Quelle: Fraunhofer IAF 16. September 2024.

16. September 2024 – Das hochmoderne Mikrowellenradiometer an Bord des Satelliten enthält vier rauscharme Verstärker des Fraunhofer IAF mit weltweit führender InGaAs-mHEMT-Technologie. Auf der EuMW 2024 in Paris präsentiert das Freiburger Institut vom 24. bis zum 26. September Ausstellungsexemplare der im AWS verbauten Verstärker ebenso wie weitere Hochfrequenzelektronik aus den Anwendungsbereichen Satellitenkommunikation, Mobilfunk oder Tieftemperatur-Messtechnik.

Der Arctic Weather Satellite (AWS) der Europäischen Raumfahrtorganisation (European Space Agency, ESA) wurde am 16. August 2024 auf die Reise zu seiner polaren Umlaufbahn in 600 km Höhe über der Erde geschickt. Mit an Bord: Vier rauscharme Verstärker (low-noise amplifiers, LNAs) des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF aus Freiburg. Sie bilden wesentliche Bestandteile des passiven Mikrowellenradiometers, mit dem der AWS Temperatur und Feuchtigkeit in der Arktis so präzise wie nie zuvor misst. Dies soll dazu beitragen, sowohl die Arktis als auch den Klimawandel, der in ihr besonders sichtbar wird, besser zu verstehen. Ist die Mission erfolgreich, plant die ESA eine weltumspannende Konstellation aus baugleichen Kleinsatelliten in das Weltall zu bringen, um im globalen Maßstab präzisere und kurzfristigere Wettervorhersagen (›Nowcasting‹) sowie Klimabeobachtungen zu ermöglichen.

Die Aufgabe von LNAs in technischen Systemen besteht darin, die Qualität eingehender Signale zu verbessern. Wie ihr Name schon sagt, verstärken sie schwache Signale und verursachen dabei möglichst geringe störende Hintergrundgeräusche (Rauschen), damit Signale leichter erkannt und analysiert werden können. Auf diese Weise erhöhen LNAs die Empfindlichkeit von Systemen.

»Je leistungsfähiger ein rauscharmer Verstärker ist, desto genauer und zuverlässiger kann ein System Daten erheben. Bei der satellitenbasierten Erdbeobachtung spielen sie eine große Rolle, da die Mikrowellenstrahlung, die das Satellitenradiometer erreicht, sehr schwach ist«, erläutert Dr. Fabian Thome, Stellvertretender Geschäftsfeldleiter Hochfrequenzelektronik am Fraunhofer IAF. »Es ist eine großartige Bestätigung und Motivation, dass wir mit unseren LNAs zur besseren Erforschung der Arktis und ihrer Auswirkungen auf das Weltklima beitragen können.«

Fraunhofer IAF trägt LNAs für Frequenzbereiche um 54, 89 und 170 GHz zum AWS-Radiometer bei
Das Mikrowellenradiometer des AWS besteht aus einer Drehantenne, die die von der Erdoberfläche ausgehende natürliche Mikrowellenstrahlung aufnimmt und an vier Hornantennen sowie vier Empfänger weiterleitet. Antenne und Empfänger gehören jeweils zu einer von vier Gruppen aus insgesamt 19 Kanälen, die zusammen ein Frequenzspektrum von 50 bis 325 GHz abdecken: Acht Kanäle mit Frequenzen von 50 bis 58 GHz messen die Temperatur, ein Kanal mit 89 GHz erkennt Wolken, ein weiterer bei 165,5 GHz sowohl Wolken als auch Feuchtigkeit, fünf Kanäle zwischen 176 und 182 GHz sind nur für die Feuchtigkeit zuständig, während zuletzt vier Kanäle bei 325 GHz plus/minus 1,2 bis 6,6 GHz Feuchtigkeit messen sowie ebenfalls Wolken erfassen. Mit dieser technischen Ausstattung ist es dem Radiometer möglich, hochauflösende vertikale Feuchtigkeits- und Temperaturprofile unter allen Wetterbedingungen zu erstellen.

Das Fraunhofer IAF hat insgesamt vier LNAs für drei der vier Kanalgruppen bereitgestellt: ein Modul für den Frequenzbereich um 54 GHz, zwei identische Module für 89 GHz, die für eine größere Gesamtverstärkung in Reihe geschaltet wurden, und ein Modul für den 170-GHz-Bereich. Die Forschenden haben bewährte Technologien auf Basis des Verbindungshalbleiters Indiumgalliumarsenid (InGaAs) weiterentwickelt und auf ihrer Grundlage metamorphe Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (metamorphic high-electron-mobility transistors, mHEMTs) für monolithisch integrierte Mikrowellenschaltungen (monolithic microwave integrated circuits, MMICs) realisiert.

Weltweit führende InGaAs-mHEMT-Technologie für LNA-MMICs
»Bei der Entwicklung von Transistoren und Schaltungen für satellitengestützte Radiometrie-Systeme ist das Fraunhofer IAF weltweit führend. Unsere Module definieren in vielen Leistungsbereichen den aktuellen Stand der Technik«, betont Thome. Dies zeigt sich auch am Beispiel der Module für das AWS-Radiometer: In Tests hat der LNA für den Frequenzbereich um 54 GHz bei einer Verstärkung von 31 bis 28 dB eine Rauschzahl von 1,0 bis 1,2 dB erreicht und verbessert damit deutlich den Stand der Technik. Die anderen AWS-LNAs bewegen sich mit Rauschzahlen von 1,9–2,3 dB bei 23–25 dB Verstärkung (89 GHz) und 3,3–4,1 dB bei 25–30 dB Verstärkung genau im Bereich des aktuellen Stands der Technik (John et al. 2023).

Bei der Entwicklung der Module arbeiteten die Forschenden eng mit dem direkten Auftraggeber ACC Omnisys (AAC Clyde Space) aus Schweden zusammen, der das Radiometersystem für OHB Sweden und die ESA gebaut hat. Bei der Entwicklung und Fertigung der Module konnte das Fraunhofer IAF seine Forschungsinfrastruktur und das Know-how seiner Mitarbeitenden entlang der gesamten Wertschöpfungskette zum Einsatz bringen: Teams aus den Bereichen Mikroelektronik, Epitaxie, Technologie und Feinmechanik haben eng zusammengearbeitet und vom Schaltungsentwurf über Materialwachstum, -bearbeitung und -messung sowie Prozessierung, Vereinzelung, Aufbautechnik bis hin zum Modulbau und der -integration alle wesentlichen Schritte bis zum einsatzbereiten LNA-Module am Fraunhofer IAF durchgeführt. Eine erste Qualifikation der Module für den Einsatz im Weltall fand ebenfalls am Institut statt, bevor die Hardware für die Receiver-Integration übergeben wurde.

AWS und EPS-Sterna: Mit New Space zu präziseren Wettervorhersagen, Nowcasting und Klimabeobachtung
Die Mission des AWS besteht darin, erstmals genauere Wetterdaten für die Arktis zu ermitteln, die kurzfristige Vorhersagen für die Polarregion ermöglichen – bis hin zum sogenannten Nowcasting, das Vorhersagen für die nächsten Stunden bezeichnet. Da die Arktis das weltweite Wetter stark beeinflusst, ermöglichen die Daten auch bessere globale Wettervorhersagen. Das gilt auch für das Klima: Der Klimawandel schreitet in der Arktis schneller voran als in anderen Regionen der Welt. Zugleich wirken sich Veränderungen in der Arktis aufgrund von Rückkopplungseffekten auf das Weltklima aus.

Im Erfolgsfall soll eine ganze Konstellation von baugleichen Kleinsatelliten dem AWS folgen: das EUMETSAT Polar System – Sterna (EPS-Sterna). Geplant ist, immer sechs Satelliten zur gleichen Zeit auf drei verschiedenen Erdumlaufbahnen langfristige Wetterdaten der Polarregionen erheben zu lassen. Das Satellitenset wird dreimal erneuert, so dass insgesamt 18 Satelliten zum Einsatz kommen. Zwei Satelliten sind als Ersatz eingeplant. 2029 soll der erste von sechs EPS-Sterna-Satelliten starten.

Mit diesem Vorhaben verfolgt die ESA erstmals den New-Space-Ansatz, der sich dadurch auszeichnet, dass Projekte in kürzester Zeit mit deutlich geringerem Ressourceneinsatz durchgeführt werden. Im Fall des AWS, dessen Gesamtmasse nur 150 kg beträgt, vergingen vom Projekt- bis zum Raketenstart nur drei Jahre, in denen ein Bruchteil der Kosten verglichen mit früheren Projekten anfiel. Weitere Vorteile von New Space bestehen in der größeren Resilienz von Konstellationen – der Ausfall eines Satelliten im Verbund kann kompensiert bzw. schnell und günstig ersetzt werden – und in der Flexibilität von Missionen, die bei Bedarf ohne großen Ressourceneinsatz verlängert oder verkürzt werden können.

Fraunhofer IAF auf der EuMW 2024
Vom 24. bis zum 26. September 2024 präsentiert das Fraunhofer IAF Ausstellungsexemplare der im AWS-Radiometer verbauten LNA-Module ebenso wie weitere Hochfrequenzelektronik aus den Anwendungsbereichen Satellitenkommunikation, Mobilfunk oder Tieftemperatur-Messtechnik auf der diesjährigen European Microwave Week (EuMW) in Paris (Stand: 202K).

Forschende sind außerdem mit folgenden Themen im Konferenzprogramm vertreten:

Sonntag, 22.9., 8:30–12:20 Uhr, WS09 EuMC, Raum 725–726
Dr. Laurenz John: »THz circuit and front-end developments based on InGaAs-channel mHEMT devices«

Montag, 23.9., 8:30 Uhr, EuMIC03, Raum E04
Dr. Axel Tessmann: »High-Gain 664 GHz Low-Noise Amplifier Modules Based on Advanced InGaAs HEMT Technologies«

Montag, 23.9., 16:50 Uhr, EuMIC14-3, Raum E02
Dr. Philipp Neininger: »mm-Wave GaN Varactors and E-/W-Band Phase Shifter«

Am Mittwoch, den 25. September, können Studierende und Berufseinsteigende aus dem Fachbereich Mikrowellentechnologie das Fraunhofer IAF zudem beim Young Professionals’ Career Event kennenlernen, das von 12 bis 15 Uhr in Halle 7.3 der Paris Expo Porte de Versailles stattfindet. Die Teilnahme ist kostenlos. Ab 19 Uhr findet im Chalet du Lac (avenue Anna Politovskaïa, 75012 Paris) die dazugehörige Career Party statt. Tickets dafür erhalten Interessierte beim Nachmittagsevent.

Über das Fraunhofer IAF
Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF ist eine der weltweit führenden Forschungseinrichtungen auf den Gebieten der III/V-Halbleiter und des synthetischen Diamanten. Auf Basis dieser Materialien entwickelt das Fraunhofer IAF Bauelemente für zukunftsweisende Technologien, wie elektronische Schaltungen für innovative Kommunikations- und Mobilitätslösungen, Lasersysteme für die spektroskopische Echtzeit-Sensorik, neuartige Hardware-Komponenten für Quantencomputer sowie Quantensensoren für industrielle Anwendungen. Mit seinen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten deckt das Freiburger Forschungsinstitut die gesamte Wertschöpfungskette ab – angefangen bei der Materialforschung über Design und Prozessierung bis hin zur Realisierung von Modulen, Systemen und Demonstratoren. https://www.iaf.fraunhofer.de

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• AWS – Arctic Weather Satellite

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Quelle: DWD 5. September 2024.

Offenbach, 5. September 2024 – Um 10.00 Uhr am 14. September 2024 werden Dr. Felix Schwenke, Oberbürgermeister der Stadt Offenbach, und Prof. Dr. Sarah Jones, Präsidentin des DWD, die Türen offiziell aufschließen. Auf dem Programm stehen Führungen und Vorträge. An zahlreichen Ausstellungsständen präsentiert der DWD seine vielfältigen Aufgaben von der Wettervorhersage über die Forschung und Klimatologie bis hin zur Infrastruktur mit Großrechner oder Messnetz. Ein Wettersatellit kann ebenso bestaunt werden wie eine Klimaorgel oder eine automatische Bordwetterstation.

Die Besucherinnen und Besucher können ihre persönliche Geburtstagswetterkarte drucken lassen. Für Kinder gibt es unter anderem ein eigenes Theater und eine Rallye. In der Bibliothek wird eine Ausstellung mit dem Titel „Was Kurfürst Karl Theodor von der Pfalz mit Alexander von Humboldt verbindet“ gezeigt.

Ein kostenloser Shuttlebus bringt interessierte Gäste für Führungen in den Wetterpark und wieder zurück zur DWD-Zentrale. Die Mobilen Messeinheiten des DWD und der Bundeswehr schicken mehrere Wetterballone in die Atmosphäre. Den Start dieser Radiosonden können die Gäste live mitverfolgen.

Neben der Bundeswehr sind auch die Freiwillige Feuerwehr Offenbach, der Förderverein Rettungshubschrauber Christoph 2, die Deutsche Lebens-Rettungs-Gesellschaft e.V. sowie Skywarn vertreten. Dabei zeigen sie unter anderem, wie sie mit dem DWD zusammenarbeiten.

Wer nach so vielen Informationen und Aktivitäten Hunger und Durst hat, kann sich in der Kantine des DWD stärken oder in eine Kinoecke zurückziehen, in der kurze Filme zum DWD eingespielt werden.

Im Umfeld des DWD gibt es nur sehr begrenzt öffentlichen Parkraum. Es empfiehlt sich die Anreise mit öffentlichen Verkehrsmitteln oder mit dem Fahrrad. Parkplätze für Fahrräder sind beim DWD vorhanden.

Anfahrtsbeschreibung zur DWD-Zentrale:
https://www.dwd.de/DE/derdwd/standorte/zentrale/zentrale_node.html

Weitere Informationen:
https://www.dwd.de/DE/presse/willkommen/tdot_offenbach.html?nn=716690

Flyer (pdf):
https://www.dwd.de/DE/presse/willkommen/flyer_zentrale_2024.pdf

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• Terminvorschau auf Veranstaltungen

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Quelle: DLR 29. August 2024.

29. August 2024 – Deutschland wird heute ein hochmodernes Messinstrument, das Multispektralradiometer „METimage“ an die Europäische Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten EUMETSAT und die Europäische Weltraumorganisation ESA ausliefern. Es misst insbesondere Wolken, Eisbedeckung, Oberflächentemperaturen von Land und Ozeanen, Vegetation und Bränden in einer bisher nicht möglichen Genauigkeit und trägt damit zu präziseren Klima- und Wettervorhersagen bei. Das erste Flugmodell hat einen Wert von rund 300 Millionen Euro. Es handelt sich dabei um den deutschen Beitrag zu einem internationalen Programm von EUMETSAT, das 2025 starten soll. Die Entwicklung und der Bau wurden von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemanagt und vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr zusammen mit EUMETSAT finanziert. Das Instrument wurde von Airbus in Friedrichshafen entwickelt und gefertigt. Zwei weitere Flugmodelle befinden sich noch im Bau.

„Mit METimage setzt Deutschland neue Maßstäbe in der Erdbeobachtung und Wettervorhersage. Dieses Instrument verkörpert deutsche Spitzentechnologie und wird einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung von Klimamodellen und Wettervorhersagen weltweit leisten. Damit können künftig extreme Wetterereignisse präziser erkannt und Menschen frühzeitig gewarnt werden. METimage ist ein Paradebeispiel dafür, wie Investitionen in Raumfahrttechnologie direkte Vorteile für unseren Alltag und unsere Zukunft bringen.“ – Dr. Volker Wissing, Bundesminister für Digitales und Verkehr

„Wir leben in einer Dekade zunehmender Starkwetterereignisse. In diesen turbulenten Zeiten des Klimawandels sind wir alle auf präzise Erdbeobachtungs- und Wetterinformationen angewiesen. Dabei spielen Satelliten eine Schlüsselrolle, denn unsere tägliche Wettervorhersage besteht zu rund 85 Prozent aus Satellitendaten. METimage wird in Zukunft entscheidend dazu beitragen, dass unsere Wettervorhersage noch präziser wird. Gleichzeitig wird METimage wichtige Daten für die globalen Klimamodelle liefern, um die richtigen Maßnahmen gegen die Auswirkungen des Klimawandels einzuleiten.“ – Dr. Walther Pelzer, Generaldirektor der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR

Revolutionäre Technologie für präzise Messungen
METimage operiert aus 830 Kilometer Höhe und scannt alle 1,7 Sekunden einen 2.670 Kilometer breiten Bodenstreifen mit einer Auflösung von 500 Meter pro Bildpunkt. Dies wird durch einen rotierenden Spiegel ermöglicht, der die gesamte Erdoberfläche innerhalb eines Tages abtastet. Neben Detektoren, die im sichtbaren Spektralbereich arbeiten, sind Infrarotdetektoren verbaut, die bei Temperaturen unter minus 200 Grad Celsius betrieben werden. METimage nimmt hierdurch 20 verschiedene Spektralkanäle in einem Bereich von 443 Nanometern bis 13.345 Mikrometern auf. Sowohl in Bezug auf die Anzahl der spektralen Kanäle, als auch auf die geometrische Auflösung, stellt dies eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem US-amerikanischen Vorgängermodellen AVHRR („Advanced Very High Resolution Radiometer“) dar, die unter anderem auf den Satelliten Metop-A und Metop-B geflogen sind.

Dank dieser Technik kann METimage Wolken, Wasserdampf und Aerosole, Land- und Ozeanoberflächentemperaturen sowie Eisbedeckung, Vegetation und auch Brände hochgenau messen. Dank der hochwertigen METimage-Bilddaten wird es Expertinnen und Experten weltweit möglich sein, deutliche Verbesserungen für die Wetter- und Klimavorhersage zu erzielen.

Langfristiges Engagement für globale Wetterbeobachtung
METimage spielt eine zentrale Rolle auf den Satelliten Metop-SG (Second Generation), des Programms EUMETSAT Polar System – Second Generation (EPS-SG), wovon der erste 2025 starten soll. EPS-SG hat das Ziel, neue und bessere globale Wetter- und Klimadaten zu liefern. Hierzu werden die Metop-SG-Satelliten die Erde auf polaren Umlaufbahnen umkreisen. Diese Informationen sollen die Wettervorhersagen in Europa und weltweit bis zu zehn Tage im Voraus verbessern. Das Programm hat eine geplante Laufzeit von 24 Jahren und wird durch drei identische Satellitenpaare abgedeckt werden. METimage ist der deutsche Beitrag zum Programm. Das Instrument wird für alle drei Satellitengenerationen hergestellt und verbaut werden.

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• EUMETSAT

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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.

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• EarthCARE auf Falcon 9

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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>

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• EarthCARE auf Falcon 9

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Quelle: Universität Bonn 14. Oktober 2022.

14. Oktober 2022 – In Zeiten globaler Umweltveränderungen gilt es, das Wissen über die vielfältigen Prozesse des irdischen Klimasystems zu vertiefen. Eine präzise Beschreibung der Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Ozean, Eis, Boden, Vegetation und letztlich dem Menschen ist die Voraussetzung für bessere Wetter- und Klimamodelle. Hierbei spielt die Beobachtung der Erde eine zentrale Rolle, denn wer nicht umfassend beobachtet, kann auch keine präzisen Vorhersagen erstellen.

Das CESOC führt bedeutende Kernkompetenzen an den drei Standorten Bonn, Köln und Jülich enger zusammen. Vertreten sind die Meteorologie, Atmosphärenchemie, Hydrologie, Klimatologie und Paläoklimatologie, Bodenwissenschaften und oberflächennahe Geophysik, Pflanzen- und Agrarwissenschaften, Geodäsie, Fernerkundung, Geoinformatik sowie Mathematik, wissenschaftliches Rechnen und Informatik. Beteiligt sind die beiden Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultäten in Köln und Bonn sowie die Landwirtschaftliche Fakultät und die beiden Transdisziplinären Forschungsbereiche TRA1 „Modelling“ und TRA6 „Sustainable Futures“ der Universität Bonn. Im Forschungszentrum Jülich sind Institute für Energie- und Klimaforschung, für Bio- und Geowissenschaften sowie das Jülich Supercomputing Center Teil des neuen Zentrums. Die CESOC-Geschäftsstelle wurde an der Universität Bonn eingerichtet.

Die Rektoren der beiden Universitäten, die Dekane der beteiligten Fakultäten und der Vorstandsvorsitzende des Forschungszentrums Jülich haben in Bonn einen neuen Kooperationsvertrag unterzeichnet. Als Gründungsdirektoren zeichneten Prof. Dr. Jürgen Kusche von der Universität Bonn, Prof. Dr. Susanne Crewell von der Universität zu Köln und Prof. Dr. Astrid Kiendler-Scharr vom Forschungszentrum Jülich die Vereinbarung mit.

Das CESOC kooperiert eng mit dem Europäischen Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF) über seinen Standort in Bonn. Hierfür wurde nun auch eine förmliche Vereinbarung („Memorandum of Understanding“, MoU) geschlossen, die die Rektoren, Dekane und Direktoren der drei CESOC-Einrichtungen mit dem ECMWF, vertreten durch den Direktor der Copernicus Dienste, Dr. Jean-Noël Thépaut, nun unterzeichneten.

Das ECMWF ist eine zwischenstaatliche Organisation, dessen Kernaufgabe darin besteht, neue Möglichkeiten der mittelfristigen Wettervorhersage zu entwickeln und diese seinen Mitgliedstaaten und Nutzern auf der ganzen Welt zur Verfügung zu stellen. Es entwickelt und betreibt globale Modelle und Datensysteme für die Dynamik, Thermodynamik und Zusammensetzung der fluiden Hülle der Erde und der zusammenwirkenden Teile des Erdsystems.

Das CESOC und das ECMWF wollen künftig sehr eng zusammenarbeiten. Dazu wurde vereinbart, gemeinsame Projekte der Spitzenforschung in Zukunft aufrechtzuerhalten und weiter auszubauen und in der Aus- und Weiterbildung gemeinsame Wege zu gehen. Durch einen regen Austausch von Personal auf allen Qualifikationsebenen soll ein kontinuierlicher Wissenstransfer sichergestellt werden. Die Kooperationspartner wollen außerdem ihre Forschungsinfrastrukturen miteinander teilen und Forschungsergebnisse gemeinsam publizieren.

In einer gemeinsamen Erklärung betonten die drei Gründungsdirektor*innen Astrid Kiendler-Scharr, Susanne Crewell und Jürgen Kusche die Bedeutung des Zusammenschlusses: „Wir sind überzeugt, dass die heute vereinbarte Zusammenarbeit einen Meilenstein in der Erforschung des Erdsystems und der ihm zugrunde liegenden Zusammenhänge darstellt. Solche hochkomplexen Forschungsaufgaben können nur in der gemeinsamen Anstrengung exzellenter Partner bewältigt werden. Mit dem ECMWF entsteht im Rheinland ein einzigartiges Kompetenzzentrum für dieses Forschungsfeld.“

Die Generaldirektorin des ECMWF, Dr. Florence Rabier, sagte: „In unseren neuen Büros in Bonn sahen wir schon immer eine Gelegenheit, unsere Zusammenarbeit mit den nationalen meteorologischen Diensten unserer Mitgliedstaaten und auch mit deren akademischen Einrichtungen zu vertiefen. Dieses MoU mit dem CESOC ist das bestmögliche Beispiel für eine solche Zusammenarbeit, die wir mit diesen angesehenen Institutionen und ihren talentierten Wissenschaftler*innen weiter ausbauen wollen. Wir haben sehr hohe Erwartungen an das, was wir gemeinsam schaffen können, und in einer Zeit, in der Wetter und Klima die Welt auf kritische und oft tragische Weise beeinflussen, freuen wir uns darauf, unsere Kräfte mit den im CESOC versammelten Talenten zu bündeln.“

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• Planet Erde

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Quelle: OHB SE.

Bremen, 4. Mai 2022. Dr. Anna Christmann MdB, Koordinatorin der Bundesregierung für Luft- und Raumfahrt, besuchte gestern den OHB-Standort in Bremen. Im Mittelpunkt des Besuchs stand dabei die Besichtigung der verschiedenen Integrationshallen, hier informierte sie sich über die aktuell in Bremen laufenden Projekte und erhielt Einblicke in die in den Reinräumen durchgeführten Arbeiten.

„Der Besuch im Reinraum ist wirklich beeindruckend, hier sieht man, dass die Raumfahrt eine wirklich herausragende Ingenieursleistung ist und was wirklich getan werden muss, damit wir abends die Wettervorhersage in den Nachrichten zu sehen bekommen“, fasst Dr. Anna Christmann ihre in den Integrationshallen gesammelten Eindrücke zusammen.

Empfangen und beim Firmenrundgang begleitet wurde Dr. Anna Christmann von Sabine von der Recke und Dr. Wolfgang Paetsch aus dem Vorstand der OHB System AG, sowie von Dr. Rüdiger Schönfeld, der als Direktor für den Bereich Erdbeobachtung zuständig ist. Aus Bremen ergänzten der Raumfahrtkoordinator Siegfried Monser, der Luftfahrtkoordinator Prof. Rolf Henke, sowie Hans-Georg Tschupke aus dem Hause der Senatorin für Wirtschaft, Arbeit und Europa die Besuchergruppe.

Neue Wettersatelliten helfen bei der Vorhersage von Extremwetterereignissen
Ein Fokusthema des Besuchs war das europäische Wettersatellitenprogramm Meteosat Third Generation (MTG). Im Reinraum konnte die Koordinatorin sich die Satelliten aus nächster Nähe anschauen und sich ihre Funktionsweise am Objekt erklären lassen. Mit verbesserter Auflösung und der Fähigkeit zur Echtzeitverfolgung der dreidimensionalen atmosphärischen Struktur über Europa werden die MTG-Satelliten nicht nur die kontinuierliche Bereitstellung von Daten für die Wettervorhersage aus der geostationären Umlaufbahn für die nächsten zwei Jahrzehnte sicherstellen, sondern die europäischen Wettervorhersagefähigkeiten auf die nächste Stufe heben.

„Präzise Wettervorhersagen sind unverzichtbar – gerade in Zeiten des Klimawandels“, betont Dr. Wolfgang Paetsch, der im Vorstand der OHB System AG unter anderem den Bereich Erdbeobachtung verantwortet. „Extreme Wetterereignisse treten immer häufiger auf und mit den MTG-Satelliten werden wir diese in Zukunft deutlich früher erkennen und entsprechende Warnungen ausgeben können.“

„MTG ist ein wichtiges Programm, weil die Kenntnisse über Wetter und Klima einfach immer essentieller werden. Im Bereich der Wettervorhersage gibt es noch immer Datenlücken, die es zu schließen gilt. Nur wenn wir die entsprechenden Daten zur Verfügung haben, können wir uns für die Herausforderungen der Zukunft wappnen und Katastrophen besser vorbeugen“, ergänzt Dr. Anna Christmann.

Der Start des ersten MTG-Satelliten ist für Ende diesen Jahres geplant.

Sabine von der Recke zieht ein sehr positives Fazit: „Wir haben uns sehr über den Besuch der Raumfahrtkoordinatorin bei OHB gefreut und konnten ihr einen guten Einblick ins Unternehmen vermitteln. Mit dem deutschen Umweltsatelliten EnMAP, den wir im letzten Monat gestartet haben, und den MTG-Wettersatelliten, sind wir bei OHB an vorderster Stelle wenn es um Klimaschutz aus dem All geht, und das haben wir heute zeigen können.“

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• OHB-System

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Quelle: DWD.

Lingen / Offenbach, 26. April 2022 – Heute wird die Wetterstation von Klaus-Jürgen Schreiber, DWD-Vorstand Technische Infrastruktur und Betrieb, und Dieter Krone, Oberbürgermeister der Stadt Lingen, offiziell eingeweiht. „Ich freue mich sehr, dass wir an dem neuen Standort nun langfristig Wetterdaten in gleichbleibend hoher Qualität erhalten, die wir sowohl für die Wettervorhersage, das Warnmanagement als auch für die Klimaforschung benötigen“, sagt Klaus-Jürgen Schreiber in Lingen. „Es ist sehr erfreulich, dass von Lingen aus nun wieder langfristig Wetterdaten eingespeist werden“, ergänzt Dieter Krone.

Hauptamtliche Station mit umfangreichem Messprogramm nach WMO-Standards
Nach langjähriger Standortsuche und gut zweijähriger Bauzeit der Station stehen die Wetterdaten aus Lingen nun wieder im weltweiten Austauschnetz der Weltorganisation für Meteorologie (WMO, einer UN-Sonderorganisation) in Minutenschnelle rund um den Globus zur Verfügung. An dieser hauptamtlichen Messstation des DWD, die nach den empfohlenen WMO-Standards angelegt ist, werden folgende meteorologischen Parameter gemessen: Windrichtung und Windgeschwindigkeit, Niederschlagsdauer und -menge, Sichtweite, Schneehöhe, Wolkenhöhe, Luftdruck, Lufttemperatur, Luftfeuchte, Erdbodentemperatur und Wetterzustand. Darüber hinaus gehört die Station zum DWD-Messnetz für die Ermittlung von Radioaktivität in Luft und Niederschlag.

Auf dem 1.500 Quadratmeter großen Grundstück befindet sich zudem ein Mess- und Technikgebäude. Dieses ist klimafreundlich und ressourcenschonend in Holzrahmenbauweise ausgeführt und erfüllt die hohen Anforderungen an den Wärmeschutz und die Vorgaben der aktuellen Energieversorgung. Die Investitionssumme lag bei knapp über 500.000 Euro. „Die neue Wetterstation war keine alltägliche Baumaßnahme“, betont die Leiterin des Staatlichen Baumanagements Region Nord-West, Cristina von Pozniak-Bierschenk. „Umso mehr freue ich mich, dass wir den hochmodernen und komplexen Neubau innerhalb des Zeit- und Kostenrahmens zur Zufriedenheit des Deutschen Wetterdienstes abschließen konnten.“ Im Technikgebäude selbst sind im Wesentlichen die Einrichtungen für die Datenübermittlung an das Deutsche Meteorologische Rechenzentrum des DWD in Offenbach untergebracht.

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• Planet Erde

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Quelle: OHB SE.

Bremen, 17. November 2021. Europas Metropolen leiden zunehmend unter den Folgen des Klimawandels. Vor allem langanhaltende Hitzewellen stellen dabei eine Bedrohung für die Gesundheit der Bevölkerung dar. Um dieser Bedrohung zu begegnen, ist es wichtig, ihre Ursachen zu verstehen und rechtzeitig geeignete Gegenmaßnahmen zu identifizieren. Vor diesem Hintergrund fördert die EU im Programm Horizont 2020 das Projekt „Next Generation City Climate Services Using Advanced Weather Models and Emerging Data Sources“, kurz: CityCLIM. Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer cloudbasierten Datenplattform, die basierend auf Daten aus Wettermodellen, Erdbeobachtung und Messungen am Boden speziell für Städte verschiedene Wetter- und Klimadienste zur Verfügung stellt. Die Umsetzung erfolgt durch ein Unternehmenskonsortium in Zusammenarbeit mit wissenschaftlichen Arbeitsgruppen und vier ausgewählten europäischen Modellstädten. Die OHB System AG, ein Tochterunternehmen der Raumfahrt- und Technologiegruppe OHB SE, koordiniert das Projekt.

Hitzewellen vor allem in dicht besiedelten Gebieten ein Problem
Durch den Klimawandel treten Hitzewellen immer häufiger auf. Insbesondere in dicht besiedelten Gebieten halten sich hohe Temperaturen länger und auch nachts wird oft nur eine geringe Abkühlung erreicht. Aus diesem Grund ist die Gesundheitsbelastung durch Wärme in Städten deutlich höher als im Umland. Im Projekt CityCLIM soll deshalb speziell für Metropolregionen ein eigenes Wettervorhersagemodell entwickelt werden. Anders als übliche Vorhersagemodelle, deren Auflösung zumeist im Bereich von mehreren Kilometern liegt, soll das neue Modell eine Auflösung von einhundert mal einhundert Metern aufweisen. Zudem sollen in dem Modell Daten von Wettersatelliten mit Messwerten aus der Luft und am Boden gesammelten Informationen kombiniert werden. Als Datenquellen sollen dabei unter anderem existierende Services des europäischen Erdbeobachtungsprogramms Copernicus und von der Bevölkerung selbst zur Verfügung gestellte Informationen eingebunden werden.

Wetter- und Klimadienste für die breite Öffentlichkeit
Die mit dem verbesserten Modell gemachten Berechnungen sollen der breiten Öffentlichkeit anschließend in Form von verschiedenen Wetter- und Klimadiensten zugänglich gemacht werden. Angedacht sind zudem weitere Dienste speziell für Stadtverwaltungen und andere Behörden. Durch diese soll es unter anderem möglich werden, den Effekt von stadtplanerischen Maßnahmen als Reaktion auf den Klimawandel zu untersuchen. In diesem Zusammenhang angedacht ist zum Beispiel die Analyse der Auswirkungen von Grün- und Wasserflächen auf das städtische Klima.

Umsetzung durch europäisches Konsortium
An der Umsetzung des Projektes sind mehrere europäische Unternehmen beteiligt, darunter vier aus der OHB-Gruppe: OHB System fungiert als Projektkoordinator und ist für die Aufbereitung und Bereitstellung der raumfahrtbasierten Erdbeobachtungsdaten zuständig. Die OHB Digital Connect wird ein flugzeuggestütztes System einsetzen, um die berechneten Modellvorhersagen mit Thermal-Infrarot-Messdaten zu validieren. OHB Digital Services ist für die Entwicklung der cloudbasierten Datenplattform zuständig, in der sämtliche Eingangsdaten zusammengeführt und anschließend als City Climate Services zur Verfügung gestellt werden. Die Durchführung von Service-Demonstrationen in den vier ausgewählten Modellstädten wird durch die OHB Digital Solutions aus Österreich organisiert.

Zu den weiteren industriellen und akademischen Partnern zählt unter anderem das Institut für angewandte Systemtechnik Bremen GmbH (ATB), welches gemeinsam mit OHB die technische Koordinierung des Projektes übernimmt und zudem die Entwicklung der cloudbasierten Datenplattform unterstützt. Die Firma Meteologix AG, eine Tochterfirma der Kachelmann GmbH, ist als zentraler Bestandteil des Projektes für die Entwicklung des hochaufgelösten Wettermodells und die Bereitstellung der präzisen Wettervorhersagen zuständig. Als weiterer wissenschaftlicher Partner ist die Global Change Unit der Universität Valencia beteiligt, die neuartige Verfahren der raumfahrt- und luftgestützten Datenverarbeitung einbringen wird. Ebenfalls Teil des Projektes ist das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung aus Leipzig, welches Methoden entwickeln wird, um durch die Bevölkerung erhobenen Daten einzubinden.

Vier Modellstädte als Partner
Um die in Aussicht gestellten Dienste möglichst anwendungsorientiert zu gestalten, wird das Projekt CityCLIM zudem in enger Zusammenarbeit mit vier ausgewählten Modellstädten durchgeführt. Bei diesen handelt es sich um Karlsruhe in Deutschland, die Stadt Luxemburg, Valencia in Spanien und Thessaloniki in Griechenland. Die Modellstädte tragen unter anderem dadurch zum Projekt bei, dass sie ihre spezifischen Anforderungen an die City Climate Services und die Datenplattform definieren, die Datenbereitstellung unterstützen und eine Validierung der Projektergebnisse im realen Umfeld ermöglichen.

OHB-Projektkoordinator Dr. Stephan Holsten freut sich, dass die Europäische Kommission das Projekt CityCLIM ausgewählt hat und mit fünf Millionen Euro fördert: „Wir konnten als Konsortium ein starkes Angebot unterbreiten. Gemeinsam mit der kürzlich gegründeten Climate, Infrastructure and Environment Executive Agency (CINEA) der Europäischen Kommission machen wir uns nun an die Arbeit und werden eine technische Basis für die Bekämpfung der negativen Effekte des Klimawandels in Städten schaffen. Für OHB ist das Projekt CityCLIM ein weiterer Baustein in unserer Strategie zur stärkeren Nutzung von Erdbeobachtungsdaten und der Entwicklung von anwendungsorientierten Diensten.“

Der Startschuss für das Projekt ist bereits am 1. Oktober 2021 gefallen, die Bearbeitungsphase beträgt insgesamt 36 Monate.

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• Klimawandel

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Quelle: DWD.

Offenbach, 19. Mai 2020 – Der Deutsche Wetterdienst (DWD) nutzt ab sofort die Winddaten des europäischen Forschungssatelliten Aeolus bei der Berechnung seiner Wettervorhersagen. Untersuchungen des nationalen Wetterdienstes haben gezeigt, dass die Daten des 2018 gestarteten ESA-Satelliten die Qualität der Wettervorhersagen erheblich verbessern.

„Aeolus liefert uns präzise Winddaten genau aus dem Bereich der Atmosphäre, in dem sich unsere Wetterküche befindet,“ erklärt Detlev Majewski, Leiter der Entwicklung von Vorhersagemodellen beim DWD. Mit jeder Umrundung erzeuge der Satellit ein neues Datenband um die Erde, das etwa 80 km breit ist und vom Boden bis in 30 km Höhe reicht. „Diese Aeolus-Daten füllen einige weiße Flecken im globalen meteorologischen Beobachtungssystem. Wir haben jetzt unsere Analysesysteme erweitert, um sie zu nutzen und würden diese Winddaten gerne dauerhaft in unsere Modelle integrieren.“

Leider betrage die Lebensdauer des Forschungssatelliten nur drei bis vier Jahre und ein Anschlussprogramm sei noch nicht absehbar. Die neuen Satellitendaten seien für den DWD aber nicht nur aus wissenschaftlicher Sicht spannend.

Aufgrund der globalen Coronavirus-Pandemie gingen seit Anfang März 2020 in Europa die meteorologischen Beobachtungen mit Messinstrumenten in Flugzeugen um etwa 80 Prozent zurück. Majewski: „Wir haben Glück im Unglück. Mit den Aeolus-Daten können wir den negativen Einfluss dieses hoffentlich nur vorübergehenden Datenverlustes teilweise ausgleichen und so die Qualität unserer Vorhersagen nahezu auf dem gewohnten hohen Niveau halten.“

Windmessungen vom Boden, auf See, in der Luft, aus dem Weltraum
Der Deutsche Wetterdienst nutzt gemeinsam mit anderen nationalen Wetterdiensten weltweit unterschiedliche Beobachtungsinstrumente, um die für seine Vorhersagemodelle wichtigen Winddaten zu gewinnen:
Das Bodenmessnetz mit Windmessungen in 10 m über Grund; Schiffsbeobachtungen mit Windmessungen in etwa 30 m über See; Verkehrsflugzeuge, die beim Start, der Landung und in der Reiseflughöhe Windprofile liefern; Wetterballonaufstiege mit Radiosonden bis in rund 30 km Höhe; Beobachtungen des bodennahen Windfeldes über Wasser durch polarumlaufende Satelliten; abgeleitete Winddaten aus Beobachtungen geostationärer und polarumlaufender Satelliten der Verlagerung von Wolken; und jetzt den Forschungssatelliten Aeolus mit Windbeobachtungen in der Atmosphäre von Bodennähe bis 30 km Höhe.

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• ADM-Aeolus (Atmospheric Dynamics Mission – ESA Earth Explorer) auf VEGA

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

Neben verschiedenen Spurengasen wie zum Beispiel Sauerstoff, Kohlenmonoxid, Wasserdampf oder auch Methan besteht die Atmosphäre des Mars zum überwiegenden Teil aus Kohlendioxid, welches dabei mit einen Anteil von 95,32 Prozent vertreten ist. Zwei weitere bedeutende Bestandteile der Marsatmosphäre sind Stickstoff (2,7 Prozent) sowie das mit einem Mengenanteil von 1,6 Prozent vorhandene Edelgas Argon. Diese Mengenanteile sind jedoch nicht konstant, sondern sie verändern sich vielmehr in einem bestimmten, jahreszeitlich bedingten Rhythmus.

Ähnlich wie die Polarregionen der Erde sind auch der Nordpol und der Südpol des Mars von zwei geschlossenen Eiskappen bedeckt. Während des Marswinters speisen sich diese Polarkappen in erster Linie aus gefrorenem Kohlendioxid, welches aufgrund der in dieser Jahreszeit auftretenden niedrigen Lufttemperaturen von bis zu minus 130 Grad Celsius in einem großen Umfang aus der Atmosphäre ausfriert und sich in Form von Trockeneis im Bereich des jeweiligen Pols ablagert.

Die nördliche Polarkappe des Mars dehnt sich während des dortigen Winters bis zu einer nördlichen Breite von etwa 70 Grad aus. Während des vergleichsweise warmen Marssommers sublimiert das Trockeneis wieder und wird erneut ein Bestandteil der Marsatmosphäre. Zurück bleibt eine deutlich kleinere Polarkappe aus gefrorenem Wassereis.

Für die lediglich saisonal auftretenden Ablagerungen des Trockeneises im Bereich der Marspole existieren zwei Quellen. Ein Teil des in der Atmosphäre enthaltenen Kohlendioxids kondensiert – ähnlich wie sich auf der Erde bei klarem, kalten Wetter eine Frostschicht auf dem Boden bildet – direkt an der Planetenoberfläche. Teile des restlichen Gases gefrieren dagegen in der Atmosphäre zu winzigen Eiskristallen, aus denen sich Wolken bilden. Unter entsprechenden Bedingungen können diese Kristalle dann als Schnee auf die Oberfläche niedergehen. Die Berechnungen der Wissenschaftler legen nahe, dass insgesamt etwa die Hälfte des saisonalen Eises in Form von Schneekristallen auf die Oberfläche fällt.

Bereits im Jahr 2004 konnten Marsforscher anhand von Daten der von der europäischen Weltraumagentur ESA betriebene Raumsonde Mars Express in der Atmosphäre unseres äußeren Nachbarplaneten aus Kohlendioxideis bestehende Wolken nachweisen (Raumfahrer.net berichtete). Ein aus den auf dem Mars auftretenden Wolken hervorgehender „Schneefall“ konnte erstmals im September 2008 durch den von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebenen Marslander Phoenix im Bereich des marsianischen Nordpols nachgewiesen werden.

Eines der Instrumente des Marslanders, ein LIDAR, konnte dabei in einer Höhe von etwa vier Kilometern über der Marsoberfläche Wolkenformationen ausmachen, aus denen Eiskristalle in Richtung Oberfläche abfielen. Im Jahr 2012 zeigte sich anhand von Daten, welche durch den NASA-Orbiter Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) aufgezeichnet wurden, dass auch im Bereich des Südpols Wolken auftreten, in denen sich Trockeneiskristalle bilden, welche anschließend auf die Oberfläche abschneien.

In einer aktuellen Studie haben Wissenschaftler von der Tohoku-Universität in Sendai/Japan und vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Katlenburg-Lindau jetzt erstmals eine Verbindung zwischen dem Auftreten solcher Eiswolken und einem periodisch auftretenden Wetterphänomen hergestellt. Während des Marswinters erfolgt eine periodisch auftretende Veränderung von Druck, Temperatur, Windrichtung und Windstärke, welche sich dann mit einer großen Regelmäßigkeit wellenartig über den Planeten ausbreitet.

„Dieses Phänomen ist [in dieser Form] auf dem Mars einzigartig“, so Dr. Alexander S. Medvedev vom MPS, einer der an dieser Arbeit beteiligten Planetenforscher. Diese sogenannten „planetaren Wellen“ sind zwar ein auch in der irdischen Meteorologie auftretendes Phänomen. Allerdings fallen die damit verbundenen Druck- und Temperaturschwankungen in der unteren Erdatmosphäre deutlich schwächer aus als vergleichbare Ereignisse auf dem Mars. Zudem treten diese Wellen in der Erdatmosphäre weit weniger regelmäßig auf, so dass der Wellencharakter nicht so stark ausgeprägt erscheint.

„Auf der Nordhalbkugel des Mars treten diese Wellen in der Zeit von Herbst bis Frühling mit einer bemerkenswerten Verlässlichkeit auf“, so Dr. Alexander Medvedev weiter. Sie breiten sich in die östliche Richtung aus und zeigen dabei eine regelmäßige Periode von fünf bis sechs Tagen. Nahe an der Oberfläche lassen sich zusätzlich Wellen mit einer höheren Frequenz beobachten.

Bedingt durch diese Schwankungen fällt die Temperatur in der Marsatmosphäre während der kalten Jahreszeit regelmäßig auf Werte unterhalb von minus 128 Grad Celsius. Dies ist die Temperatur, bei der gasförmiges Kohlendioxid auf dem Mars gefriert. Die Berechnungen der Wissenschaftler zeigen, dass sich überall dort, wo die Temperaturen entsprechend tief absinken, winzige Eiskristalle aus gefrorenem Kohlendioxid bilden und zu Eiswolken konzentrieren.

„Die Eiswolken treten nördlich von 70 Grad nördlicher Breite in allen Luftschichten bis zu 40 Kilometern Höhe auf“, so Dr. Paul Hartogh vom MPS, ein weiterer an dieser Arbeit beteiligter Forscher. Unterhalb von 20 Kilometern Höhe fallen die Kristalle dann als Schnee auf die Planetenoberfläche. Nach Ansicht der an der Studie beteiligten Wissenschaftler könnten die neuen Erkenntnisse dabei helfen, Kohlendioxid-Schneeschauer auf dem Mars für einen Zeitraum von mehreren Wochen vorherzusagen.

„Aus eigener Erfahrung weiß jeder, dass auf der Erde verlässliche Wettervorhersagen nur für eine Zeitspanne von fünf bis maximal sieben Tagen möglich sind“, so Dr. Medvedev. „Es ist schlicht unmöglich zu berechnen, ob es irgendwo auf der Erde in 20 oder 40 Tagen schneien wird.“

Aufgrund der jetzt nachgewiesenen Regelmäßigkeit der in der Marsatmosphäre auftretenden planetaren Wellen gestaltet sich die Situation auf dem Mars jedoch anders. Die Berechnungen der an der Studie beteiligten Wissenschaftler zeigen, dass sich für bestimmte Regionen der nördlichen Hemisphäre des Mars die dort auftretenden Schneefälle weit im Voraus vorhersagen lassen können. Für ihre Simulationen nutzten die Wissenschaftler ein gängiges Klimamodell, welches an die speziellen Umweltbedingungen auf dem Mars angepasst wurde.

„Die Rechnungen müssen vor allem die große Menge an Staub berücksichtigen, der sich in der Atmosphäre des roten Planeten findet“, so Dr. Takeshi Kuroda von der Tohoku-Universität in Sendai/Japan, der Erstautor der Studie. Vergleiche der berechneten Temperaturen und Eiskristalldichten mit entsprechenden Messdaten des Mars Reconnaissance Orbiter zeigten dabei gute Übereinstimmungen.

Die Studie, welche am 29. April 2013 unter dem Titel „Carbon dioxide ice clouds, snowfalls, and baroclinic waves in the northern winter polar atmosphere of Mars“ in der Fachzeitschrift „Geophysical Research Litter“ veröffentlicht wurde, könnte laut den beteiligten Wissenschaftlern besonders für zukünftige Marsmissionen von Bedeutung sein, mit denen die Nordhemisphäre des Mars und dessen Polarregion untersucht werden sollen. Durch entsprechend langfristige Vorhersagen von Schneeschauern könnten die Aktivitäten so geplant werden, dass diese den zu erwartenden Wetterbedingungen angepasst werden.

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• Planet Mars
• Mars Reconnaissance Orbiter (MRO)

Fachartikel von Takeshi Kuroda et al.:

• Carbon dioxide ice clouds, snowfalls, and baroclinic waves in the northern winter polar atmosphere of Mars (Abstract, engl.)

Wöchentliche Wetterberichte vom Mars:

• Malin Space Science Systems (engl.)

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Ein Beitrag von Simon Plasger. Quelle: Raumfahrer.net.

Die Erdbeobachtung ist eines der wichtigsten Gebiete der Raumfahrt. Sie ermöglicht vielfältige Dienste, die allen Menschen nützlich sind. So wäre beispielsweise die Wettervorhersage der nächsten Tage ohne Satelliten, welche das Geschehen in der Atmosphäre messen, nicht möglich. Auch die Erstellung von detaillierten Landkarten bezieht ihre Daten aus der Raumfahrt. Zu diesem aufregenden Thema fand in Aachen das 24. Raumfahrtkolloquium statt.
Den detaillierten Bericht finden Sie hier.

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Ein Beitrag von Mandy Kobs. Quelle: NASA, Raumfahrer.net. Vertont von Peter Rittinger.

Obwohl die Arbeiten an den betroffenen Ventilen und Anschlüssen des Stickstoffgas- und Heliumdrucksystems gestern erfolgreich abgeschlossen werden konnten, reichte die Zeit bis zum Beginn des Startcountdowns nicht, um das erneut nötige Befüllen und Unter-Druck-Setzen des Stickstoff-Heliumsystems abschließen zu können. Aus diesem Grund wurde der Start der Raumfähre Discovery nochmals um 24 Stunden verschoben. Angesetzt ist der Start nun für Mittwoch, den 3. November 2010 um 20:52 Uhr MEZ, der Beginn des Startcountdowns ist für heute Abend 19:00 Uhr MEZ vorgesehen.

Wozu benötigt ein OMS Pod überhaupt Stickstoff und Helium? Gasförmiger Stickstoff dient in diesem System als Pneumatikmedium für die Ventile im OMS-Triebwerk. Die Betätigung der Regelventile im Triebwerkssystem erfolgt durch Stickstoffgas. Nach jeder Brennphase wird das Triebwerk mit Stickstoffgas gespült. Helium dient hier der Druckhaltung sowohl im Treibstoff- als auch im Oxidatortank. Die Zuführung des Brennstoffs für die Triebwerke wird durch Heliumdruck aufrechterhalten, der Treibstoff gelangt somit kontinuierlich in die Brennkammer.

Die Voraussagen der Wetterverhältnisse am nun neuen Starttag sind gleichbleibend günstig. Die Wahrscheinlichkeit für gute Wetterbedingungen zum Startzeitpunkt liegt unverändert bei 70%. Die Wahrscheinlichkeit, dass das Wetter das Tanken verhindert, liegen sogar nur bei 5%. Sollte der Start auf Donnerstag verschoben werden müssen, sinkt die Wahrscheinlichkeit für gutes Wetter auf 60%, da eventuell Regenschauer erwartet werden.

Raumcon:

• STS-133 Countdown und Start

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: Eiast, ukrinform, roscosmos, Interfax.

DubaiSat 1 war als erster Satellit der Vereinigten Arabischen Emirate am 29. Juli 2009 mit fünf weiteren Satelliten auf einer ehemaligen, fast 25 Jahre alten Interkontinentalrakete, nun Dnepr genannt, vom kasachischen Baikonur aus in den Weltraum gebracht worden. Der wie RazakSAT auf dem Satellitenbus SI-200 der Satrec Initiative aus Südkorea basierende Satellit befindet sich in einer annähernd kreisförmigen Bahn um die Erde, von wo aus erste Bilder bereits die Erde erreichten. Das Apogäum, der erdfernste Punkt der Bahn, liegt bei 688 Kilometern Höhe, das Perigäum, der erdnächste Bahnpunkt, bei 673 Kilometern über der Erdoberfläche.
Der Satellit mit einer Masse von fast 200 Kilogramm ist neben einem Radiometer mit einem Bildaufnahmesystem ausgestattet, das es ermöglicht, im Bereich des sichtbaren Lichtes Bilder in Schwarzweiß mit einer Auflösung von fünf Metern zu erfassen. Außerdem können Bilddaten in einem Multispektralbereich mit vier Kanälen zwischen Blau und nahem Infrarot mit einer Auflösung von zehn Metern gewonnen werden. Der Anteil der Nutzlast an der Gesamtmasse des Satelliten liegt bei 50 Kilogramm.

Die Mission des 49,3 Millionen US-Dollar teuren Satelliten soll mindestens fünf Jahre dauern. Von den vom Satelliten bereitgestellten Daten verspricht man sich Wetterinformationen, Vorhersagemöglichkeiten hinsichtlich zu erwartendem Nebel und von Sandstürmen sowie Aussagen über die Qualität des Wassers im persischen Golf. Außerdem sollen Daten des Satelliten für kartographische Zwecke und Geoinformationssysteme verwendet werden können. Telekommunikations- und Transportwesen sowie die Stadtentwicklung sollen so unterstützt werden. Dubai überfliegt der Satellit vier bis fünf Mal innerhalb eines Tages. Die Bilddaten vom Satelliten werden im X-Band gesendet, wofür an Bord zwei Fünf-Watt-Sender zur Verfügung stehen, die Telemetrie wird im S-Band abgewickelt, dazu besitzt der Satellit zwei Empfänger und zwei Zwei-Watt-Sender.

Raumcon:

• Thread zu Dnepr 1 mit Dubaisat 1 u. a.

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Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: ESA.

Der Beginn des sogenannten „Roll-Outs“, bei dem die mobile Startplattform der Ariane 5 von einer starken Zugmaschine die zwei Kilometer lange Strecke vom „Final Assembly Building“ zum Startplatz gezogen wird, verzögerte sich zunächst um rund drei Stunden, da es Probleme mit der Klimaanlage gab, die Temperatur und Luftfeuchtigkeit für das ATV an der Spitze der Trägerrakete bis kurz vor dem Start regulieren soll.

Nach Ankunft der Ariane 5 ES – einer speziell für ATV-Starts angepassten Version der europäischen Schwerlastrakete – beim Startplatz „ELA 3“ stellten insgesamt 50 Ingenieure und Techniker während einer bis in die frühen Morgenstunden andauernden Aktion die für den Start notwendigen Verbindungen und Verkabelungen her. Der nächste wichtige Meilenstein auf dem Weg zum Start von Jules Verne wird die Betankung der ersten Raketenstufe mit flüssigem Treibstoff sein. Der Beginn dieses dreistündigen Vorgangs ist für Sonntagmorgen um 01.00 Uhr (MEZ) geplant.

Alle Ampeln stehen auf grün
Die Wetterprognose für Kourou am Starttag ist günstig: die Ariane 5 ES wird zwar nicht in einen sternenklaren Nachthimmel starten – vor Ort werden die Uhren erst 01.03 Uhr anzeigen, wenn die Triebwerke der beiden Feststoffbooster sowie der ersten Raketenstufe nach dem Zünden den Startplatz in gleißende Helligkeit tauchen werden -, sondern bald nach dem Start in einem dicht bewölkten Himmel den Augen und Kameras der Beobachter entschwinden. Gewitter oder starke Winde jedoch sind für den anvisierten Starttermin nicht vorhergesagt; einem Start wird von dieser Seite her also wohl nichts im Wege stehen.

Aus technischer Sicht stehen alle Zeichen ebenfalls unverändert auf grün: Weder beim Transportraumschiff Jules Verne noch bei seiner Trägerrakete oder der Startanlage sind bisher technische Probleme aufgetaucht. Nachfolgend finden Sie eine Übersicht der wichtigsten Punkte während des Starts:

Der Start live auf Raumfahrer.net und per Video-Stream
Wir werden unsere Berichterstattung am Sonntagmorgen um 04.00 Uhr (MEZ) beginnen und den Start des ersten europäischen Raumtransporters natürlich live hier auf Raumfahrer.net begleiten – stellen Sie Ihren Wecker oder machen Sie einfach gleich durch, wenn Sie mit uns zusammen diesen spannenden Moment der europäischen Raumfahrt verfolgen möchten. Die europäische Raumfahrtagentur ESA bietet unter Watch the ATV launch – LIVE einen Videostream vom Start an, unter http://www.esa.int/SPECIALS/ATV/index.html findet sich ein ESA-Spezial zum ATV mit einer Vielzahl interessanter Informationen (in englischer Sprache; eine geringere Auswahl an deutschsprachigen Informationen zum Thema bieten auch die deutschsprachigen ESA-Seiten im Internet).

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