ESA´s Schwerkraft-Mission GOCE startet im September

GOCE im großen Weltraumsimulator
27 Mai 2008

GOCE, Europas Satellit zur extrem genauen Vermessung des Erdschwerefeldes, soll nunmehr am 10. September 2008 mit einer Rockot vom russischen Kosmodrom Plessezk aus ins All starten. Das spezielle Flugprofil von GOCE (Gravity Field and steady-state Ocean Circulation Explorer) erfordert noch einige gerätetechnische Anpassungen für den neuen Termin, die derzeit im Europäischen Zentrum für Weltraumforschung und -technologie (ESTEC) in Noordwijk (Niederlande) vorgenommen werden.

Nach dem Abschluss der Neukonfiguration des Satelliten wird er im Juli seine Reise vom ESA-Testzentrum in Noordwijk zum nordrussischen Raumfahrtbahnhof Plessezk antreten. Von dort aus soll der schmale, fünf Meter lange ESA-Satellit mit einer Rockot-Trägerrakete – einer modifizierten russischen SS 19-Interkontinentalrakete – in einen ungewöhnlich niedrigen Orbit transportiert werden. Die „Rockot“ besteht aus der ersten und zweiten Stufe der SS 19 und der Oberstufe „Breeze-KM“ für kommerzielle Nutzlasten.

Breeze separation
GOCE wird im Weltraum von der "Breeze-KM"-Oberstufe abgetrennt

Diese Oberstufe war die Ursache für die Startverschiebung des Satelliten. Bis Anfang März dieses Jahres lag die GOCE-Mission noch voll im Zeitplan mit einem geplanten Start Ende Mai 2008. Als am 15. März jedoch die „Breeze M“-Oberstufe einer Proton-Rakete versagte, wurden bis zur Klärung der Ursachen alle Starts mit „Breeze“-Oberstufen durch eine Russische Staatliche Kommission ausgesetzt. Wenngleich sich die „Breeze KM“-Oberstufe des GOCE-Trägers von der größeren „Breeze-M“-Oberstufe für die Proton unterscheidet, verfügen beide Typen jedoch über eine Reihe identischer Komponenten. Die Untersuchungen haben nunmehr ergeben, dass ein Einsatz der „Breeze-KM“ ohne Sicherheitsrisiko möglich ist. Aus diesem Grund hat die Russische Staatliche Kommission GOCE zum Start freigegeben.

Außergewöhnliches Flugprofil

Solar panel inspection
Inspektion der Solarzellenflächen

GOCE soll aus seiner Umlaufbahn heraus das gesamte Schwerefeld der Erde in bislang unerreichter Genauigkeit und Auflösung vermessen und dabei den Variationen auf die Spur kommen. Im Ergebnis entsteht ein wesentlich verbessertes mathematisches Modell eines Geoids. Das Geoid ist eine gedachte Bezugsfläche im Schwerefeld der Erde zur Beschreibung der Erdform, die an jeder Stelle das gleiche Gravitationspotenzial aufweist.
Mit dem GOCE-Geoid als Höhenbezugsfläche wird ein globales, einheitliches Höhensystem in Zentimeter-Genauigkeit realisierbar. Ein derartiges Modell bildet die entscheidende Grundlage für präzise Messungen der Ozeanzirkulation und der Änderungen des Meeresspiegels. Alle diese Größen verändern sich stetig durch den Klimawandel. Darüber hinaus erlauben die von GOCE ermittelten Daten neue Einblicke in die Prozesse im Erdinneren.

Zur Erfüllung seiner Aufgaben ist GOCE darauf ausgelegt, auf der niedrigsten – technisch realisierbaren – Umlaufbahn zu fliegen, um ein möglichst starkes Gravitationssignal zu empfangen. Der schlanke, pfeilförmige Satellit ist extrem formstabil gebaut, damit die Eigenbewegungen des Satelliten die Messungen des Schwerefeldes nicht verfälschen können. GOCE weist deshalb keines der beweglichen Teile auf, die für andere Raumflugkörper häufig charakteristisch sind. Und da der ESA-Schwerkraftspäher die Erde so umkreisen wird, dass immer eine bestimmte Seite auf die Sonne gerichtet ist, wurde nur die betreffende Seite mit Solarpaneelen ausgestattet.

GOCE in orbit
Grafische Darstellung von GOCE im Erdorbit

Wegen seiner geringen Höhe und Bahnneigung wird GOCE einmal pro Jahr eine Eklipse-Phase von 135 Tagen durchlaufen. Eine Eklipse kann in diesem Zeitraum pro Erdumlauf bis zu 28 Minuten dauern. Aufgrund der besonderen Orbitaldynamik ist die Eklipse-Phase in der Zeit zwischen Oktober und Februar oder zwischen April und August möglich, abhängig davon, ob der Satellit morgens oder abends auf die Reise geschickt wird.

Bei dem jetzt vorgesehenen Starttermin im September erscheinen die Eklipsen zwischen April und August günstig, wohingegen sich beim Start im Mai noch die Eklipsen-Phase im Winter angeboten hätte. Diese beiden Konstellationen unterscheiden sich dahingehend, dass der Satellit von der Sonne aus betrachtet in einem Fall im Uhrzeigersinn und im anderen Fall gegen den Uhrzeigersinn um die Erde kreist. Dies hat schließlich Folgen für die Konfiguration des Satelliten, denn einige Bauteile müssen nun von der einen Seite des Flugkörpers auf die andere versetzt werden.

Letzter „Schliff“ im ESTEC

GOCE data products
GOCE wird sehr niedrig über der Erdoberfläche fliegen

Dank des auf Flexibilität ausgelegten Satellitendesigns ist dies jedoch ohne größere Schwierigkeiten machbar. Die ESA nimmt derzeit in den Niederlanden die entsprechenden Änderungen für die neue Flugkonfiguration vor.

Bereits seit August vergangenen Jahres wurde der Hightech-Raumflugkörper in den Testanlagen der ESA auf Herz und Nieren geprüft. Um sicherzustellen, dass GOCE für die extremen Belastungen in der Startphase ebenso gewappnet ist wie für die harten Bedingungen im All, sah das Untersuchungsprogramm ein breites Spektrum an Qualifikationstests vor. Eine der Testreihen wurde im „Large Space Simulator“ des ESTEC durchgeführt. In diesem großen „Weltraumsimulator“ wird in einem künstlichen Vakuum mit Hilfe von Lampen und Spiegeln die extreme Hitze der Sonne simuliert. Dabei wurde die der Sonne zugewandte Seite des Satelliten einer Wärmeenergie von 1400 W pro Quadratmeter ausgesetzt.

Nach erfolgtem Umbau und dem Abschluss aller Tests wird GOCE per Flugzeug von den Niederlanden ins russische Archangelsk transportiert. Von dort aus geht es dann per Bahn weiter zum Kosmodrom Plessezk, wo der Satellit vor dem Start noch einige abschließende Überprüfungen durchlaufen muss.

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