Elegante GOCE zwaar beproefd bij ESTEC
Na een maand van zware tests en onderzoeken bij ESTEC in Noordwijk, keert ESA’s aardobservatiesatelliet GOCE deze week in onderdelen terug naar zijn makers. GOCE was bij ESTEC om te testen of het ontwerp aan de gestelde criteria voldoet.
Het structuurmodel van GOCE doorstond alle tests met glans, waaronder die op de triltafel en in de akoestische kamer. De satelliet heeft met dat ‘examen’ een belangrijke horde genomen in de aanloop naar zijn lancering in 2006.
GOCE is niet zomaar een satelliet, het is de “elegante sportwagen” onder de satellieten, vindt projectwetenschapper Roger Haagmans: ‘Een gestroomlijnde aardobservatiesatelliet en tegelijk een soort supervliegtuig dat overweg kan met de meest barre omstandigheden.’
De bijzondere vorm is behalve een lust voor het oog ook bittere noodzaak. GOCE wordt in de laagste baan rond de aarde gebracht die ooit door een aardobservatiesatelliet van ESA werd beschreven: 250 kilometer. De wrijving van de atmosfeer op die hoogte is nog aanzienlijk. Deze wordt gedeeltelijk geminimaliseerd door zijn vormgeving maar daarnaast ook gecompenseerd door een actief gestuurd voortstuwingssysteem.
Gevoelig
GOCE onderscheidt zich op vele fronten van andere satellieten, onder andere omdat hij géén bewegende onderdelen bevat. Zelfs het goudgekleurde folie dat kunstmanen normaal gesproken beschermt tegen hitte en kou, is vervangen aan de zonzijde. Haagmans: ‘Voor de missie is het van essentieel belang dat niets beweegt. Zelfs een kleine klik zou de gevoelige versnellingsmeters van de wijs kunnen brengen.’
Zes versnellingsmeters vormen het kloppend hart van GOCE. In twee jaar tijd zullen ze de details van het aardse zwaartekrachtveld met ongeëvenaarde precisie in kaart brengen. Veel nauwkeuriger dan waarnemingen op aarde, maar ook dan de waarnemingen van de Duitse en Duits-Amerikaanse satellieten CHAMP en GRACE, die zich op ongeveer 400 kilometer hoogte bevinden.
Nauwkeurig
GOCE kan door gebruik van zijn eigen versnellingsmeters en GPS-satellieten details in het zwaartekrachtveld reconstrueren van honderd tot honderdvijftig kilometer. Om niet gestoord te worden door de wrijving van de atmosfeer in zijn lage baan rond de aarde, is de satelliet voorzien van een hoogstaand technisch snufje: het ‘drag-free control system’. GOCE meet de wrijving en compenseert deze vervolgens met zijn ionenmotor.
Uit waarnemingen van het zwaartekrachtveld van de aarde, maakt GOCE ook een kaart van het zeeoppervlak in rust zoals dat zou zijn als er géén externe krachten op zouden inwerken. Dit virtuele oppervlak ook doorgetrokken op land heet de geoïde en is de basis voor veel verschillende toepassingen zoals een nul referentie voor ons hoogtesysteem bijvoorbeeld het NAP.
Oceaancirculatie en zeespiegelstijging
Met de geoïde van GOCE hebben onderzoekers een referentie in handen om stromingen in het zeeoppervlak nauwkeurig te herleiden, als de gegevens worden gebruikt in combinatie met satelliethoogtemetingen van aardobservatiesatellieten als ESA’s ENVISAT en ERS-1.
Een tweede toepassing volgt eveneens uit de geoïde. Omdat deze hypothetische kaart zich niet beperkt tot Europa of de oceanen, kunnen hoogtesystemen wereldwijd op elkaar worden afgestemd. Bijvoorbeeld om de exacte hoogteverschillen tussen gebergten te bepalen, maar ook om veranderingen in de zeespiegel in kaart te brengen en te verklaren.
Tenslotte bestudeert GOCE de binnenkant van de aarde. Het zwaartekrachtveld is eigenlijk een soort spiegel van de verdeling van massa in de aarde. Als zich ergens meer massa bevindt, dan zal, afhankelijk van het soort materiaal en de afstand tot het aardoppervlak, er ook meer zwaartekracht zijn.
‘Door GOCE’s gegevens te combineren met seismische gegevens, kun je de bestaande kaarten van de samenstelling van de aardkorst en -mantel aanzienlijk verbeteren’, aldus Haagmans. ‘En dat zou onze kennis van het ontstaan van bijvoorbeeld aardbevingen en vulkaanuitbarstingen kunnen vergroten.’
