Satellitenflotte Swarm wird in Deutschland gebaut

Swarm mapping of Earth's crust
Swarm blickt auch ins Erdinnere
19 November 2007

Die Swarm-Mission zur Erforschung des Erdmagnetfeldes mit einer bisher nicht erreichten Genauigkeit hat einen Meilenstein erreicht. Bei der EADS-Astrium GmbH in Friedrichshafen wurde mit dem Bau der drei Satelliten nach dem erfolgreichen Abschluss der Entwurfs- und Definitionsphase begonnen. Der Start der Raumflugkörper mit einer einzigen Rakete ist im Oktober 2010 geplant.

Die Bauphase, die unter Fachleuten auch als Phase C/D bekannt ist, beginnt zunächst mit dem Abschluss der endgültigen Konstruktion sowie dem Bau von Struktur- und Funktionsmodellen der Raumflugkörper, die schließlich zur Fertigung der Flugmodelle führen werden. Das Projekt hat damit die „Zeichenbretter“ verlassen, ein wichtiger Schritt auf dem Weg zum Bau der Raumflugkörper, die die Erde in einer bestimmten Konstellation als Schwarm (eng. Swarm) umkreisen werden.
Yvon Menard, der Swarm Projektmanager der ESA, freut sich bereits auf die nächsten Arbeitsschritte, denn: „Es war ein wirkliches Vergnügen, zusammen mit der Industrie an der Definitionsphase zu arbeiten. Und das, obwohl eine Reihe schwieriger Herausforderungen während des Entwurfs zu bewältigen waren, die zu Höchstleistungen führten, wie wir sie niemals zuvor bei einer Mission für die Magnetfeldforschung erreicht haben. Die brillanten Lösungen der Industrieteams ebnen uns nun den Weg zum Bau der drei Satelliten und deren Forschungsinstrumenten.“

Hochpräzise Erforschung des Erdmagnetfelds

Vom Reißbrett zur Hardware

Mit Swarm wollen die Forscher das Erdmagnetfeld und die Vorgänge im Erdinnern besser verstehen lernen, wobei es die besondere Konstellation der drei Satelliten in der Erdumlaufbahn ermöglicht, die Magnetfelder, die von der Erde verursacht werden, von denen aus dem Weltall zu unterscheiden.
Hochpräzise und hochauflösende Messungen der Stärke, Richtung und Veränderung des Erdmagnetfeldes, ergänzt durch präzise Navigationsdaten, Beschleunigungsmessungen und Messungen des die Satelliten umgebenden elektrischen Feldes sollen wertvolle Daten liefern, welche unverzichtbar für eine genauere Modellierung des geomagnetischen Feldes sind. Die Auswertung der Daten wird neue Einblicke in das Erdsystem bringen und unser Verständnis der dynamischen Prozesse im Erdkern verbessern, genauso wie das Wissen über die Zusammensetzung des Erdmantels und der Struktur der Erdkruste.

Ein weiteres Forschungsziel von Swarm ist die Untersuchung des Einflusses der Sonne auf die Erde. Roger Haagmans, Missionswissenschaftler bei der ESA, weiß: „Aus wissenschaftlicher Perspektive sehen wir große Potentiale, mit den Swarm-Daten sowohl einen tiefen Blick in das Innere der Erde zu werfen als auch die Wechselwirkungen zwischen dem Sonnenwind und den uns umgebenden Erdmagnetfeld im Kontext mit den weltweiten Klimaänderungen besser zu verstehen.“

Darüber hinaus erwarten die Forscher, dass Swarm den Menschen praktischen Nutzen bringen kann, indem die Vorhersage von Strahlungsausbrüchen im Weltraum verbessert wird und so Störungen auf der Erde, beispielsweise der Energieversorgung oder der Telekommunikation, eingegrenzt oder gar vermieden werden können.

Ein Schwarm fliegt um die Erde

Die SWARM-Satelliten basieren auf den erfolgreichen Missionen Champ und GRACE

Nach dem Motto: „Gemeinsam sind wir stark“ ermöglicht die besondere Anordnung der drei Satelliten als Schwarm zusammen mit äußerst präzisen Instrumenten an Bord die Gewinnung qualitativ hochwertiger Daten, die bisher nicht verfügbare Informationen enthalten sollen.
Zwei Vertreter von Swarm werden in einer Höhe von 490 km nebeneinander her fliegen, während der dritte Satellit in 530 km über der Erdoberfläche und in einer anderen Bahnebene unseren Heimatplaneten umkreist.
Die drei Raumflugkörper sind in Form und Größe identisch, jeder hat eine Gesamtlänge von 9,25 m und all drei verfügen über die gleichen Forschungsinstrumente. Mehr als die Hälfte der Länge wird dabei durch einen Instrumentenarm bestimmt, der erst im Weltraum ausgeklappt wird. An seinem Ende befindet sich als wissenschaftliches Hauptinstrument das so genannte Vector Field Magnetometer (VFM), um nicht durch Magnetfelder des Satelliten gestört zu werden. An diesem Arm sind in der Nähe des Magnetometers auch Sternensensoren montiert, die starr mit dem VFM durch eine so genannte optische Bank verbunden sind, eine sehr präzise Vorrichtung zur Verarbeitung optischer Informationen. Die Sensoren dienen zusammen mit einem an der äußersten Spitze des Arms montierten Absolute Scalar Magnetometer (ASM) dazu, die Lage der Satelliten in Bezug zum Magnetfeld zu bestimmen und damit die hohe Genauigkeit und Qualität der Messungen sicher zu stellen.
Außer dem Instrumententräger gibt es keine weiteren beweglichen Teile. Die Solarzellenflächen zur Energieversorgung sind fest am Satelliten montiert und geben ihm ein dachförmiges Aussehen. Im Körper sind weitere für das Forschungsprogramm wichtige Geräte integriert, nämlich ein Beschleunigungsmesser, ein Instrument zur Messung des elektrischen Feldes (Electrical Field Instrument EFI) sowie eine GPS-Antenne.

Hightechschmiede Astrium baut Swarm am Bodensee

Mock-up of Swarm
Das Mock-Up von Swarm

Hauptauftragnehmer für das Projekt ist die EADS-Astrium GmbH. Der Entwurf des elektrischen Teils, die Abstimmung mit den Instrumentenbauern sowie die Integration und der Test der Satelliten werden bei der EADS-Astrium GmbH in Friedrichshafen ausgeführt. Die Fertigung der Satellitenstruktur und des Antriebssystems erfolgen überwiegend in Stevenage (Großbritannien) bei der EADS-Astrium Ltd. Die kanadische Raumfahrtagentur CSA unterstützt die Entwicklung des EFI und die französische Raumfahrtagentur CNES stellt das ASM zur Verfügung. Ein sehr genauer GPS-Empfänger kommt von Austrian Aerospace aus Österreich.

Swarm Phase C/D kick-off
Feierlicher Auftakt der Phase C/D bei EADS-Astrium

Die Ingenieure und Techniker in Friedrichshafen können in das Projekt ihre Erfahrungen beim Bau von CHAMP, einem deutschen Forschungssatelliten, der seit 2000 wertvolle Daten über das Erdmagnetfeld liefert, einbringen. CHAMP wird noch bis Ende 2008 aktiv sein, danach soll Swarm die erfolgreiche Arbeit des deutschen „Einzelkämpfers“ fortsetzen.
Obwohl die Swarm-Satelliten auf der gleichen Satellitenstruktur wie CHAMP beruhen, ergeben sich doch außergewöhnliche neue Anforderungen, die Albert Zaglauer, der Projektmanager bei der EADS-Astrium GmbH so beschreibt: “Die Konstruktion, Fertigung und der Start von drei Satelliten gleichzeitig ist eine Herausforderung, die nur ein fest zusammengefügtes Team aus allen am Projekt beteiligten Parteien bewältigen kann.“

Höhepunkt der angestrengten Arbeit wird 2010 der Start der ESA-Miniflotte sein, der die jahrelange Bearbeitung und Auswertung der gesendeten Datenströme folgen wird.

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