Die Satelliten und ihre Flugbahnen

Die ESA hat mit dem Bau der drei identischen Swarm-Satelliten die Astrium GmbH in Friedrichshafen beauftragt. Astrium ist für das Gesamtsystem, die elektrischen Systeme und die optische Bank sowie die Montage verantwortlich. Astrium UK (Großbritannien) war für die Fertigung der Satellitenstruktur, den mechanischen Anteil, das Thermalsystem und das Antriebssystem zuständig. Von dem Schweizer Unternehmen RUAG, zu dem Firmen in der Schweiz, Österreich und Schweden gehören, stammen der Ausleger, Strukturteile, Antennen und ein GPS-Receiver.

Magnetisch „cleaner“ Raumflugkörper

 

Damit die Satelliten ihre Aufgabe erfüllen können, waren bei Konstruktion und Bau des Trios einige Randbedingungen zu beachten. Die wichtigste lautete: Die Flugkörper und alle Instrumente müssen magnetisch „clean“ sein, um die Messwerte der beiden Magnetometer an Bord nicht zu verfälschen. Was bedeutet das konkret:

• keine magnetisierbaren Materialien verwenden
• keine Komponenten einsetzen, die für ihren Betrieb Magnetfelder benötigen oder erzeugen
• möglichst keine beweglichen Teile einbauen
• außerdem wurden während des Baus und der Montage bei Astrium Friedrichshafen und den abschließenden Überprüfungen bei der Industrieanlagengesellschaft Ottobrunn (IABG) alle Teile und Werkzeugeauf Magnetisierung überprüft, die in die speziell dafür hergerichteten Reinräume kamen

Von CHAMP zu Swarm

 

Bei der Konstruktion des Flugkörpers konnten die Ingenieure bei Astrium auf ein bewährtes Modell zurückgreifen, das sich bereits bei der CHAMP-Mission vom GeoForschungsZentrum in Potsdam mit einer ähnlichen Aufgabenstellung bewährt hat. Die von 2000 bis 2010 durchgeführte Mission hatte die vorrangige Aufgabe, das Schwerefeld der Erde zu vermessen. Gleichzeitig wurde auch das Erdmagnetfeld mit einem genauen Magnetometer erfasst.

Die eigentümliche trapezförmige Form ergab sich aus der Aerodynamik des Flugkörpers und physikalischen Vorgaben für die Platzierung der Instrumente und Subsysteme. Auf der Oberseite des Körpers befinden sich Solarzellen für die Energieversorgung. Ein vier Meter langer Ausleger – das einzige bewegliche Element am Satelliten – trägt zwei Magnetometer und Sternsensoren für die Lagebestimmung des Flugkörpers. Er wird kurz nach dem Erreichen der Umlaufbahn ausgeklappt. Danach werden keine Teile mehr am Satelliten bewegt.

Nur ein halber Formationsflug

 

Das Satellitentrio wird mit einer einzigen Trägerrakete, einer russischen Rockot, vom Weltraumbahnhof Plessezk im Norden Russlands gestartet. Nach dem Erreichen der polaren Umlaufbahn werden die drei Satelliten von einem speziell dafür entwickelten Dispenser ausgesetzt. Zwei Exemplare fliegen dann direkt nebeneinander in einem Abstand von maximal 150 Kilometern in Formation. Sie sollen das Magnetfeld in seiner ganzen Veränderlichkeit aufnehmen.

Rund 150 Kilometer darüber fliegt der dritte Satellit. Er bewegt sich etwas langsamer und ist deshalb nicht Teil des starren Formationsflugs. Doch er erst macht es möglich, Löcher in der Ionosphäre zu vermessen.

Die Differenz der Bahnneigung zwischen dem tiefer fliegenden Paar und dem höher fliegenden Satelliten beträgt zu Beginn der Mission 0,6 Grad und erreicht nach drei Jahren Betrieb 90 Grad. Auf diese Weise lassen sich räumliche Veränderungen im Magnetfeld der Erde dreidimensional mit hoher Genauigkeit und lückenlos erfassen.