Aeolus-Mission: Revolutionäre Windprofile

„Endlich können wir starten“

In dem Konferenzzimmer mit Blick auf den Hauptkontrollraum im ESOC drängen sich gleich vier Mitglieder des Flugkontrollteams um ein Whiteboard, machen Notizen und schreiben Ergebnisse an die Tafel. Seit fast 35 Stunden sind die Teams ununterbrochen im Schichtdienst. Die heiße Phase der Simulation hat begonnen und das Aeolus-Team probt derzeit einen Ernstfall: Der extrem fragile und über 300 Millionen Euro teure Satellit ist auf Kollisionskurs mit einem im Weltraum vagabundierenden Schrottteil. Ausweichmanöver können noch nicht geflogen werden, weil der Satellit gerade erst gestartet und noch nicht einsatzbereit ist. Jetzt muss Plan B greifen, alle Inbetriebnahme-Prozesse schneller in Gang gesetzt werden als eigentlich vorgesehen.

Dieses Space Debris-Kollisionsszenario ist Teil einer jeden Missions-Simulation seit die Rakete 2014 beim Start des Sentinel-1-Satelliten aus dem ESA-Copernicus-Programm etwas von der errechneten Umlaufbahn abwich und genau diese Situation eintrat. „Das war damals der Gau, ein großes Problem“, erinnert sich Paolo Ferri, Leiter des Mission Operation Departments der ESA. Ein Problem, das das damalige Flugkontrollteam im Wettlauf mit der Zeit lösen konnte. Seither müssen die Mannschaften auf diese Tücke im Übungsablauf gefasst sein und reagieren lernen. Dass beim geplanten Start am 21. August in Kourou alles glatt läuft und sich der Satellit nach rund einer Stunde Flugzeit sicher von der Rakete trennt, dafür trainiert das Flugkontroll-Team seit rund zwei Monaten. Alle fiebern dem tatsächlichen Launch-Datum entgegen: „Endlich können wir starten“, sagt Paolo Ferri. „Seit elf Jahren warten wir auf diese Mission.“

Anne Grete Straume, die leitende Wissenschaftlerin der Aeolus-Mission, erklärt, wie der Satellit Daten sammelt.
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Bisher nur Wetterballone
Aeolus ist die fünfte Earth Explorer-Mission der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Benannt nach dem griechischen Gott Aeolus, dem Gott der Winde, soll der Satellit die Dynamik der Erdatmosphäre global vermessen. Die Wissenschaft erhofft sich davon genauere Kenntnisse der atmosphärischen Zirkulation der Windsysteme und deren Dynamik, aber auch mehr Wissen über Klimaphänomene wie beispielsweise El Nino. Erstmals soll Aeolus Windprofile erstellen und so die Modelle der Winddynamik der Erdatmosphäre revolutionieren.

Bisher verfügen Experten über die Möglichkeit, Wetterballone aufsteigen zu lassen oder Satellitenbilder von der Bewegung der Wolken auszuwerten, um Windgeschwindigkeit und Richtungen zu bestimmen. Doch die daraus gewonnenen Daten beziehen sich meist nur auf eine Höhe und sie sind zudem lückenhaft. Existiert in Europa und der Nordhalbkugel ein dichtes Netz an Messstationen und Winddaten, wird es auf der Südhalbkugel der Erde erheblich grobmaschiger. Über weite Strecken der Ozeane, über denen keine Radiosonden oder Wetterballons gestartet werden können, sind Windbeobachtungen bisher gar nicht möglich. Mit Aeolus wird es dagegen erstmals möglich werden, die Windgeschwindigkeit global und gleichzeitig in einer Höhe von null bis 30 Kilometer zu messen.

Extrem präzise Instrumente

Zu verdanken ist dies der hoch entwickelten Technologie mit Namen Aladin (Atmospheric Laser Doppler Lidar Instrument) an Bord des Satelliten. Sie besteht aus einem Laser und einem Spiegelteleskop, womit nach dem Lidar-Prinzip Luftströmungen großräumig erfasst werden sollen. Das Aeolus-Instrument wurde von „Airbus Defence and Space“ gebaut. Aladin sendet kurze Lichtimpulse im nahen UV-Bereich (355nm) aus, dessen Rückstreuung das Spielteleskop mit einem Durchmesser von 1,5 Metern registriert. Aus den Laufzeiten der in der Atmosphäre reflektierten Strahlung und ihrer Dopplerverschiebung erhalten Wissenschaftler Hinweise auf die Feuchtigkeitsverteilung, Strömungs- und Windverhältnisse in der Atmosphäre in unterschiedlichen Höhen. Das Instrument erkennt, ob Wassermoleküle oder etwa Staubpartikel reflektiert werden. Aus den Daten lassen sich Windgeschwindigkeitsprofile von bisher nicht gekannter Präzision erstellen – mit einer Genauigkeit von bis zu einem Meter pro Sekunde.

Der Aeolus-Satellit befindet sich bereits in Kourou, von wo aus er ins All starten wird. „Wir sind natürlich alle sehr glücklich darüber, dass Aeolus inzwischen am Raketenstartplatz angekommen ist. Wir haben viel Arbeit und Planungsaufwand investiert, um sicherzustellen, dass Aeolus sicher am Ziel ankommt. Jetzt konzentrieren wir uns voll und ganz darauf, den Satelliten für den Start am 21. August vorzubereiten", sagt Anders Elfving, der Aeolus-Projektmanager. Transportiert wurde der Satellit per Schiff von Europa nach Südamerika. Der Grund ist das empfindliche Aladin-Instrument: „Falls, aus welchem Grund auch immer, das Flugzeug schnell landen muss und es dadurch zu einem schnellen Anstieg des Luftdrucks kommt, könnte das Aeolus-Instrument beschädigt werden. Es wurde so konstruiert, dass es den Druckabfall während des Raketenstarts übersteht, so dass es in den Orbit gebracht werden kann, aber nicht für eine schnelle Landung”, sagt Denny Wernham, Manager des Aeolus-Instruments im ESTEC.

Daten verbessern künftige Wettervorhersagen

Nach dem Start wird die Sonde Daten an das italienische ESA-Zentrum ESRIN und an das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF) im englischen Reading liefern. Für eine operationelle Wetterbeobachtung ist der Satellit nicht ausgelegt. Aeolus ist in erster Linie eine wissenschaftliche Mission, betont Paolo Ferri, aber sekundär dienen die Erkenntnisse auch der Meteorologie und einer verbesserten Wettervorhersage. Aus Aeolus könnten künftige operationelle Aufträge der ESA entstehen. „Vielleicht verwenden wir diese Technik einmal in zukünftigen operationellen Erdbeobachtungs-Satelliten“, sagt der ESA-Experte.

„Wir erwarten, dass Aeolus zum einen die Wissenschaft voranbringt, und zum anderen durch die Verbesserung von Vorhersagen zu einer Reihe potenzieller Anwendungsfelder beiträgt. Das ist zum Beispiel wichtig für die Windenergie-Industrie. Genaue Vorhersagen sind nur ein Aspekt von mehreren, mit denen unsere Mission helfen kann”, sagt Anne Grete Straume, leitende Wissenschaftlerin der Aeolus-Mission.

Ständige Manöver zur Höhenkorrektur

Um präzise Windprofile zu erstellen, wird die Sonde in einer Höhe von nur 320 Kilometern die Erde in einer polaren Umlaufbahn umkreisen. „Das ist sehr niedrig“, erklärt Paolo Ferri. Weil Luftwiderstand und Reibung den Satelliten in dieser Höhe abbremsen und in den Sinkflug schicken, sind permanente Manöver und Korrekturen der Flugbahn nötig. Einmal pro Woche muss Aeolus angehoben werden. Das fordert die Aufmerksamkeit des Flugteams im ESOC, das auch die erste Phase nach dem Start - die Launch and Early Orbit Phase (LEOP) betreuen wird. „Diese vielen Manöver begrenzen die Lebenszeit von Aeolus“, betont Paolo Ferri. Nach vier Jahren im All wird der Treibstoff an Bord des Satelliten aufgebraucht sein. Der „Gott der Winde“ wird sinken und in der Erdatmosphäre verglühen. Aber bis dahin wird er wichtige Daten liefern.

Ausführliche Informationen zur Aeolus-Windmission gibt’s hier.

Kontakt für Medienanfragen: media(at)esa.int