Erdfernerkundung - Numerische Physik: Modellierung

52 KAPITEL 2. SATELLITENBAHNEN
Praktisch wird das GPS-System durch 21 NavStar Satelliten auf sechs nahezu kreisförmigen
Orbits mit einer Umlaufhöhe von ca. 20 000 km und einer Periode von 12 Stunden realisiert,
vgl. Abb. 2.22. Die Idee des Systems basiert darauf, dass von jedem Punkt der Erde mindestens
vier dieser Satelliten angepeilt werden können. 19 Der vierte Satellit ist deshalb wichtig,
weil das System im Gegensatz zu bodengebundenen Peilstationen einen zeitliche Komponente
hat: die Satelliten sind nicht ortsfest sondern bewegen sich relativ zum Erdboden. Vereinfacht
gesagt soll der vierte Satellit eine zeitliche Synchronisation ermöglichen: aus seinem Signal
wird die genaue Zeit und damit der genaue Ort der drei für die Ortsbestimmung verwendeten
Satelliten ermittelt. 20 Eine ausführliche Darstellung des GPS gibt z.B. [98].
2.4.6 Forschungssatelliten
§ 162 Forschungssatelliten bilden eine inhomogene Gruppe mit ihrer wissenschaftlichen Fragestellung
angepassten Bahnen. Einige Beispiele für erdgebundene Forschungssatelliten sindim
Folgenden aufgelistst.
• für die Erforschung des interplanetaren Raums von erdgebundenen Satelliten aus werden
stark exzentrische Orbits verwendet, z.B. IMP (Interplanetary Monitoring Platform [529])
und WIND [434]. Dadurch befindet sich der Satellit lange Zeit außerhalb der Erdmagnetosphäre;
das Bahnkonzept ist ähnlich dem der Molniya-Satelliten, jedoch mit deutlich
größerer Flughöhe. Eine Alternative ist eine Raumsonde im Lagrange Punkt. Letzteres
ist der Punkt auf der Achse Sonne–Erde, in dem sich die Gravitationskräfte der beiden
genau aufheben. Beispiele sind ISEE-3 (International Sun Earth Explorer [440]), SOHO
(Solar and Heliospheric Observatory [613]) und ACE [272]. Letzteres sind allerdings keine
Satelliten mehr (sie umkreisen keinen Zentralkörper), sondern Raumsonden bzw. Raumflugkörper.
• Satelliten zur Erforschung der Erdmagnetosphäre befinden sich ebenfalls auf stark exzentrischen
Orbits, allerdings mit geringerer Flughöhe. Die starke Exzentrizität erlaubt es, die
radiale Variation der Magnetosphäre zu untersuchen; Beispiele sind ISEE-1,2 [530, 531]
und Cluster-II [355]. Da die Magnetosphäre zeitlich und räumlich sehr variabel ist, sind
in-situ Messungen mit einem einzelnen Satelliten nicht aussagekräftig. daher wurde ISEE
im Doppelpack (mit ISEE 3 als zusätzlicher Warnboje im interplanetaren Raum) gestartet,
Cluster-II fliegt sogar als Quartett (Salsa, Samba, Rumba, Tango).
• Für astrophysikalische Fragestellungen und solare Beobachtungen werden meist nahezu
kreisförmige Bahnen in Höhen von einigen hundert Kilometern verwendet. Dies ergibt sich
vielfach aus der Größe der Satelliten, ein VW-Bully ist klein und leicht gegen einige von
ihnen. Diese Satelliten wurden vom Space Shuttle ausgesetzt, führen aber auf Grund ihrer
Größe und Masse kaum Treibstoff für Bahnmanöver mit sich, müssen also im wesentlichen
dem Shuttle-Orbit folgen. Dies hat auch einen Vorteil: die Satelliten können mit Hilfe des
Shuttle gewartet oder repariert werden, so wurde z.B. dem Hubble Space Telescope HST
[378, 528] eine Brille verpasst, um seine Abbildungsqualität zu verbessern. Beispiele für
astrophysikalisch orientierte Forschungssatelliten sind:
– Solwind P78-1 (H = 530 km, i = 98 ◦ ) zur Erforschung der Ionosphäre und der Magnetosphäre
sowie zur Beobachtung der Sonne (Koronograph). Dieser militärische Forschungssatellit
wurde nach 6 1/2 Jahren erfolgreicher Arbeit, obwohl noch voll funktionsfähig,
von der US Air Force als Zielsatellit für Anti-Satellitenwaffen zweckentfremdet [441];
– Solar Maximum Mission SMM [493] (H = 490 km, i = 29 ◦ ) als Sonneobservatorium.
SolarMax war der erste Satellit, der von einem Shuttle zu Reparaturzwecken wieder
19 Ein einfacher GPS-Empfänger kann die Informationen von bis zu 12 GPS-Satelliten verarbeiten – wofern
er so viele im Blickfeld hat. Auf [728] gibt es eine kleine Animation, aus der man erkennen kann, wie sich die
Zahl der im Blickfeld befindlichen Satelliten im Laufe der Zeit verändert.
20 Für die sehr genaue Ortsbestimmung (Landvermessung, einige Rettungssysteme) verwendet man ein
differentielles GPS (DGPS): zusätzlich zu den Satellitensignalen werden die Signale einer ortsfesten Bodenstation
als Referenz verwendet. Damit lassen sich die Satelliteninformationen korrigieren und Genauigkeiten
im Bereich von einigen Zentimetern erreichen.
2. Juli 2008 c○ M.-B. Kallenrode