. Ein zentrales Werkzeug ist der Greifarm. Er sitzt auf einem Hexapoden und positioniert die Bauteile mikrometergenau im optischen Aufbau. Dort werden sie auf wenige mikro-rad genau justiert und durch Löten fixiert. Der Aufbau des Greifarms ist entscheidend für die Präzision der Montage und gibt auch das maximale Gewicht der optischen Komponenten vor.

Mit bionischem Design und additiven Methoden zu mehr Tragkraft

Um die Leistungsfähigkeit der Aufbautechnologie weiter zu steigern, entwickelte das Fraunhofer ILT einen komplett neuen Greifarm. Nach seiner Konstruktion legten die Kolleginnen und Kollegen des Lehrstuhls für Digital Additive Production DAP der RWTH Aachen University zudem die bionischen Strukturen so aus, dass bei kleinerem Eigengewicht seine Nutzlast vergrößert werden konnte. Gefertigt wurde der topologieoptimierte Greifarm schließlich via Laser Powder Bed Fusion (LPBF) ebenfalls am Lehrstuhl DAP. Dank einer speziellen Nachbearbeitung erreicht der Greifarm die Reinraumklasse ISO5. Das ist ein absolutes Novum – bislang verhinderte Restpulver an den Bauteilen den Einsatz additiver Methoden bei solchen Präzisionswerkzeugen im Reinstraum. Der neue Greifarm ist zweigeteilt mit einem statischen und einem beweglichen Teil. Zuleitungen für benötigte Medien sind zur Minimierung der Kontamination in den Greifarm integriert.

Für die Missionen der Zukunft

Dieses Präzisionswerkzeug bewegt deutlich schwerere Teile als das bislang eingesetzte Werkzeug, gleichzeitig ermöglicht es eine stabilere Justage. »Wir beschreiten mit dieser Technologie einen für uns neuen Weg. Es wird nicht erst konstruiert und dann geschaut, ob das Bauteil die gewünschten Eigenschaften hat, sondern die Bauteilgeometrie wird für die Belastungsszenarien optimiert«, beschreibt Michael Janßen, der seit Jahren am Fraunhofer ILT die Greifer für die Montage konstruiert, die Vorgehensweise.

Eingesetzt wird der neue Greifer im Rahmen von FULAS – einer universellen Technologieplattform, welche die Aachener zum Aufbau von Lasersystemen in Luft- und Raumfahrtprojekten entwickelt haben. »Wir haben in die Fertigung des neuen Greifers die Erfahrungen aus der gesamten FULAS-Entwicklung eingebracht« resümiert Projektleiter Heinrich Faidel vom Fraunhofer ILT die Aktivitäten. Ein System auf FULAS-Basis wird derzeit für die deutsch-französische Klimamission MERLIN (Methane Remote Sensing Lidar Mission) aufgebaut. Der Kleinsatellit MERLIN soll von Kourou, Französisch-Guayana, aus in den Weltraum befördert werden, um die Verteilung von Methan in der Erdatmosphäre zu kartieren. Kernkomponente des Satelliten ist ein LIDAR-Laser, der Lichtpulse in die Atmosphäre schickt und aus dem zurückgestreuten Licht die Methankonzentration bestimmt.

Treffen Sie unsere Expertinnen und Experten auf dem 15. Tag der Deutschen Luft- und Raumfahrtregionen am 29. September 2021 in Aachen.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• 3D-Drucker in der Raumfahrt

Der Beitrag Greifarm aus 3D-Drucker für Optikmontage höchster Präzision erschien zuerst auf Raumfahrer.net.