Erdfernerkundung - Numerische Physik: Modellierung

2.2. PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 31
§ 95 Tabelle 2.3 gibt die Bahnparameter als Funktion der großen Halbachse. Die unteren beiden
Bahnen entsprechen der geostationären Bahn und der Mondbahn, die Bahnen zwischen
den beiden horizontalen Linien sind typisch für Erdfernerkundungssatelliten. Angegeben sind
neben der großen Halbachse a die große Halbachse in Einheiten des Erdradius, a/R, die mittlere
Flughöhe H über dem Erdboden, die Umlaufzeit T , die mittlere Winkelgeschwindigkeit
sowie die Kreisbahngeschwindigkeit. Auf diese Tabelle werden wir im Laufe der weiteren
Diskussion noch häufiger zurück greifen.
Lage der Bahn im Raum
§ 96 Bisher haben wir die Ellipsenbahn mit ihren Parametern große und kleine Halbachse, a
und b, Exzentrizität ε und Bahnparameter p zur Beschreibung der Bahn eingeführt. Um die
Bewegung eines Satelliten zu beschreiben, benötigen wir zusätzliche Parameter, insbesondere
die Lage der Bahn im Raum.
§ 97 Der wichtigste Bahnparameter ist die Inklination i, d.h. die Neigung der Bahnebene
gegenüber der Äquatorebene. Damit können z.B. wir zwischen äquatorialen Bahnen (i = 0)
und polaren Bahnen (i = 90 ◦ ) unterscheiden – während erstere für Wettersatelliten oder
zum Studium der tropischen Ozeane sicherlich gut geeignet sind, eignen sich letztere eher
zum Studium des (ant)arktischen Ozonlochs. Nicht-geostationäre Fernerkundungssatelliten
wie LandSat, SPOT oder POES haben eine nahezu polare Bahn: dadurch kann (nahezu)
die gesamte Erdoberfläche abgescannt werden. Ganz polar, d.h. i = 90 ◦ , ist die Bahn jedoch
nicht, da die Vorteile einer sonnensynchronen Bahn die Nachteile des nicht direkt erfolgenden
Polüberfluges ausgleicht.
§ 98 Die Untergrenze des Werts der Inklination ist, falls der Satellit nicht nach Einbringen
in seine Bahn manöveriert wird, durch die geographische Breite seines Startorts bestimmt:
von Kiruna lässt sich kein Satellit in eine Bahn mit einer Inklination von weniger als 68 ◦
einschiesen, der Einschuss in eine polare Bahn dagegen ist möglich. Daher versucht man,
Raketenstartplätze in möglichst niedriger geographischer Breite zu betreiben: Kourou, der
Startplatz der ESA, liegt bei N5 W52. Fehlt einem eine geeigneter Startplatz, so sind entweder
aufwändige Mannöver oder spezielle Tricks erforderlich, z.B. das hochgradig elliptische Orbit
der Molniya Satelliten.
§ 99 Der zweite Parameter zur Beschreibung der Lage der Bahnebene ist die Rektaszension
Ω. Sie gibt die Lage der Knotenlinie der beiden Ebene im Bezug auf die Richtung des
Frühjahrspunkts an, wobei der aufsteigende Punkt dieser Linie in der Richtung zeigt, in der
der Satellit den Äquator von Nord nach Süd überquert. Oder pragmatischer: die Rektaszension
legt fest, zu welcher Tageszeit ein Satellit den Äquator bei einer bestimmten geographischen
Länge südwärts fliegend überquert. Bei eine sonnensynchronen Bahn ist dieser Wert
konstant, d.h. der Äquator wird stets zur gleichen Tageszeit überflogen.
§ 100 Jetzt sind die Bahn und die Lage der Bahnebene festgelegt, zusätzlich muss noch die
Lage der Bahn in der Bahnebene bestimmt werden durch den Winkel ω zwischen der Knotenlinie
und der Apsidenlinie. Zur Festlegung der genauen Bewegung benötigen wir einen
sechsten Parameter, der angibt, wo auf der Bahn sich der Satellit zu einem bestimmten
Zeitpunkt (Epoche) befunden hat. Dafür eignen sich die Zeiten von Perigäums- oder Knotendurchgängen.
Die Parameter sind in Abb. 2.4 zusammen gefasst.
§ 101 Dass diese große Zahl von Parametern zur Beschreibung der Bahn nicht nur von
akademischem Interesse ist, wird in Abb. 2.17 deutlich: die Bahn eines typischen POES
Satelliten ist einfach. Es handelt sich um eine nahezu polare sonnensynchrone Kreisbahn in
einer Höhe von ca. 850 km. Mehrere POES Satelliten fliegen jeweils gleichzeitig in zu einander
versetzten Orbits. Für die Interpretation der Daten ist jedoch eine zusätzliche Information
unerlässlich: die Lokalzeit, zu der die Satelliten den Äquator auf- oder absteigend kreuzen.
§ 102 Einige Spezialfälle für Bahnen sind:
c○ M.-B. Kallenrode 2. Juli 2008