Envisat: Final Countdown in Darmstadt

Endlich ist es soweit. Envisat ist startbereit. Die gigantische Mission zum Planeten Erde kann beginnen. Der Umweltsatellit der ESA soll mindestens fünf Jahre lang auf einer sonnensynchronen polaren Umlaufbahn in 800 km Höhe etwa alle 100 Minuten die Erde umrunden und dabei den gesamten Globus mit seinen Sensoren abtasten. Envisat ist mit den besten Augen ausgestattet, darunter einem tageszeit- und wetterunabhängigen Radarsystem. Seine zehn Sensorsysteme erfassen die auf den Meeren und Landflächen sowie in der Atmosphäre ablaufenden Prozesse in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung. Sie bieten damit alles, was sich Wissenschaftler im Einsatz für den von Umweltgefahren bedrohten Heimatplaneten wünschen.

ESOC steuert den Umweltsatelliten

Die Envisat-Mission wird vom Europäischen Raumfahrtkontrollzentrum ESOC in Darmstadt überwacht und gesteuert. Dort hat man sich auf dieses Großereignis intensiv vorbereitet. Allein am Starttag werden etwa 100 Mitarbeiter in der Flugkontrolle, im Computerservice, in der Öffentlichkeitsarbeit sowie in anderen Bereichen der Infrastuktur diesen Event absichern. Die Stimmung ist hervorragend. Deutlich ist aber auch die innere Anspannung der Wissenschaftler, Techniker, Ingenieure und Mitarbeiter zu spüren. Viele begleiten die anspruchsvolle Mission bereits seit etlichen Jahren. Kein Wunder, dass Ihr Adrenalinspiegel mit herannahendem Startzeitpunkt Höchststände erreichen dürfte. Das trifft auch auf Andreas Rudolph zu. Er ist Envisat-Betriebsleiter beim ESOC. Neun Jahre seines Lebens hat der „Spacecraft Operations Manager“, so sein offizieller Titel in Darmstadt, dem Erdbeobachtungs-Satelliten gewidmet. Envisat bezeichnet er als „sein Kind“. Wie er, identifizieren sich auch die anderen Flugkontrolleure und Spezialisten mit dieser Mission. So besitzt das „Kind“ Envisat viele „Väter“ und einige „Mütter“.

26 000 Parameter werden gecheckt

Von den Flugkontrolleuren hängt sehr viel ab. Das Kernteam von etwa 15 bis 20 Spezialisten wird im Hauptkontrollraum des ESOC arbeiten. Weitere Arbeitsgruppen sind zugeschaltet. Parallel hierzu arbeitet ein 30 bis 40 Personen umfassendes Industrie-Team von Astrium in einem eigenen Kontrollraum. Gemeinsam stimmen sie die Operationen ab.
Der Datenstrom ist gigantisch. 26 000 Parameter werden permanent an Bord von Envisat gecheckt. Auch wenn Computer einen Großteil der Arbeit übernehmen, müssen die Flugkontrolleure doch die Daten bewerten und entsprechende Entscheidungen treffen.

Kurz nach dem Start und dem Einschuß in die Satellitenbahn gibt es mehrere kritische Phasen beim Aktivieren der Bordsysteme. Dabei ist Envisat ständig unter der Kontrolle des weltweiten Bodenstationsnetzes, dessen Daten automatisch zum ESOC nach Darmstadt übertragen werden.

Sechs Monate Inbetriebnahme

In den ersten vier Tagen sind noch etliche Operationen notwendig, um den Satelliten voll in Betrieb nehmen zu können. Das Gelingen all dieser Prozeduren entscheidet über Erfolg oder Misserfolg der Mission.
Weitere sechs Monate werden voraussichtlich vergehen, bis Envisat für den Routinebetrieb freigegeben werden kann. In dieser Zeit - die Fachleute sprechen von der Inbetriebnahme bzw. der Commissioning-Phase - werden genau festgelegte Schritte ausgeführt, um die spätere einwandfreie Arbeit aller Systeme gewährleisten zu können. Die ESOC-Teams um Andreas Rudolph und Palle Soerensen, dem Leiter des Bodensegments, sind bestens darauf vorbereitet. Seit dem 1. Februar 2001 haben sie in einer umfassenden Simulationskampagne alle nur erdenklichen nominellen und außergewöhnlichen Flugsituationen durchgespielt. Die letzte Übung lief am 25. Februar.

Die Inbetriebnahme umfaßt drei Phasen:

 

1. Die Launch and Early Orbit Phase (LEOP)
2. Die Switch On and Data Acquisition Phase SODAP
3. Die Calibration and Validation Phase CAL-VAL

Kritische Zeitabschnitte

Besonders zeitkritisch ist die LEOP-Phase, bei der in den ersten vier Tagen nach dem Start alle wichtigen Bordsysteme aktiviert werden und der Satellit in die richtige Lage im Raum gebracht wird. Unmittelbar nach dem Start erfolgt in einem mehrstufigen Procedere das Ausklappen der Solarzellenflächen, um die Energieversorgung an Bord zu gewährleisten. Wenn das nicht gelingt, wird es sehr kritisch, denn die an Bord befindlichen chemischen Batterien können nur für eine Überbrückungszeit von maximal 6 Stunden 40 Minuten Strom liefern. Ca. 3 Stunden nach dem Start wird das Solarzellenpaddel auf die Sonne ausgerichtet.
Am zweiten Tag erfolgt die Feinkorrektur der Umlaufbahn von Envisat. Um später optimale Messergebnisse von den Instrumenten an Bord zu bekommen, ist ein bestimmter Orbit mit engen Toleranzen nötig. Ausserdem soll sich Envisat im Abstand von 30 Minuten zu seinem Vorgänger, dem Erdbeobachtungssatelliten ERS 2, über der Erdoberfläche bewegen. So stehen für die Zeit, in der ERS 2 noch aktiv ist, vergleichende Daten zur Verfügung.
Am dritten Tag wird die zehn Meter lange Radarantenne des Hauptinstrumentes ASAR (Advanced Synthetic Aperture Radar) geöffnet. Danach sind weitere Feinkorrekturen der Lage des Satelliten im Weltraum vorgesehen. Am Ende der LEOP-Phase steht den Verantwortlichen des nächsten Inbetriebnahme-Abschnittes ein in den Grundfunktionen betriebsbereiter Envisat zur Verfügung. Entfaltet misst der Gigant jetzt 25 x 7 x 10 Meter.

Die Instrumente werden "geweckt"

Nun ist es an der Zeit, die an Bord befindlichen wissenschaftlichen Nutzlasten zum Leben zu erwecken. Im Lauf der nächsten sechs Wochen werden im Rahmen der SODAP-Phase die Instrumente und zugehörigen Bordsysteme Schritt für Schritt aktiviert. Die ersten gelieferten Daten müssen ausgewertet und mit den projektierten verglichen werden. Telemetrie-Informationen zeigen an, ob alle Systeme auch wirklich „gesund" sind. In der vierten Woche nach dem Start wird das berühmte „First Image“ vom Radarsystem erwartet. Das ist ein Höhepunkt für die breite Öffentlichkeit.

Nach dem erfolgreichen SODAP-Abschluss kann der letzte Schritt des Inbetriebnahme-Szenarios erfolgen. Alle Messinstrumente und Sensoren müssen jetzt kalibriert werden. Anhand vorgegebener Referenzwerte erfolgt ein Vergleich mit den gesendeten Daten der Geräte. Diese werden nun so eingestellt, dass den Nutzern zum Schluss korrekte Informationen geliefert werden können. All das geschieht in der so genannten CAL/VAL-Phase. Sie ist sehr aufwendig. Für diesen längsten Überprüfungs-Abschnitt sind deshalb viereinhalb Monate vorgesehen.

Am Ende steht der Wissenschaft ein voll funktionstüchtiger Satellit mit den modernsten Instrumenten zur Umwelterforschung und -überwachung des Heimatplaneten Erde zur Verfügung.

Übersicht - Wichtige Aktivitäten zur Inbetriebnahme von Envisat

Missionszeit nach Start	Aktivität
(Stunden:Minuten:Sekunden)
LEOP
1. Tag
000:00:00	START
000:03:14	Abwerfen der Nutzlastverkleidung
000:09:46	Zündung der Ariane-5-Oberstufe
000:24:52	Umlaufbahn wird erreicht
000:26:35	Trennung von Oberstufe und Envisat
000:26:49	Beginn der Entfaltung des Solarzellenpaddels
002:35:46	Solarzellenpaddel wird zur Sonne gedreht
2. Tag
025:02:42	Beginn der Bahnneigungskorrektur
3. Tag
047:29:40	Beginn der Manöver zum Entfalten der Radarantenne
4. Tag
084:20:00	Abschluss der Entfaltung
SODAP
139:24:36	Ausfahren des Antennenmastes für das Ka-Band
ab dem 5. Tag	Einschalten der Instrumente