Quelle: TU Graz 23. Mai 2024.

23. Mai 2024 – Am 18. Dezember 2019 war OPS-SAT vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana ins All gestartet, in der Nacht vom 22. auf den 23. Mai 2024 ist der an der TU Graz gebaute und von der Europäischen Weltraumorganisation ESA betriebene Nanosatellit nun beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre verglüht. Sein letztes Signal zur Erde sendete OPS-SAT beim Überfliegen von Australien. Es war das Ende einer überaus erfolgreichen Mission zur Erprobung neuer Konzepte und Technologien.

Um das Risiko für Missionen zu minimieren, setzen Raumfahrtorganisatoren wie die ESA üblicherweise auf erprobte Komponenten. OPS-SAT hingegen war ein Testlabor, auf dem die ESA ganz bewusst neue Betriebskonzepte und -technologien erprobte, um sie für zukünftige Missionen nutzen zu können. Die Ingenieure am Institut für Kommunikationsnetze und Satellitenkommunikation der TU Graz standen vor der Herausforderung, einen äußerst robusten und zugleich höchst leistungsfähigen Satelliten zu entwickeln. Dafür konfigurierten sie eine Vielzahl unterschiedlicher und mit aktuellster Hardware ausgestatteter Module, für deren Überwachung ein autonomes Sicherheitssystem sorgte, um sie im Bedarfsfall isolieren oder zurücksetzen zu können. Dieses Sicherheitssystem erlaubte es der ESA, ihren Satelliten auch Universitäten, Unternehmen und anderen Weltraumagenturen für Versuche unbürokratisch zur Verfügung zu stellen. In diesem Rahmen wurden insgesamt mehr als 250 wissenschaftliche Experimente von Fernerkundung bis Cybersecurity durchgeführt.

Pionier bei KI-Anwendungen im All
Der Nanosatellit verfügte über einen ausgesprochen leistungsfähigen Prozessor – die sogenannte Satellite Experimental Processing Platform (SEPP), die an der TU Graz in Kooperation mit UniTel IT entwickelt wurde und zahlreiche Anwendungen, darunter auch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz, direkt auf den Systemen des Satelliten ermöglichte. Dazu zählte beispielsweise der Einsatz generativer KI zur Verbesserung der Qualität von mit OPS-SAT aufgenommenen Bildern oder zur automatischen Erkennung und Verfolgung von Objekten auf der Erdoberfläche. Für seine herausragenden Erfolge wurde OPS-SAT im März 2023 als erstes ESA-Projekt überhaupt mit dem „International Space Ops Award for Outstanding Achievement“ ausgezeichnet und damit auch die Expertise der TU Graz im Bereich der Satellitenkonstruktion gewürdigt. Derzeit sind mit PRETTY und TUGSAT-1/BRITE-Austria zwei weitere Satelliten aus den Labors der TU Graz im Einsatz.

Neben relevanter Forschung diente OPS-SAT auch als Plattform für den ersten Aktienhandel im Weltraum und das erste Schachspiel im Orbit: Der Satellit spielte drei Partien gegen eine Online-Community, die über ihre Züge abstimmte. Die vierte Partie war noch nicht beendet, als OPS-SAT verglühte. Zudem war er der erste Satellit, auf dem das bekannte Computerspiel Doom gelaufen ist. Auch abseits von Börsengeschäften und Spielen konnte er viele Premieren für sich verbuchen. Eine Übersicht davon ist auf Wikipedia zu finden: https://en.wikipedia.org/wiki/OPS-SAT

Sogar in seinen letzten Tagen im Orbit hat der Satellit noch einen wichtigen Forschungsbeitrag geleistet. Über die UHF-Frequenz sendete er weiter Telemetriedaten, die der ESA dabei helfen, Atmosphären- und Ausbreitungsmodelle für niedrige Umlaufbahnen zu kalibrieren. Dadurch lassen sich Zeit und Ort von zukünftigen Wiedereintritten besser bestimmen. Neben dem eigenen European Space Operations Centre in Darmstadt bat die ESA dafür auch die Amateurfunk-Community um Hilfe, um so Daten während der gesamten Erdumrundung und nicht nur beim Überflug über Mitteleuropa sammeln zu können.

System im All rekonfiguriert
Ganz persönliche Erinnerungen an OPS-SAT hat Maximilian Henkel, der am Institut für Kommunikationsnetze und Satellitenkommunikation der TU Graz das Betriebssystem an die Erfordernisse der Mission und an die Prozessorplattform angepasst und erweitert hat. Besonders im Gedächtnis geblieben ist ihm der Anfang des Jahres 2021, als die Mission auf der Kippe stand, weil eine der beiden Prozessorplattformen nicht mehr funktionierte und die zweite Plattform einen defekten Hauptspeicher aufwies. „Damit waren beide redundanten Plattformen nicht mehr verwendbar, so dass wir eine In-Orbit-Reparatur vornehmen mussten. Da der eigentliche Hauptspeicher ein Hardware-Problem hatte, musste ich die Prozessorzugriffe auf den zweiten Hauptspeicher umlenken, der für diese Verwendung eigentlich nicht vorgesehen war. In dieser Konfiguration ist OPS-SAT dann bis zum Ende gelaufen. Ohne die wegen seines Einsatzzwecks vorgesehene Rekonfigurierbarkeit wäre das gar nicht möglich gewesen“, sagt Maximilian Henkel, der kürzlich seine Dissertation über Anwendungen rekonfigurierbarer Hardware am Beispiel von OPS-SAT fertiggestellt hat.

OPS-SAT im Detail:
OPS-SAT war ein sogenannter 3U Cubesat (10 cm x 10 cm x 30 cm) mit einem Gewicht von 4,6 Kilogramm, der die Erde ausgehend von seiner ursprünglichen Höhe von 515 Kilometern in seinen etwas mehr als 1600 Tagen im All rund 24.500-mal umrundete. Die ausklappbaren Solarzellen hatten eine Fläche von 30 cm x 50 cm und versorgten den Satelliten mit einer Leistung von bis zu 24 Watt. OPS-SAT kommunizierte mit Datenraten von bis zu 50 Mbit/s mit der Bodenstation in Darmstadt. Als Unterstützung während der Kommissionierungsphase in den ersten Wochen nach dem Start sowie während kritischer Phasen im nominellen Betrieb war zudem die UHF-Station und deren Kontrollzentrum am Campus Inffeldgasse der TU Graz im Einsatz. Die Kosten für den Satelliten und dessen Start betrugen rund 2,4 Millionen Euro.

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• CubeSats

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Quelle: GFZ 5. Dezember 2023.

5. Dezember 2023 – Neben zwei größeren Erdbeobachtungssatelliten Theos-2 (Thailand) und Triton (Taiwan) konnten auch acht zusätzliche Kleinsatelliten, sogenannte CubeSats erfolgreich in eine polare Umlaufbahn in rund 565 Kilometern Höhe über der Erde gebracht werden.

Das GFZ ist dabei an der Kleinsatellitenmission PRETTY (3U-CubeSat) im Rahmen eines ESA-Projektes als Teil des Wissenschaftsteams zusammen mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR, dem spanischen Weltraum­institut IEEC und der Universität NTNU Trondheim beteiligt. PRETTY ist mit einem speziellen GNSS-Reflektometrie-Empfänger ausgestattet, mit dem Höhen von Wasser- und Eisoberflächen bestimmt werden können. Erstmals soll die Qualität derartiger Messungen von sehr kleinen Satellitenplattformen getestet werden, um zukünftige kostengünstige Mehrsatellitensysteme für die Erdbeobachtung zu ermöglichen.

„Der Satellit wird unter anderem Messungen zur GNSS-Reflektometrie durchführen, die uns dann sehr exakt See-, Gletschereis- und Wellenhöhen anzeigen.«, erläutert Prof. Jens Wickert, der am GFZ Hauptverantwortlicher der Mission ist. Zudem werden die Dosimeter an Bord die Strahlendosis im Weltraum messen. Dies wird der Überwachung des Weltraumwetters dienen.

Die Mission PRETTY wird viele neue Erkenntnisse bringen: Als Demonstrator-Mission angelegt, wird sie zeigen, was diese Art von Klein­satelliten samt ihrer kompakten Sensorik potenziell leisten kann. Der Hauptzweck der Reflektometer-Nutzlast an Bord von PRETTY ist der Nachweis technischer Machbarkeit. Denn diese sogenannten CubeSats − nur ca. 10x10x34,05cm große Satelliten − werden als eine wichtige Zukunftsoption der Erdbeobachtung gehandelt, da sie als kostengünstige Kleinsatelliten GNSS-Technik und andere kleine Sensoren zur Erdbeobachtung an Bord haben können.

Zur GNSS-Reflektometrie
Die Abkürzung GNSS steht für Globales NavigationsSatellitenSystem. Der Begriff GNSS-Reflektometrie (GNSS-R) fasst verschiedene Fernerkundungsmethoden zusammen, bei denen von Wasser-, Eis- oder Landoberflächen reflektierte Signale von Navigationssatelliten aufgezeichnet und ausgewertet werden. Daraus lassen sich wichtige geophysikalische Eigenschaften dieser Oberflächen ableiten, so zum Beispiel die geometrische Höhe, Bodenfeuchte oder auch Rauigkeit, die wiederum Rückschlüsse auf die Windgeschwindigkeit und -richtung über Wasseroberflächen zulässt. Das Spektrum der Anwendungen ist sehr vielfältig und reicht von der Wettervorhersage bis hin zur Klimaforschung.

Auswertung der Daten auch mit Künstlicher Intelligenz (KI)
Die technischen Teilsysteme des Satelliten werden derzeit ausgiebig getestet, wozu die ersten Daten genutzt werden, die von PRETTY empfangen wurden. Die wissenschaftlichen GNSS-Reflektometriemessungen sind in Vorbereitung, erste Experimente werden gegen Ende des Jahres durchgeführt.

Die Auswertung der Daten von Kleinsatelliten ist eine große Herausforderung, da diese Plattformen über begrenzte technische Möglichkeiten im Vergleich zu größeren Satelliten verfügen. Trotzdem sollen geophysikalische Beobachtungen von möglichst hoher Qualität durchgeführt werden. Um die Daten optimal auszuwerten, werden auch Methoden der künstlichen Intelligenz eingesetzt. Dr. Milad Asgarimehr vom GFZ und der TU Berlin ist Teil des PRETTY-Teams und mitverantwortlich für die Entwicklung von KI-Systemen zur Datenauswertung. Er ist auch Leiter des Helmholtz-KI-Projekts „AI4GNSS-R“ zur Entwicklung von neuen AI-Methoden für die GNSS basierte Erdbeobachtung mit der GNSS-Reflektometriemethode und nutzt dabei auch Daten anderer Satelliten, wie denen der U.S. amerikanischen CYGNSS-Mehrsatellitenmission.

AI4GNSS-R zielt auf die Umsetzung von Deep Learning für neuartige Fern­erkundungsdatenprodukte, die auf weltraumgestützten GNSS-R-Messungen basieren. Dazu gehören beispielsweise qualitativ hochwertige Daten zur Windgeschwindigkeit an der Meeresoberfläche, insbesondere bei extremen Windverhältnissen, wie sie bei Hurrikanen herrschen, und auch Niederschlägen über ruhigeren Ozeanen, die ebenfalls mit GNSS-Signalen gemessen werden können.

Weitere technische Details:

• Flug: Flight VV23 – 8 October – Golden Horizon | THEOS-2 & FORMOSAT-7R/TRITON | Vega Launch | Arianespace; Live-Stream vom Start am 9. Oktober 2023 https://www.youtube.com/watch?v=XknbyH6ipxc

• Größe: Der Kleinsatellit PRETTY ist 10 cm × 10 cm × 34,05 cm groß.
   
• Energieversorgung: Die ausklappbaren Solarpanele haben eine Fläche von jeweils 30×20 Zentimetern und versorgen den Satelliten mit einer Leistung von durchschnittlich 24 Watt.
   
• Masse und Umlaufbahn: 4,6 Kilogramm, polare Umlaufbahn mit 565 Kilometer Höhe.
   
• Datenrate: PRETTY kommuniziert mit Datenraten bis 2 Mbit/s; der Betrieb des Satelliten wird mit einer Bodenstation der TU Graz durchgeführt.
   
• Entwickelt wurde PRETTY wird von Beyond Gravity Austria (Konzept und Software System) in Kooperation mit der ESA, Seibersdorf Laboratories (Dosimeter) und der TU Graz (Satellitenbus). GFZ ist Teil eines internationalen wissenschaftlichen Konsortiums (PRETTY-Science) zur Auswertung der GNSS-Reflektometriedaten und vertraglich in das Projekt eingebunden.
   
• Dauer: Die Mission ist auf mindestens ein Jahr ausgelegt. PRETTY wird nach Missionsende auf natürliche Weise wieder in die Erdatmosphäre eindringen und verglühen. Analysen zeigen, dass dies nach spätestens 25 Jahren eintreten wird. Der Satellit entspricht den ESA- und UN-Richtlinien zur Minimierung von Weltraumschrott.

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• Triton + weitere Sats auf Vega (VV23)

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Quelle: Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie 12. September 2023.

12. September 2023 – Am 4. Oktober startet voraussichtlich der österreichische Nanosatellit PRETTY an Bord einer Vega-Rakete vom europäischen Weltraumbahnhof im südamerikanischen Kourou ins All. Als Teil der weltweiten Umwelt- und Wetterbeobachtung der ESA soll er den Klimawandel erforschen und zur Nachhaltigkeit im Weltraum beitragen. Entwickelt wurde der Satellit von Beyond Gravity Austria als Hauptauftragnehmer gemeinsam mit der TU-Graz sowie der Seibersdorf Labor GmbH für die ESA.

Neue Technologien zur Erforschung des Klimawandels
Der von Österreich im Rahmen des ESA-Technologieprogramms GSTP finanzierte Nanosatellit trägt dazu bei, neue Technologien zur Erforschung des Klimawandels und zur Nachhaltigkeit im Weltraum zu etablieren. Eine solche neue Technologie ist insbesondere das PRETTY-Hauptinstrument, ein von Beyond Gravity entwickeltes Reflektometer. Es bestimmt Eisbedeckungen auf der Erdoberfläche sowie die exakte Höhe der Meeresspiegel und die Intensität von Meereswellen. Von der Seibersdorf Labor GmbH stammt das zweite Instrument, ein Strahlungsdetektor. Dieser misst die Weltraumstrahlung und beurteilt die Effekte auf die Elektronik des Satelliten und trägt mit den daraus gewonnenen Erkenntnissen zur Nachhaltigkeit von Weltraummissionen bei. Beide Instrumente werden gänzlich neue Messverfahren anwenden.

„Das Schmelzen von Eisflächen und der Anstieg der Meeresspiegel zählen zu den sichtbarsten Beispielen für die Ausprägung der Klimakrise. Mit dem österreichischen Klimasatelliten PRETTY haben wir dafür eine neue und genauere Messmethode aus dem All. Die Daten werden der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt. Die Erkenntnisse aus der Mission tragen so zur Nachhaltigkeit auf Erde und im Weltraum bei“, betont Klimaschutz- und Weltraumministerin Leonore Gewessler.

Neue Weltraumtechnologien kostengünstig ausprobieren
„Kleinsatelliten sind ein wichtiges Element, um die Weltraumforschung entscheidend voranzubringen. Mit Kleinsatelliten eröffnen sich viele Möglichkeiten, neue Weltraumtechnologien rasch und kostengünstig auszuprobieren“, sagt Andreas Geisler, Leiter der Agentur für Luft- und Raumfahrt der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG), die im Auftrag des BMK die österreichischen Weltraumaktivitäten fördert. „Aus diesem Grund haben wir mit der ESA eine Ausschreibung und technische Betreuung der Satellitenentwicklung konzipiert, die genau auf die österreichischen Bedürfnisse zugeschnitten ist.“

Entwickelt und gebaut in Österreich
Der Nanosatellit PRETTY (Passive Reflectometry and dosimetry) wird der fünfte Satellit „Made in Austria“ im Weltall sein. Es ist bereits der dritte Nanosatellit aus den Labors der TU-Graz, die auch die Bodenstation der Satellitenmission betreibt.

„Die Analyse des Klimawandels und wie wir dessen Herausforderungen begegnen, sind zentrale Forschungsthemen der TU-Graz. Der Satellit PRETTY wird hierfür einen wichtigen Beitrag leisten. Mit den anspruchsvollen wissenschaftlichen und technologischen Herausforderungen von Satellitenmissionen ist die TU-Graz bestens vertraut. Mit TUGSAT-1 und OPS-SAT konnten wir mit der Konstruktion und Produktion von Satelliten sowie deren Überwachung von der Erde aus über viele Jahre Erfahrung sammeln“, sagt Harald Kainz, Rektor der TU-Graz.

Gesamtverantwortung für eine Raumfahrtmission
PRETTY ist ein Nanosatellit aus drei Würfeln von jeweils zehn mal zehn mal zehn Zentimetern. Der Satellit ist eine In-Orbit-Demonstrator-Mission der ESA und wird die Erde in einer polaren Umlaufbahn in rund 600 Kilometern Höhe umkreisen. Entwickelt und gebaut wurde der PRETTY-Klimasatellit vollständig in Österreich.

„Zum ersten Mal hatten wir die Gesamtverantwortung für eine gesamte Raumfahrtmission, ein Ritterschlag für jedes Weltraumunternehmen“, so Kurt Kober, Geschäftsführer von Beyond Gravity Austria (ehemals RUAG Space), Österreichs größtem Weltraumzulieferer.

Das Unternehmen mit Sitz in Wien-Meidling ist Marktführer etwa bei Produkten für die präzise Positionsbestimmung von Satelliten im All oder dem Hitze- und Kälteschutz von Satelliten.

Genaue Höhenmessungen
Das Hauptinstrument von PRETTY ist ein von Beyond Gravity in Wien entwickeltes Instrument zur sogenannten passiven Reflektometrie.

„Dieses Instrument erlaubt besonders genaue Höhenmessungen bis in den Dezimeter- und Zentimeterbereich“, so Projektleiter Walter Hörmanseder von Beyond Gravity.

Andreas Dielacher, der zuständige Systemingenieur bei Beyond Gravity ergänzt: „Die interferometrische Methode wird erstmalig im All angewandt. Dabei werden empfangene Signale der EU-Navigationssatelliten Galileo und der US-Navigationssatelliten GPS verwendet, um sie mit an der Erdoberfläche reflektierten Signalen zu korrelieren. Daraus lassen sich unter anderem die Höhe von Wellen und Eiskappen bestimmen, aber auch Windgeschwindigkeiten oder Bodenfeuchte. Die gewonnenen Daten werden von einem internationalen Wissenschaftsteam ausgewertet, das auf diese dringend wartet.“

Die Daten werden der Öffentlichkeit frei zur Verfügung gestellt.

Weltraumwetter erfordert robuste und nachhaltige Satellitensysteme
Satelliten sind im Weltraum einer sehr herausfordernden Umgebung ausgesetzt.

„Weltraumwetterereignisse, wie beispielsweise Sonnenstürme, haben Auswirkungen auf den Flugverkehr, Kommunikations- und Navigationssysteme, sowie auf die Stromversorgung auf unserer Erde und können Satelliten und Astronauten im All gefährden“, so Peter Beck, Leiter Strahlenschutz, Weltraumwetter und Strahlungsfestigkeit bei Seibersdorf Laboratories. „Daher sind Prüfungen bezüglich Strahlungsfestigkeit von Satellitenkomponenten essenziell für die Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit von Weltraummissionen.“

Seibersdorf Laboratories stellt der internationalen Weltraumindustrie Prüfungen auf Strahlungsfestigkeit als kommerziellen Service zur Verfügung.

Referenzdosimetrie
SATDOS, die zweite Nutzlast von PRETTY, wurde von Seibersdorf Laboratories entwickelt. SATDOS liefert mit Hilfe von mehreren Strahlungssensoren Erkenntnisse zu Sonnenaktivität und Weltraumwetter. Die im Rahmen von PRETTY entwickelte SATDOS Referenzdosimeter-Plattform misst den Einfluss der Strahlungsumgebung im Weltall auf Elektronikbauteile, wie sie vielfach in allen modernen Geräten und natürlich auch in Satelliten zum Einsatz kommen.

„Die gemessenen Strahlungseffekte erlauben Rückschlüsse auf das aktuell vorherrschende Weltraumwetter und die Zuverlässigkeit von Elektronik in Satelliten“, erklärt Christoph Tscherne, Experte für Strahlungsfestigkeit und Projektleiter für PRETTY bei Seibersdorf Laboratories, „damit trägt die Referenzdosimetrie-Plattform SATDOS zur Nachhaltigkeit von Weltraummissionen bei.“

PRETTY ist der fünfte Austrosatellit im All
PRETTY ist der dritte Satellit aus den TU-Graz-Laboren und wird der fünfte Austrosatellit im All sein. Die bisherigen österreichischen Satelliten (allesamt Kleinsatelliten) im Überblick:

• TUGSAT-1 der Technischen Universität Graz
• UniBRITE der Universität Wien (TUGSAT-1 und UniBRITE sind Teil einer Flotte von fünf Nano-Satelliten, die Helligkeitsschwankungen von Sternen messen; beide seit 2013 im All)
• PEGASUS der FH Wiener Neustadt (untersucht die Beschaffenheit der Erdatmosphäre; seit 2017 im All)
• OPS-SAT der TU-Graz (weltweit erste öffentlich zugängliche in-orbit Testplattform zur Erprobung neuer operationeller Technologien und Weltraumsoftware; erste ESOC Nanosatellitenmission; seit 2019 im All)

Alle Kleinsatelliten wurden vom BMK als Weltraumministerium entweder aus ESA- oder aus nationalen Mitteln über die FFG gefördert.

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• Planet Erde
• Triton + weitere Sats auf Vega (VV23)

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Quelle: TU Graz 10. August 2023.

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

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

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

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

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

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

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

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• Weltraumwetter

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Quelle: Technische Universität Braunschweig 5. April 2023.

Am 13. April ist der Start der JUICE-Mission zur Erforschung des Planeten Jupiter und seiner Monde geplant. Die Technische Universität Braunschweig ist an der Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) mit einem selbstentwickelten Magnetfeld-Messgerät und einer Kamera-Datenverarbeitungseinheit beteiligt. Mit einem Rahmenprogramm im Haus der Wissenschaft begleitet die TU Braunschweig den vorletzten Start der Trägerrakete Ariane 5 vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guayana. Die Forschenden interessieren sich insbesondere für die Jupiter-Monde Ganymed, Kallisto und Europa, um die Entwicklung habitabler Welten um den Gasriesen zu untersuchen.

2030 wird der Orbiter im Jupiter-System ankommen. Dann beginnt ein dreieinhalbjähriger Untersuchungszeitraum. Erforscht werden dann Struktur, Zusammensetzung und Dynamik der Jupiter-Atmosphäre. Es folgen Vorbeiflüge am Jupiter-Mond Europa mit den Schwerpunkten Geologie und Zusammensetzung. Ferner werden die innere Struktur, die Oberfläche und die äußerste Schicht der Atmosphäre des Mondes Kallisto genau untersucht.

Wasservorkommen unter der oberflächlichen Kruste erkunden
Die letzte Phase der Mission ist Ganymed gewidmet. Dazu tritt der Orbiter in eine stationäre Umlaufbahn um den Mond ein. In dieser letzten Phase haben Magnetfeldbeobachtungen besonders hohe Priorität, da sie wertvolle Informationen über das Innere des Mondes liefern können. Ziel ist es, Tiefe und Ausdehnung des vermuteten Ozeans zu bestimmen und die Quelle von Ganymeds eigenem Feld und dessen Wechselwirkung mit dem Jupiter-Magnetfeld zu verstehen.

Das Institut für Geophysik und Extraterrestrische Physik der TU Braunschweig trägt mit einem Fluxgate-Magnetometer zur Messkampagne bei. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz über das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt finanziell gefördert. Im Zusammenspiel mit zwei weiteren Magnetometern werden damit die Magnetfelder im Jupiter-System und insbesondere in der Nähe der Jupiter-Monde gemessen. Das Fluxgate-Magnetometer der TU Braunschweig ist Teil eines Magnetometerpakets (J-MAG), das auf der Raumsonde installiert wurde.

„Das J-MAG-Instrument ist dafür ausgelegt, kleinste induzierte Magnetfelder zu beobachten, die von Ozeanen unterhalb der Mond-Oberflächen herrühren. J-MAG erlaubt dadurch einen Einblick in das Innere der Jupiter-Monde. Des Weiteren ist der Jupiter-Mond Ganymed für J-MAG von besonderem Interesse. Er ist der einzige uns bekannte Mond mit eigenem Magnetfeld. Durch dieses Magnetfeld ist der Ganymed von einer eigenen, kleinen Magnetosphäre umgeben, die sich innerhalb der riesigen Jupiter-Magnetosphäre ausbildet und mit dem Jupiter-Magnetfeld dynamisch interagiert“, sagt Professor Ferdinand Plaschke vom Institut für Geophysik und Extraterrestrische Physik.

J-MAG wird von einem Konsortium europäischer Universitäten und wissenschaftlicher Institute unter der Leitung von Professor Michele Dougherty (Imperial College London) entwickelt. Die Hauptakteure sind dabei das Imperial College London, das Institut für Geophysik und extraterrestrische Physik der TU Braunschweig und das Institut für Weltraumforschung in Graz.

Das J-MAG-Instrumentenpaket besteht aus einer Hauptelektronikbox, die alle elektronischen Platinen des Instruments enthält, und aus drei Messsensoren: J-MAG-OB, J-MAG-IB und J-MAG-SCA. Hierbei bezeichnet J-MAG-OB ein Außenbord-Fluxgate-Magnetometer, entwickelt vom Imperial College London, und J-MAG-IB ein Binnenbord-Fluxgate-Magnetometer, entwickelt am Institut für Geophysik und extraterrestrische Physik (IGeP) der TU Braunschweig. Der dritte Sensor, J-MAG-SCA, ist ein skalares Magnetometer eines neuen Typs – ein sogenanntes Coupled-Dark-State-Magnetometer (CDSM) – entwickelt am Institut für Weltraumforschung und an der Technischen Universität in Graz. Alle Komponenten greifen ineinander, so dass ein besonders präziser Messstandard erreicht werden kann.

Optisches Kamerasystem untersucht Mondoberflächen und kartiert Jupiter-Wolken
Am Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze der TU Braunschweig wurde unter Leitung von Professor Harald Michalik die Datenverarbeitungseinheit der JANUS-Kamera gebaut. Sie wurde unter anderem in Italien und Deutschland entwickelt und hat die Aufgabe, die Oberflächen der Jupiter-Monde Ganymed, Kallisto und Europa zu charakterisieren, um damit ihre geologische Aktivität untersuchen zu können. Außerdem können damit Wolkenformationen in der hochstrukturierten Jupiter-Atmosphäre, das Jupiter-Ring-System und kleinere Jupiter-Monde beobachtet und studiert werden.

Das multispektrale Kamerasystem mit 13 Filtern in verschiedenen Wellenlängenbereichen wird eine Auflösung von bis zu 2,4 Meter auf Ganymed und etwa 10 Kilometern auf Jupiter haben. Die Datenverarbeitungseinheit steuert die Kameraelektronik und komprimiert die Bilddaten in Echtzeit, bevor die Bilder in den Datenspeicher des JUICE-Raumfahrzeuges kopiert und von dort mit geringer Datenrate zur Erde gesendet werden.

Zur Veranstaltung
Ort: Aula im Haus der Wissenschaft, Pockelsstraße 11, Braunschweig

Ablauf:

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Quelle: TU Graz 23. Februar 2023.

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

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

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

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

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

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

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• SARAL und andere auf PSLV-C20 (CA) vom SDSC FLP

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Quelle: TU Graz 25. Januar 2023.

25. Januar 2023 – Europa erlebt seit Jahren eine schwere Dürre. Auf dem gesamten Kontinent ist der Grundwasserspiegel seit 2018 konstant niedrig, auch wenn Extremwetterereignisse mit Überschwemmungen zeitweilig ein anderes Bild vermitteln.

Den Beginn dieser angespannten Situation belegt eine Publikation von Eva Boergens in Geophysical Research Letters (https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020GL087285) aus dem Jahr 2020. Darin stellte sie fest, dass es in den Sommermonaten 2018 und 2019 einen eklatanten Wassermangel in Zentraleuropa gab. Seit damals gab es keinen signifikanten Anstieg der Grundwasserspiegel, die Pegel sind konstant niedrig. Das zeigen Datenauswertungen von Torsten Mayer-Gürr und Andreas Kvas vom Institut für Geodäsie an der TU Graz. Sie beobachteten im Rahmen des EU-Projekts Global Gravity-based Groundwater Product (G3P) mittels Satellitengravimetrie die weltweiten Grundwasservorkommen und dokumentierten deren Veränderungen in den vergangenen Jahren.

Weitreichende Folgen
Die Auswirkungen dieser langanhaltenden Dürre waren in Europa im Sommer 2022 evident. Trockene Flussbetten, stehende Gewässer, die zusehends verschwanden und damit einhergehend zahlreiche Auswirkungen auf Natur und Mensch. Nicht nur, dass zahlreiche Wasserlebewesen ihren Lebensraum verloren und trockene Böden der Landwirtschaft viele Probleme bereiteten, auch die Energieknappheit in Europa hat sich dadurch verschärft. Für Atomkraftwerke in Frankreich fehlte das Kühlwasser, um genügend Strom erzeugen zu können und Wasserkraftwerke konnten ohne ausreichend Wasser ihre Funktion ebenfalls nicht erfüllen.

Grundwassermessung aus dem Weltall
Wie können die Geodätinnen und Geodäten an der TU Graz mit Daten aus dem Weltall genaue Aussagen über die Grundwasserspeicher tätigen? Kernstück des Projekts G3P sind Zwillingssatelliten namens Tom und Jerry, die in einer polaren Umlaufbahn in knapp 490 Kilometern Höhe die Erde umkreisen. Wichtig ist der Abstand zwischen den Satelliten von rund 200 Kilometern: Der hintere darf den vorderen nicht einholen, weswegen sie in Anlehnung an die Cartoon-Figuren auch die Bezeichnung Tom und Jerry erhalten haben.

Die Distanz zwischen den Satelliten wird laufend genau gemessen. Fliegen sie über einen Berg, dann ist der vordere Satellit aufgrund der erhöhten Masse unter ihm zunächst einmal schneller als der hintere. Hat er den Berg passiert, bremst er wieder leicht ab, dafür beschleunigt der hintere Satellit, sobald er den Berg erreicht. Sind beide jenseits des Berges, relativiert sich die Geschwindigkeit wieder. Diese Distanzänderungen über großen Massen sind die Hauptmessgrößen für die Bestimmung des Erdschwerefeldes und werden mikrometergenau bestimmt. Zum Vergleich: Ein Haar ist in etwa 50 Mikrometer dick.

Monatliche Schwerekarte der Erde
Das alles geschieht bei einer Fluggeschwindigkeit von rund 30.000 km/h. So schaffen die beiden Satelliten 15 Erdumläufe am Tag, womit sie nach einem Monat eine komplette Abdeckung der Erdoberfläche erreichen. Das bedeutet wiederum, dass die TU Graz jeden Monat eine Schwerekarte der Erde liefern kann. „Die Prozessierung und der Rechenaufwand sind hier ziemlich groß. Wir haben alle fünf Sekunden eine Abstandsmessung und damit etwa eine halbe Million Messungen pro Monat. Daraus bestimmen wir dann Schwerefeldkarten.“, sagt Torsten Mayer-Gürr.

Masse minus Masse ergibt Masse
Mit der Schwerekarte ist die Menge des Grundwassers allerdings noch nicht ermittelt. Denn die Satelliten zeigen alle Massenänderungen an und machen keinen Unterschied zwischen Meer, Seen oder Grundwasser. Dafür braucht es die Kooperation mit allen anderen Partnern des EU-Projekts G3P. Torsten Mayer-Gürr und sein Team liefern die Gesamtmasse, davon werden dann die Massenänderungen in den Flüssen und den Seen abgezogen, die Bodenfeuchte, der Schnee und das Eis wird ebenfalls subtrahiert und letztendlich bleibt das Grundwasser übrig.

Für jede dieser anderen Massen gibt es eigene Expertinnen und Experten, die hier ihre Daten einbringen. Diese sitzen neben Österreich (TU Graz, TU Wien, Earth Observation Data Center EODC) in Deutschland (GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam), der Schweiz (Universität Bern, Universität Zürich), Frankreich (Collection Localisation Satellites CLS, Laboratoire d’Etudes en Géophysique et Océanographie Spatiales LEGOS, Magellium), Spanien (FutureWater), Finnland (Finnish Meteorological Institute) und in den Niederlanden (International Groundwater Resources Assessment Centre IGRAC).

Europa hat ein Wasserproblem
Das Ergebnis dieser Zusammenarbeit zeigt, dass die Wassersituation in Europa mittlerweile sehr prekär geworden ist. Torsten Mayer-Gürr hatte dies in so einem Ausmaß nicht erwartet. „Ich hätte mir vor ein paar Jahren nicht gedacht, dass Wasser hier in Europa einmal ein Problem sein könnte, vor allem in Deutschland oder Österreich. Wir kriegen hier tatsächlich Probleme mit der Wasserversorgung, da müssen wir uns Gedanken machen“, erklärt er. Aus seiner Sicht ist es zunächst einmal notwendig, die sich fortsetzende Dürre auch mit Daten belegen zu können und fortlaufende Satellitenmission dazu im All zu haben.

Die europäische Weltraumagentur ESA und ihr US-Pendant NASA werden diese Forschungen mit dem Projekt MAGIC (Mass-change And Geoscience International Constellation) fortsetzen. Bei der Datenauswertung wird die TU Graz wieder mit an Bord sein.

Weitere Informationen zur Satellitengeodäsie im Artikel „Katze jagt Maus im All“:
https://www.tugraz.at/tu-graz/services/news-stories/tu-graz-screenshots/einzelansicht/article/katze-jagt-maus-im-weltall/

Informationen zum Projekt G3P:
https://www.g3p.eu/

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• Klimawandel

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Quelle: TU Graz 10. Januar 2023.

10. Januar 2023 – Der nächste österreichische Satellit ist fertig gebaut und getestet und startklar für den Flug in den Orbit im Frühjahr 2023: PRETTY wird der sechste österreichische Satellit im All sein, der dritte made and tested by TU Graz. Auftraggeberin des Klimabeobachtungssatelliten ist die European Space Agency ESA. Beyond Gravity Austria (ehemals RUAG Space) hat die Gesamtprojektleitung inne.

PRETTY steht für Passive REflectomeTry and DosimeTrY und wird als Nutzlast zwei wissenschaftliche Experimente fliegen: Das Herzstück ist ein passives Reflektometer System zur genauen Vermessung der Erdoberflächen, entwickelt von Beyond Gravity (Konzept und Softwaresystem) und dem Institut für Kommunikationsnetze und Satellitenkommunikation der TU Graz (Hardware). Der Kleinsatellit wird damit das Ausmaß von Eis- und Meereshöhen sowie Meeresströmungen der Ozeane vermessen.

Zur Messung der Strahlungsumgebung im Weltraum hat die Seibersdorf Labor GmbH eine neuartige Dosimeter-Plattform entwickelt, gebaut und getestet. Die Dosimeter Nutzlast ist während der gesamten PRETTY-Mission aktiv und sammelt wissenschaftliche Daten. Die TU Graz steuert zudem die Satellitenplattform bei, führte die Fertigungs-, Montage-, Integrations- und Testaktivitäten durch und wird mit der Bodenstation am Campus Inffeldgasse für den Betrieb des Satelliten verantwortlich sein.

Erstes Etappenziel: Tschechien
PRETTY soll im Frühjahr 2023 an Bord einer europäischen Vega-C-Rakete vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou im südamerikanischen Französisch-Guayana ins All starten. Das erste Etappenziel des Satelliten ist Brno, Tschechien. Dort wird PRETTY vom Startprovider gemeinsam mit anderen Satelliten in die Startvorrichtung eingebracht, die dann nach Kourou geflogen wird.

Cubesat mit knapp fünf Kilogramm
PRETTY ist ein Cubesat mit den Maßen 10x10x34 Zentimeter. Die ausklappbaren Solarpanele haben eine Fläche von jeweils 30×20 Zentimetern und versorgen den Satelliten mit einer Leistung von durchschnittlich 24 Watt. Der Satellit hat eine Masse von 4,6 Kilogramm und wird in einer polaren Umlaufbahn in rund 565 Kilometern Höhe die Erde umkreisen. PRETTY kommuniziert mit Datenraten bis 2 Mbit/s; der Betrieb von PRETTY wird mit Hilfe der Bodenstation an der TU Graz durchgeführt.

Die Mission ist auf mindestens ein Jahr ausgelegt. PRETTY wird nach Missionsende auf natürliche Weise wieder in die Erdatmosphäre eindringen und verglühen. Der Satellit entspricht den ESA- und UN-Richtlinien zur Minimierung von Weltraumschrott.

Österreichische Satelliten im All
PRETTY wird der sechste rot-weiß-rote Satellit im All sein, und der dritte aus den Labors der TU Graz. Die bisherigen österreichischen Satelliten (allesamt Kleinsatelliten) im Überblick:

• TUGSAT-1/BRITE-Austria der TU Graz
• UniBRITE der Universität Wien (TUGSAT-1 und UniBRITE sind Teil einer Flotte von fünf Nano-Satelliten, die Helligkeitsschwankungen von Sternen messen; beide seit 2013 im All)
• PEGASUS der FH Wiener Neustadt (untersucht die Beschaffenheit der Erdatmosphäre; seit 2017 im All)
• OPS-SAT der TU Graz (erprobt und validiert neue Techniken im Bereich der Missionskontrolle und On-Board-Systemen, erste Nanosatellitenmission der ESA; seit 2019 im All)
• ADLER-1 des Österreichischen Weltraum-Forums (beobachtet Weltraumschrott, testet neue Technologien; seit 2022 im All)

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• Beyond Gravity (vormals RUAG)

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Quelle: TU Graz.

Die Europäische Weltraumorganisation ESA geht mit JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) erstmals auf Erkundungstour ins äußerste Sonnensystem. Die Forscher*innen gehen davon aus, dass die Jupitermonde Europa, Ganymed und Kallisto unter ihrer Oberfläche Ozeane beherbergen und wollen diese potenziellen Lebensräume nun genauer untersuchen. Das Grazer Instrument ist Teil eines magnetischen Sensorsystems, das zusammen mit dem Imperial College London und der TU Braunschweig für genau diese wissenschaftliche Fragestellung gebaut wurde.

45.000 Grazer Arbeitsstunden
„Während der Entwicklungszeit von mehr als fünf Jahren haben 21 Techniker*innen und Physiker*innen mehr als 45.000 Arbeitsstunden in die rechtzeitige Fertigstellung der weltweit einzigartigen Sensoreinheit investiert“, hebt Werner Magnes, stellvertretender Direktor und Leiter der Magnetometergruppe am ÖAW-Institut, die exzellente Teamarbeit zwischen den beiden Grazer Institutionen hervor. „In den vergangenen Jahren haben wir viele Höhen und Tiefen durchlebt, etliche technische Schwierigkeiten gemeistert und viele neue Designdetails für die unwirtliche Jupiterumgebung getestet“, ergänzt Roland Lammegger, Projektleiter vom Institut für Experimentalphysik der TU Graz.

Beginn einer 12-jährigen Reise
Mit der Lieferung des Fluggerätes zum Projektpartner in London hat eine 12-jährige Reise begonnen: Nach mehreren Teststationen in Europa, dem Satellitenstart in Französisch-Guayana im Juni 2022 und zahlreichen Planetenvorbeiflügen wird das Grazer Magnetometer das Jupitersystem im Jänner 2030 erreichen, um schließlich im September 2032 in die Umlaufbahn des Jupitermondes Ganymed einzuschwenken.

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• JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) auf Ariane 5 ECA

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Quelle: Universität Wien.

Seit Beginn der BRITE-Constellation im Jahr 2013 – einer Mission, an der die beiden ersten österreichischen Satelliten beteiligt sind – haben die fünf Nanosatelliten Millionen von Bildern aufgenommen. Die Aufnahmen eines kompletten Nova-Ausbruchs sind aber weltweit einzigartig.

Das Nova-Phänomen
Bei einem Nova-Ausbruch saugt ein Weißer Zwerg Materie von seinem Begleitstern ab und speichert diese Masse an seiner Oberfläche so lange, bis der Gasdruck extrem hoch wird. Es kommt zur Explosion, bei der Wasserstoff verbrannt wird und so gewaltige Schockfronten entstehen. Diese Schocks sind wesentlich stärker als beispielsweise jene, die durch Überschallflieger in unserer Erdatmosphäre erzeugt werden. Statt Schall werden daher ein enormer Lichtausbruch und energiereiche Strahlung produziert, wie zum Beispiel Gamma- und Röntgen-Strahlung. So können plötzlich Sterne, die vorher nur mit Fernrohren beobachtbar waren, mit freiem Auge gesehen werden.

„Was aber bringt einen vorher unscheinbaren Stern zur Explosion? Das war ein bislang nicht befriedigend gelöstes Problem“, sagt Prof. Werner Weiss vom Institut für Astrophysik der Universität Wien. Eine Explosion der Nova V906 im Sternbild Carina (Schiffskiel) hat nun Antworten geliefert und dieses Erklärungskonzept bestätigt, lange nach der Explosion vor Ort. „Diese Nova ist nämlich von uns so weit entfernt, dass ihr Licht etwa 13.000 Jahre bis zur Erde braucht“, erklärt Weiss. Das Ereignis konnte von der BRITE-Constellation zwischen März und Juli 2018 dokumentiert werden.

Beobachtung durch Zufall
Bei dieser erstmaligen Beobachtung eines kompletten Nova-Ausbruchs führte der Zufall Regie. Die BRITE-Constellation hatte gerade über mehrere Wochen hindurch kontinuierlich 18 Sterne im Sternbild Carina photometrisch beobachtet, als die Nova plötzlich im Blickfeld auftauchte. Dr. Rainer Kuschnig, der Operations Manager der BRITE-Constellation an der TU Graz, entdeckte den Ausbruch bei seiner täglichen Kontrolle der fünf Nano-Satelliten. „Auf einmal war da ein Stern auf unseren Aufnahmen, der am Vortag noch nicht da war. So etwas hatte ich in all den Jahren der Mission noch nie gesehen!“ 

Eine kurze Recherche unter den Top-Neuigkeiten am Sternenhimmel zeigte, dass der neue Stern als Nova Carinae 2018 identifiziert war. Dr. Kuschnig informierte die 12-köpfige Leitung des wissenschaftlichen Teams von BRITE-Constellation, das BRITE Science Team. „Es ist fantastisch, dass erstmals eine Nova schon vor ihrem eigentlichen Ausbruch und bis viele Wochen danach von unseren Satelliten beobachtet werden konnte.“, sagt Prof. Otto Koudelka, Projektleiter des BRITE-Austria (TUGSAT-1) Satelliten, an der TU Graz.

„Dieser glückliche Umstand war ausschlaggebend dafür, dass das Nova-Ereignis in einer noch nie dagewesenen Präzision festgehalten werden konnte“, erklärt Prof. Konstanze Zwintz, Leiterin des BRITE Science Teams, vom Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck. Für Zwintz war sofort klar, „dass uns ein weltweit einzigartiges Beobachtungsmaterial zur Verfügung stand.“ Die Kooperation von BRITE-Constellation mit Dr. Elias Aydi von der Michigan State University, USA, führte zu der nun in Nature Astronomy erschienenen Publikation mit dem Titel „Direct evidence for shock-powered optical emission in a nova“.

Sterne aus dem All beobachten
Die BRITE-Constellation ist ein Ensemble von Kleinsatelliten, die das Licht ausgewählter Sterne am Himmel mittels Photometrie mit hoher Präzision aufnehmen. Aus einer Höhe von etwa 800 km beobachtet die BRITE-Constellation Sterne mit Größenklassen zwischen 0 und 6 im optischen Licht, wobei die schwächsten Sterne gerade noch mit freiem Auge unter exzellenten Beobachtungsbedingungen zu sehen wären. Typischerweise werden 15 bis 20 Sterne etwa ein halbes Jahr lang ununterbrochen in einem 24 Quadratgrad großen Feld vermessen – ein Bereich so groß wie z.B. das gesamte Sternbild des Orion oder der große Wagen.

Die BRITE-Constellation wurde mit dem Start der beiden ersten österreichischen Satelliten, BRITE-Austria/TUGSAT-1 und UniBRITE im Jahr 2013 initiiert. Polen und Kanada haben sich 2014 mit je einem Paar baugleicher Satelliten angeschlossen. BRITE-Constellation hat seitdem mehr als 660 der hellsten Sterne am Himmel untersucht.

Publikation in Nature Astronomy:
Elias Aydi et al.: „Direct evidence for shock-powered optical emission in a nova“. Nature Astronomy 2020.
DOI: 10.1038/s41550-020-1070-y

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