ESA-Bodenstationen haben Satelliten und Raumsonden immer im Blick

Die 35 Meter-Antenne von Malargüe
13 Dezember 2012

Die ESA nimmt in diesen Tagen eine neue Bodenstation in Argentinien nahe der Stadt Malargüe mit einer 35 Meter-Antenne in Betrieb. Damit wird das weltweite Netz der ESA-Stationen, die der Kommunikation mit den europäischen Satelliten und Raumsonden sowie ihrer Bahnbestimmung dienen, weiter ausgebaut und vor allem die Verbindung zu weit entfernt fliegenden Raumflugkörpern verbessert.

Warum hat die ESA aber genau an dieser Stelle ihre neue Bodenstation errichtet? Dieser Frage soll im Folgenden nachgegangen werden.

Satelliten brauchen Funkkontakt mit der Erde

Die Europäische Weltraumorganisation ESA betreibt seit ihrer Gründung eine Reihe von Satelliten und Raumsonden zur Erforschung des Weltalls, von Planeten, Kometen und Asteroiden sowie der Erkundung der Erde. Beispiele sind die Astronomiesatelliten Herschel und Planck oder die interplanetaren Raumsonden Mars Express, Venus Express und die Kometensonde Rosetta.

Mit dem Start der Raumflugkörper ist es jedoch nicht getan. Für deren Betrieb und vor allem die Übertragung der wertvollen Forschungsdaten muss zumindest zeitweilig eine Funkverbindung zwischen der Erde und dem Satelliten oder der Raumsonde hergestellt werden. Gleichzeitig dienen die Funkverbindungen dazu, mittels spezieller Funkmessgeräte die genaue Flugbahn des jeweiligen Raumflugkörpers zu ermitteln. Dafür werden auf der Erdoberfläche eine Reihe nach bestimmten Kriterien platzierter Bodenstationen benötigt. Zu erkennen sind solche Einrichtungen an ihren außergewöhnlich großen Parabolantennen. Sie reichen im Durchmesser von 5 bis 35 Metern. Die amerikanische Weltraumagentur NASA betreibt sogar einige Stationen mit 70 Meter-Antennen.

Je größer, desto besser

Die SvalSat Station auf Spitzbergen in rauher Umgebung
Die SvalSat Station auf Spitzbergen in rauher Umgebung

Hauptsächlich aus Gewichtsgründen wird bei der Konstruktion von Satelliten und Raumsonden an jedem Gramm gespart. Dazu kommen eingeschränkte Möglichkeiten, genügend elektrische Energie an Bord zur Verfügung zu stellen. Das bekommen auch die Konstrukteure der Bordfunkeinrichtungen zu spüren. Ihre Geräte können deshalb nur Daten mit wenigen Watt Leistung zur Erde senden. Man braucht auf der Erde also richtig große Antennen zum Empfang der schwachen Signale. Der Kometenjäger Rosetta schickt seine Daten mit lediglich 28 Watt Sendeleistung Richtung Erde und das über mehrere hundert Millionen Kilometer. Da genügen dann nicht nur riesige Antennen, sondern es sind auch ausgeklügelte Übertragungsverfahren und besonders rauscharme Empfänger nötig.

Eine Station genügt nicht

Satelliten bewegen sich je nach Aufgabenstellung auf bestimmten Umlaufbahnen um unseren Heimatplaneten. Dazu kommt noch, dass die Erde sich in 24 Stunden einmal um ihre Achse dreht, was wir Erdlinge am Tag- und Nachtrhythmus merken. Die Folge ist, dass die Satelliten einen festen Punkt auf der Erdoberfläche nur für kurze Zeit, oftmals nur wenige Minuten, überfliegen. Will man also für längere Zeit Kontakt mit dem Raumflugkörper halten, werden mehrere Bodenstationen auf der Erdoberfläche benötigt. Und die müssen strategisch günstig an bestimmten Überflugpunkten gebaut werden.

Eine Ausnahme bildet die sogenannte geostationäre Flugbahn. Sie befindet sich genau über dem Äquator und wenn der Satellit sich dort in rund 36 000 Kilometern über der Erde bewegt, hat er die gleiche Geschwindigkeit wie die Erdrotation. Der Satellit „steht“ dann scheinbar über dem Äquator. Deshalb ist diese Bahn besonders für Kommunikations- und Wettersatelliten interessant.

ESTRACK

Die Standorte der ESTRACK - Bodenstationen

Das von der ESA betriebene Stationsnetzwerk heißt ESTRACK (ESA tracking stations) und verfügt über insgesamt zehn Stationen in sieben Ländern im sogenannten Kernnetzwerk. Gesteuert wird das Ganze vom ESTRACK Control Centre am ESOC in Darmstadt. Dorthin werden auch die Daten der Satelliten und Raumsonden weitergeleitet.

Außer auf das Kernnetzwerk hat die ESA auch noch Zugriff auf weitere vertraglich gesicherte Stationen von anderen Organisationen wie dem DLR (Deutschland), der CNES (Frankreich) oder der amerikanischen NASA. Fünf weitere kommerziell betriebene Stationen können ebenfalls auf Basis von Serviceverträgen genutzt werden.

 

Eine besondere Stellung nehmen die Stationen mit Antennen von 35 Metern Durchmesser ein. Zusammen mit der neuen Station in Argentinien verfügt die ESA über drei derartige Antennen, die derzeit größten der ESA. Die beiden anderen sind bereits in Betrieb und befinden sich in Australien (nahe New Norcia) und Spanien (Cebreros). Sie bilden zusammen das European Deep Space Network und dienen vor allem der Verbindung mit interplanetaren Sonden, die sich weit von der Erde entfernen, wie Mars Express, Venus Express, Rosetta oder BepiColombo. Die Standorte wurden so bestimmt, dass nun eine ständige Verbindung zu Raumsonden möglich ist.

Hochgenaue Bahnbestimmung

Für die Bahnbestimmung müssen immer zwei Bodenstationen Verbindung zur Raumsonde haben

Der neue Standort Malargüe ist aber auch für die Bahnbestimmung wichtig, bei der immer zwei Bodenstationen die Raumsonde im Blick haben müssen. Aus bestimmten Daten der Funksignale wird über ein kompliziertes Verfahren der genaue Bahnverlauf errechnet.

Die neue Bodenstation in Argentinien ist deshalb eine willkommene Ergänzung der Infrastruktur, die nicht nur europäischen Missionen, sondern auch denen anderer Nationen zugutekommen wird.

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