ERS (Satellit)

Ers-1.gif | Ers1ariane4mod.jpg-Nutzlastverkleidung]] ERS-1 und ERS-2 (European Remote Sensing Satellite) sind zwei ESA-Satelliten. Sie dienen der Fernerkundung der Erdoberfläche und umkreisen unseren Planeten seit den Starts an Bord von Ariane 40 Raketen im Jahr 1991 und 1995. ERS-1 war der erste Erdbeobachtungssatellit der ESA. Sie sind mit jeweils mehreren ("multidisziplinären") Messtechniken für Mikrowellen ausgerüstet.

Satellitenbahnen und Bildspuren

Die ERS-Satelliten umrunden die Erde in etwa 100 Minuten und laufen auf nahezu polaren Umlaufbahnen, wodurch sie sonnensynchron ausgelegt werden konnten. Das bedeutet, dass die Bahnebenen immer im selben Winkel zur Sonne stehen und die aufgenommenen Bildstreifen auch zu verschiedenen Zeiten etwa dieselben Verhältnisse bei Beleuchtung und Kontrast aufweisen.

Streifenartiges Scannen der Erde

Die Satellitenbahnen sind so ausgelegt, dass sie in 35 Tagen fast jede Stelle der Erde zumindest einmal mit ihren Sensoren überstreichen.

Dieses streifenförmige Überfliegen kommt durch zwei Effekte zustande: die Erdrotation und die Präzession der Bahnebenen.
Die Bahnen von Satelliten stellen Ellipsen oder Kreise dar und verlaufen genähert nach den Kepler-Gesetzen. Ihre Ebenen bleiben im umgebenden Raum (Bezugssystem der Sterne) weitgehend raumfest, sodass sich unser Heimatplanet unter diesen Bahnen "unbeirrt" hinwegdreht. Das hat zur Folge, dass ERS- und ähnliche Satelliten die Erdoberfläche nach und nach in zusammenhängenden Bildstreifen abtasten können.

Würde ein polarnaher Satellit (Nord-Süd fliegend) nun genau 14-mal täglich die Erde umkreisen, käme er nach jedem Tag fast zum denselben Streifen zurück. Hätte also z.B. ERS-2 diese Umlaufzeit von 102,86 Minuten, könnte er die Erdoberfläche zwar täglich entlang gewisser Meridiane beobachten, die dazwischen liegenden Gebiete aber nicht. Man ändert und stabilisiert die Bahnen daher so, dass sie jeden Tag in einem gewissen Abstand vom vorigen verläuft.

Satellitenbahn

ESR umlaufen die Erde auf einer sonnensynchronen Umlaufbahn. Bei einer Bahnhöhe von 800 km beträgt die Inklination 98,5°. Die Bahnspur führt etwa 900 km an den Polen vorbei.

Die Satelliten rastern die Erde streifenweise ab und erreichen den Ausgangspunkt nach 35 Tagen.

Instrumente der ERS-Satelliten

Das wichtigste Messgerät ist ein C-Band Synthetic Aperture Radar mit einer Bodenauflösung von 30x30 Meter. Es ist um 12° nach links und rechts schwenkbar und erfasst einen 100 km breiten Streifen auf der Erde. Aufgrund der sonnensynchronen Bahn sieht es die Oberfläche immer zur gleichen Ortszeit.

ERS-2 trägt zusätzlich zum Instrumentarium des ERS-1 das GOME-Spektrometer. Weitere Messgeräte sind:

Radar-Altimeter zur Höhenmessung über Meer oder Eisflächen: ein Ku-Band-Sender mit 13,8 GHz, der senkrechte Mikrowellen abstrahlt und die Laufzeit des Echos misst. Daraus lassen sich Daten über Wellenhöhe, Wind, Meerespiegelhöhe, Gezeiten, Eisflächen und Geoidgestalt ableiten.
ATSR (Along-Track Scanning Radiometer): ein abbildendes Infrarot-Radiometer (IRR), kombiniert mit einer passiven Mikrowellen-Sonde (MWS). Das IRR misst in 4 Kanälen die Wolken- , Boden- und Meerestemperatur mit einer Genauigkeit von 0,2 bis 0,5 Grad. Zusätzlich wird auch der sichbare Bereich zur Vegetationsanalyse erfasst. Das MWS verfügt über zwei Kanäle für die Bestimmung des Gesamt-Wassergehalts in der Atmosphäre über einer Bodenspur von 20 km Breite.
GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) ist ein Spektrometer für UV- und sichtbares Licht. Seit 1996 liefert die ESA über CD-ROM oder Internet 3-Tages-Datensätze über Bewölkung, Ozon- und Stickstoffdioxid-Verteilung. GOME spürt auch einige Spurengase und Aerosole in der Luft auf.
MWS/MWR (Microwave Sounder & Radiometer): passives Radiometer (23,8 und 36,5 GHz) zur Analyse des Wasserdampfs in der Atmosphäre. Damit verbessert sich die Höhenbestimmung (Altimetrie), da Wasserdampf und Wassertropfen den scheinbaren Weg des Echosignals verlängern.
SAR (Synthetic Aperture Radar) einschließlich AMI-Modus (active microwave instrumentation):
1. Abbildungsmodus für Bilder der Erdoberfläche mit einer Auflösung von 8-20 m innerhalb eines 100 km-Streifens,
2. Wellenmodus für die Analyse von Meereswellen und Bestimmung der Windrichtung und -geschwindigkeit. Das Windscatterometer misst die veränderte Rückstrahlung des Meeres, die von den kleinen Rippelwellen und ihrer Windenergie abhängt.
PRARE (Precise Range and Range Rate Equipment): Allwetter-Distanzmessung für die hochpräzise Bahnbestimmung und für Satellitengeodäsie - z.B. zur Analyse des Erdschwerefeldes oder der Plattentektonik.
LRR (Laser-Retroreflector): Infrarot-Reflektor für gepulste Laserstrahlen spezieller Bodenstationen, welche die zugehörigen Messgeräte zur Vermessung der Bahn haben.

Innovation durch Kombination

ERS-1 und ERS-2 konnten gemeinsam aktiv Interferometrie betreiben: leicht verschiedene Orbits führen zu etwas anderem "Blickwinkel" der Satelliten. Durch rechnerische Kombination der Unterschiede konnte man Bewegungen der Erdkruste auf einige Zentimeter erfassen und farbkodiert sichtbar machen.

So lieferten die Satelliten Daten über Veränderungen der Erdoberfläche vor oder nach einem Vulkanausbruch oder Verschiebungen durch Erdbeben. Die Expansion einer Lavakammer des Ätna oder die Vorhersage der Schlammlawine eines Vulkans in Island waren weitere Beispiele.

Zustand der Satelliten

ERS-1 ist seit dem 10. März 2000 nicht mehr aktiv, übertraf aber die geplante Nutzungsdauer um das Doppelte.

Im Juni 2003 fiel der Bandspeicher von ESR-2 aus. Der Satellit kann die Signale nicht mehr zwischenspeichern, die er bei einer Erdumrundung in 100 Minuten registriert. Er sendet nur noch die Daten, die er gerade aufnimmt, wenn er für 10 Minuten Kontakt mit der Bodenstation hat.

Probleme mit den Kreiselkompassen konnten 2003 teilweise durch eine neue Software-Steuerung ausgeglichen werden. Ansonsten arbeitet ESR-2 seit mehr als 10 Jahren einwandfrei.

Weblinks

ERS Homepage
ERS, Angewandte Fernerkundung
FER-Lexikon, Instrumente des ERS-2
Radardaten über Bodenwasser in Afrika
Envisat-Umweltsatellit mit ähnlichen Instrumenten

Erdbeobachtungssatellit

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