| Home | Raumfahrt | Satelliten | Site Map | |
Heutzutage ist das Satellitenbild selbstverständlich. Sturmwarnungen können Tage vor dem Ereignis erstellt werden. Es ist heute kaum vorstellbar, das man vor wenigen Jahrzehnten froh war, das Wetter für den nächsten Tag vorherzusagen und manche Wirbelstürme in den Tropen erst entdeckt wurden, als sie sich der Küste näherten.
Das alles verdanken wir Wettersatelliten. Dieser Artikel soll über die Technik dieser Satelliten und die Programme berichten.
Auch wenn man heute das Satellitenbild aus dem geostationären Orbit gewohnt ist, bestimmten doch erdnahe Satelliten die ersten eineinhalb Jahrzehnte der Wettersatelliten, ganz einfach weil man diese Umlaufbahn viel einfacher erreichen kann und man dorthin eine 4-5 mal größere Nutzlast transportieren kann.
Die ersten Satelliten umkreisten die Erde auf polaren Umlaufbahnen. Je nach Programm in 600-1400 km Höhe. Ein Satellit konnte mit einer Weitwinkelkamera aus dieser Höhe ein Gebiet von 1000-3000 km Breite ablichten. Die polare Umlaufbahn garantierte, dass man mit eine Empfangsstation nahe des Pols gespeicherte Aufnahmen abrufen konnte. Darüber hinaus lieferten die Satelliten höher aufgelöste Bilder, weil sich nahe der Erde waren, und die Nutzlastmasse war 3 mal größer als im Start in den geostationären Orbit.
Erst 1974 begann man nach Versuchen auf den ATS Satelliten auch geostationäre Satelliten einzusetzen. Gegenüber den erdnahen Trabanten war die Auflösung geringer und man brauchte eine stärkere Trägerrakete, doch ein Satellit konnte fast den halben Erdball abbilden und laufend aktuelle Bilder liefern, während ein erdnaher Satellit äquatornahe Gebiete nur zweimal pro Tag überflog.
Sicherlich korrespondiert diese Entwicklung auch mit den Fortschritten der Computertechnik, die für längerfristige Wettervorhersagen mehr Daten brauchte in kürzeren Zeitintervallen und von Gebieten der Erde wo sich keine Empfangstation befand.
Die Sowjetunion verfolgte ein ähnliches System wie die USA, jedoch startete der erste geostationäre Wettersatellit noch später. Erst 1994 startete der GOMS Satellit, der sich schon 1978 beim Jahr der UNO für die Wetterbeobachtung dabei sein sollte.
Die Gründe erkennt jeder der mal vollständiges Meteosat Bild angesehen hat: Vom Äquator aus werden polnahe Gebiete auf den Bildern stark verzerrt. Die SU liegt sehr weit nördlich und daher waren für sie polare Wettersatelliten erheblich wichtiger, zumal sie eine große Landmasse nahe des Nordpols verfügt und so sehr leicht Aufnahmen bei jedem Umlauf empfangen kann. Von einem geostationären System hat die Sowjetunion praktisch keinen Nutzen und sie baute es nur halbherzig auf um internationalen Abkommen nachzukommen.
Genau umgekehrt verlief die Entwicklung bei der ESA. Hier gab es zuerst zum Jahr der Wetterforschung der UNO mit Meteosat 1 einen geostationären Satelliten, von diesem Programm sind 7 Meteosat der ersten und inzwischen schon der erste der zweiten Generation gestartet. Erst in den nächsten Jahren wird dieser durch einen polaren Satelliten ergänzt werden. Analoges gilt für Japan, das weiter äquatornah liegt und daher sehr viel mehr von einem geostationären Wettersatelliten profitiert als Europa oder die USA. Erst 2006 startet Metop-1 der erste polare Wettersatellit Europas. Diesem sollen aber weitere folgen die ein System bis zum Jahre 2020 gewährleisten sollen.
Kernstück sind bei jedem Wettersatelliten abbildende Systeme. Es gibt hier unterschiedliche Techniken, doch im wesentlichen sind die Aufgaben solcher Systeme folgende:
Übersichtsaufnahmen im visuellen Bereich (0.4-0.75 µm):
Erkennung von Wolken und Stürmen. Man ist hier nicht an den letzten Details sondern an
Übersichtsaufnahmen interessiert die Kantenlängen von mehreren Tausend Kilometern haben oder
sogar den gesamten Planeten abdecken. Auflösungen von einigen Kilometern reichen hierfür voll
aus.
Infrarotaufnahmen: Meistens gewonnen im Bereich von 10.5-12.5 µm. In diesem Bereich hat ein Körper mit Zimmertemperatur sein Strahlungsmaximum. Je mehr Wärme also die Erdoberfläche oder Wasseroberfläche abstrahlt, desto heller ist sie. Wolken schirmen diese ab und strahlen selbst kaum Wärme ab. Infrarotaufnahmen erlauben daher nicht nur eine Aussage über die Temperatur (wenn auch nicht so genau wie bei speziellen Temperaturmessgeräten) sondern erlauben auch Wolkenbilder bei Nacht. Die Auflösung ist naturgemäß geringer, dies liegt an der 20 fach längeren Wellenlänge im Vergleich zum sichtbaren Licht.
Aufnahmen im Wasserdampfabsorptionsband. Wie heute jeder weiß absorbieren Spurengase in der Atmosphäre Strahlung. Jedes Gas hat einen Bereich in dem dies erfolgt. Bei Wasserdampf ist dies der Bereich von 5.1-7.5 µm. Man kann damit die Luftfeuchtigkeit in der Atmosphäre bestimmen. Es gibt weitere Absorptionsbänder die auch interessant sein können wie z.B. das des Ozons oder Kohlendioxid. Doch ist der Nachweis schwieriger, da diese Gase in wesentlich geringeren Mengen als Wasser vorkommen.
Zuerst wurden visuelle Kameras eingesetzt (analoge Videoröhren die abgetastet wurden. Heute werden fast ausschließlich Radiometer benutzt. Radiometer bestehen aus wenigen Sensoren die Strahlung messen und in einem bestimmten Wellenlängenbereich empfindlich sind. Das Bild baut sich durch Schwenken des optischen Systems in der horizontalen und vertikalen auf. Gegenüber Vidicons kann man so Bilder mit 6000 x 6000 Bildelementen aufbauen, zudem liefern die Sensoren Daten von engeren Spektralbereichen, sind also für Temperaturmessungen besser nutzbar. Als Nachteil benötigt man ein sehr großes optisches System. Das Radiometer an Bord von MSG wiegt allein 270 kg.
Je mehr Kanäle ein Instrument hat desto bessere Aussagen sind möglich, z.B. kann man Wolken besser von Eis unterscheiden oder Wolkenhöhen feststellen. Dies liegt darin, das jeder Stoff sich in jedem Spektralbereich anders verhält.
Auch diese geschehen mit Sensorelementen im Infrarotbereich. In mindestens 2 Wellenbereichen (Kanälen) wird die Temperatur der Atmosphäre mit einem definierten Eichelement meistens sogar zwei (weiß und schwarz bestrichen) verglichen indem die Infrarotabstrahlung zu der gemessenen Infrarotstrahlung ins Verhältnis gesetzt wird.
Spektrometer ermitteln die Zusammensetzung der Atmosphäre indem sie ein Spektrum am Planetenrand gewinnen. Man kann dort die Atmosphäre wie eine Schicht durchleuchten. Jedes Gas in der Atmosphäre absorbiert in einem bestimmten Spektralbereich und anhand der Tiefe kann man seine Konzentration bestimmen.
Misst man die Infrarotstrahlung eines bestimmten Gebiets so kann man feststellen ob die Erde sich erwärmt oder abkühlt. Insgesamt sollte man damit Aussagen zum Treibhaus Effekt gewinnen. Leider ist dies sehr stark tageszeitenabhängig, so dass die bislang eingesetzten niedrig fliegenden Satelliten nur Daten lieferten die nach sorgfältiger Abstimmung vergleichbar waren. Man erhofft sich durch die Instrumente auf geostationären Satelliten wesentlich aussagekräftigere Daten.
Es folgen nun die Programme, sortiert nach Ländern und zeitlichem Verlauf.
Tiros (Television and Infrared Observation Satellite) waren die ersten
experimentellen Satelliten der USA. Die hutschachtelförmigen Satelliten hatten nur 1.07 m Breite
und 48 cm Höhe bei 130 kg Gewicht. Die ersten Satelliten hatten nur Umlaufbahnen von 700 km Höhe
und 48° Inklination. Spätere Satelliten des Programms flogen in bis zu 1400 km Höhe und bei
höheren Bahnneidungen von 58°. Die beiden letzten des Programms sogar 98° Bahnneidung. Die
Satelliten rotierten um ihre eigene Achse und die Kameras waren unten schräg zur Rotationsachse
angebracht.
Tiros sollte primär die Technik der Wetterbeobachtung erproben. Daher experimentierte man auch mit den Umlaufbahnen. Von den 130 kg Masse entfielen nur je 2 kg auf die doppelt vorhandenen Videokameras. Es handelte sich um je drei Kameras im Weitwinkel (104°), Normalwinkel und Teleformat entsprechend Bildgrößen von 1200, 725 und 120 km Bildgröße bei Auflösungen von 300-3000 m (500 Zeilen pro Bild).
Die Kameras mit Vidicons übermittelten die Bilder im APT Format, dem damaligen System für Bildübertragung. Damit konnte man ein solches APT System an den Empfänger anschließen und bekam das Bild ausgedruckt, brauchte also keinen Computer. Dadurch wurde das System sehr schnell populär.
Ergänzt wurde es durch Temperaturmess-Sensoren nach dem Prinzip der Bolometrie und einem Gerät zur Messung des Strahlungshaushalts.
Vom 1.4.1960 bis 2.7.1965 starteten 10 Satelliten mit Thor-Able bzw. Delta Raketen.
Schon bei Tiros wurde es Usus, das die Satelliten von der NASA konzipiert und gestartet wurden, operationell aber von der Umweltbehörde ESSA betreut wurden. Die verbesserten Satelliten der nächsten Generation wurden daher ESSA genannt. (Wobei diese Abkürzung Environmental Survey Satellite bedeuten sollte). Daneben gab es aber auch die Bezeichnung TOS (Tiros Operational System) um zu erinnern, dass dies nun Tiros Satelliten sind, die aus der Experimentierphase in den operationellen Betrieb übergegangen sind.
Die Form und Abmessungen entsprechen den Tiros Satelliten, jedoch waren die Satelliten mit 145 kg etwas schwerer. Alle Satelliten wurden nun in sonnensynchrone Umlaufbahnen von 1400-1500 km Höhe und 101° Neigung eingeschossen.
Man hatte aus den Tiros Satelliten gelernt und verzichtete auf das Strahlungsmeßsystem weil es sich nicht bewährt hatte. Bei 4 der ESSA Satelliten erprobte man es nochmals, doch wegen der festen Position waren nur Teile der Erde erfassbar. Auch entfiel die Telekamera die nur 120 km Bildgröße aufwies.
Die Kamera war bei Tiros im Winkel von 75° zur Drehachse montiert gewesen. Bei ESSA positionierte man sie ab dem zweiten Satelliten um 180° versetzt, wodurch die Bildunschärfe durch die Bewegung drastisch reduziert werden konnte. ESSA 2,4,6,8 verwandten das APT System mit Kameras von 5.7 mm Brennweite und 800 Zeilen Auflösung. Typische Kantenlängen waren 3100 km. Beim APT System wurden die Bilder laufend ausgestrahlt und nicht an Bord gespeichert.
ESSA 1,3,5,7 und 9 dagegen sandten die Daten digitalisiert mit einem etwas besseren Kamerasystem (Brennweite 6 mm, Bildgröße 108°, 833 Zeilen, 3100 km Bildgröße). Pro Umlauf wurden 12 Aufnahmen gewonnen, 36 konnten auf Magnetband gespeichert werden. Die Bilder wurden erst auf Abruf von den Bodenstationen übermittelt. Damit konnte man auch Bilder von Regionen erhalten, bei denen man keine Bodenstation zum Empfang des APT Systems hatte.
ESSA zeichnete sich auch durch eine sehr hohe Zuverlässigkeit aus, es waren immer 2 Satelliten im Betrieb, wodurch man sich auch leisten konnte abwechselnd einen Satelliten mit APT und digitalem Übertragungssystem zu starten. Der erste war für die allgemeinen Wetterstationen zur regionalen Vorhersage gedacht, der zweite für eine zentrale Auswertung in den USA.
Vom 3.2.1966 bis 26.2.1969 starteten 9 ESSA Satelliten auf Delta Trägerraketen.
Das Improved TOS waren nunmehr keine verbessertem Tiros Satelliten, sondern ein komplett neuer Satellitentyp. Anders als die Tiros Satelliten waren sie dreiachsenstabilisiert und besaßen Quaderform von 100 bzw. 125 cm Kantenlänge. Die Sensoren waren an der Unterseite auf die Erde gerichtet, Solarpanel immer auf die Sonne. Die Startmasse von 330-345 k war mehr also doppelt so groß wie bei den ESSA Satelliten.
Die 1400 km hohe sonnensynchrone Bahn hatte sich bewährt und wurde beibehalten. Die sonnensynchrone Bahn gewährleistete das jeder Ort der Erde um 9 Uhr und 21 Uhr Lokalzeit überflogen wurde. Die erhöhte Masse schlug sich in einer verbesserten Nutzlast nieder. Neben dem APT System kam auch ein AVCS System zum Einsatz. Beide in doppelter Ausführung. Das AVCS System entspricht dem digitalen System an Bord von ESSA 1,3,5,7,9. Das APT System übernimmt die Arbeit des Systems bei ESSA 2,4,6,8. So ersetzt jeder ITOS Satellit zwei ESSA Satelliten. Das APT System liefert Bilder von 800 × 600 Punkten Bildgröße, das AVCS System etwas bessere Bilder mit 3 km anstatt 4 km Auflösung. Es ist zwischen 0.52 und 0.73 µm empfindlich.
Ergänzt wurde es durch ein Infrarotradiometer, das Temperaturbilder im Bereich von 10.5-12.5 µm macht, allerdings nur mit 6 km Auflösung. Ein weiteres Gerät misst die Temperatur und Feuchtigkeit in 6 Höhenschichten. Nach dem Start wurden die Satelliten der NOAA Behörde überstellt und in NOAA umbenannt. Ein ITOS und 5 NOAA Satelliten starteten vom 23.1.1970 bis zum 29.7.1976 auf Delta Raketen.
Diese Satelliten wurden als NOAA 8-16 gestartet und sind das heute noch im Betrieb
befindliche Programm für Satelliten im PEO Orbit. Die Satelliten
wiegen 1700 kg und wurden mit den letzten Exemplaren der Atlas E/F und
der Titan gestartet. Die Bauweise ist quaderförmig mit Abmessungen
von 1.5 m bzw. 3 m. Die Umlaufbahn liegt in 850-870 km Höhe und 99° Inklination.
Die Satelliten verfügen über ein abbildendes Radiometer im IR / Visuellen Bereich mit 4 km Auflösung bei Speicherung auf Band oder 1 km Auflösung wenn Funkkontakt zu einer Bodenstation besteht. Ein Temperaturmessgerät ermittelt die Temperaturen auf 1° C genau in Abständen von 10-100 km je nach Satellit. Zwei Spektrometer untersuchen die Zusammensetzung der Atmosphäre im visuellen und Infraroten Bereich und ein Mikrowellen Radiometer misst die Temperaturen von Wolkenschichten.
Erstmalig nutzen amerikanische Satelliten auch die Möglichkeit die Daten von Messstationen abzurufen und an Bodenstationen zu übertragen, so wie die ESA auch dies beim Meteosat Programm macht.
Die
Nimbus Satelliten sind schwer einzuordnen. Es sind keine Wettersatelliten im engeren Sinn, da sie
nicht die Aufgabe haben Daten für die Wettervorhersage in kurzen Zeiträumen zu liefern. Vielmehr
handelt es sich um Umweltsatelliten die langzeitliche Veränderungen des Klimas und des Wetters
entdecken sollten, sowie Grundlagenforschungen betrieben.
Der Name leitet sich von der lateinischen Bezeichnung für Regenwolken ab und gilt für sehr viele Satelliten mit sehr stark voneinander abweichender Instrumentierung und daher auch sehr stark unterschiedlichen Startmassen von 376-904 kg. Gemeinsam war ein 1.52 m breiter Instrumentenring auf den ein 3-3.7 m hoher Ausleger mit den Solarzellen montiert war. Diese Bauweise übernahm man auch für Landsat 1-3. Die Instrumentierung differierte, umfasste aber Instrumente zur Messung des Strahlungshaushaltes, zur spektroskopischen Untersuchung der Atmosphärenzusammensetzung, Messung von Temperaturen, Wolkenbildern und Spezialsensoren die z.B. im Kohlendioxidband die Kohlendioxidmenge in der Atmosphäre maßen.
Es wurden von 1964-1978 8 Nimbus Satelliten gebaut wovon 7 auf Delta Raketen gestartet wurden. Nimbus 7 arbeitete noch bis 1989. Als das Programm schon eingestellt war, erkannte man auf den Daten der Satelliten das Ozonloch, weiterhin wurde auf Basis der Daten der Instrumente zur Messung des Strahlungshaushalts weitere Indizien für den Treibhauseffekt gewonnen.
In den
späten sechziger und frühen siebziger Jahren experimentierten die USA mit Aufnahmen der Erde von den ATS
Satelliten aus. Diese fanden im geostationären Orbit statt. Sie
entwickelten dabei die Technik ein sehr großes Bild über die Rotation des Satelliten und Bewegung
des Teleskops in der Vertikalen aufzubauen. Diese Technik wurde dann bei den SMS Satelliten
(Synchronos Meteological Satellite) erprobt und ein offizielles Programm GOES (Geostationary
Operational Environmental Satellite) wurde nach dem Erfolg der SMS Satelliten daraus. Die SMS /
GOES Satelliten waren zylindrisch und rotieren 100 mal pro Minute um die eigene Achse. Die
Startmassen betragen 627 kg bei den SMS und bis zu 836 kg bei den GOES Satelliten. Die
Abmessungen betragen 190.5 cm Durchmesser und 230 cm Höhe bei den GOES Satelliten.
Ab GOES 4 wurden die Satelliten schwerer (836 kg anstatt 627 kg Startmasse) und man setzte eine verbesserte Instrumentierung ein.
Kernstück ist ein abbildendes Radiometer. Die ersten 3 Satelliten hatten noch ein Magnetometer und eine visuelle Kamera an Bord. Diese bildete ein Drittel der Erde (rund um die USA) mit 1 km Auflösung im sichtbaren Bereich ab. Ab GOES 4 wurde darauf verzichtet und ein verbessertes Radiometer mit Auflösungen von 1 km im visuellen und 7 km im infraroten Bereich eingesetzt. Die beiden SMS Satelliten starteten 1974 und 1975, die 8 GOES Satelliten von 1975-1987. (Mit einem Fehlstart der nicht nummeriert wurde).
Ähnlich wie es bei Meteosat eine Second Generation gibt, so gab es diese auch bei dem
GOES Programm, nur früher, da die USA immer 2 Satelliten im Orbit benötigen (über dem Atlantik
und Pazifik). GOES wurde wie Meteosat in einer 3 er Kleinserie hergestellt, so dass man zur
nächsten Generation übergehen konnte wenn diese am Ende der Lebensdauer war.
Mit 2105 kg (980 im Orbit) waren diese erheblich schwerer als ihre Vorgänger. Die Basis für den Bau war Insat 1, ein indischer Satellit, der sowohl der Meteorologie wie auch als Kommunikationssatellit diente und von Hughes gebaut wurde. Das Radiometer besitzt nun 5 Kanäle und ist wie Meteosat auch im Wasserdampfband empfindlich. Dazu kommt ein Gerät zur Messung der Temperaturen und zwei nicht meteorologische Experimente um Teilchen und Magnetfelder zu messen und ein Empfänger für Notrufe mittels des SARSAT Systems.
Der Satellit ist wie Elektron, anders als MSG ein dreiachsenstabilisierter Satellit. Er basiert auf dem Hughes Satellitenbus FS-1300, der normalerweise bei Kommunikationssatelliten eingesetzt wird.
Die Indienststellung verzögerte sich, da unter Reagan es den Plan gab alle Satelliten die nicht direkt der Forschung dienten zu privatisieren. Darunter fielen auch die Wettersatelliten und Erderkundungssatelliten. Jahrelang war unklar wie es weitergeht, so startete der erste GOES-Next (GOES 8) erst 1994, der bislang letzte Start war der von GOES-12 im Jahre 2001. In der Zwischenzeit waren einige GOES Trabenten der ersten Generation weit über ihrer Lebensdauer angekommen und die große NASA musste sich von der kleinen ESA den Meteosat 3 ausleihen, als diese 3 operationelle Meteosat im Orbit hatte....
Neben dem zivilen Programm verfügen die USA auch über ausschließlich militärisch genutzte
Wettersatelliten. Es sind die Satelliten des Defence Meteological Satellite Programm (DMSP).
Naturgemäß gibt es über diese nur spärliche Informationen. Es gab 1964 zwei Versuchsflüge, dem
folgte von 1964-1969 der Start von 23 Satelliten des Typs DMSP Block 4A. Diese quaderförmigen
Satelliten waren 130 kg schwer und wurden mit Thor Burner Raketen
gestartet. Die ähnliche Startmasse wie bei den Tiros Satelliten lässt vermuten, dass diese
adaptierte Versionen der Tiros Satelliten waren.
Dem schlossen sich von 1969-1971 3 Satelliten des Typs Block 5A an, die jeweils 195 kg wogen. Die leicht verbesserte Version war Block 5D von dem von 1971-1974 5 Exemplare gestartet wurden, sowie von 1974-1976 3 Satelliten des Typs Block 5C. Alle Satelliten wurden mit Thor Burner Raketen gestartet und erreichten recht nahe Erdumlaufbahnen von 700-800 km Höhe. Die Startmasse muss unter 200 kg gelegen haben.
Im Vergleich zu den Satelliten der NASA waren die Nutzlastmassen kaum angestiegen, dafür die Startfrequenz sehr hoch. Dies änderte sich mit dem Block 5D und 5D-2. Die Satelliten wogen nun 450 bzw. 750 kg und ähnelten den Advanced Tiros N Satelliten im Aussehen. Auch hier ist der Satellit Quaderförmig. Vom Block 5D starteten von 1976-1980 5 Exemplare, vom derzeit noch eingesetzten Block 5D-2 seit 1982 9 Exemplare. Die nächste Generation wird 2006 erwartet.
Block 5D-2 wiegt 770 kg, davon 100 kg Instrumente. Er hat Abmessungen von 1.2 x 3.4 m. Der Imager liefert ein 3000 km breites Bild mit 1 km Auflösung im sichtbaren und IR Bereich. Es sind immer mindestens 2 Satelliten im Orbit um alle 6 h eine Übersicht des Globalen Wetters zu besitzen. Neben den meteorologischen Instrumente trägt der Satellit weitere zur Detektion von Partikeln und Messung von Magnetfeldern. Die Grundstruktur des DMSP Satelliten hat man auch bei Raumsonden wie Mars Odyssey verwendet.
Als
1960 Tiros gestartet wurde begann auch die Entwicklung der ersten Serie von meteorologischen
Satelliten der UdSSR. Offiziell war der Start von Kosmos 122 am 25.6.1966 der erste
Wettersatellit, doch gingen diesem 4 weitere Starts von 1964 als Erprobung voraus. Danach lief
das Programm bis zum 1.2.1969 als man die offizielle Bezeichnung Meteor vergab, als
Erprobungsprogramm. Bis 1977 wurden 10 Kosmos und 28 Meteor 1 Satelliten gestartet. Die Kosmos
Satelliten auf Woschod Raketen mit typischerweise >4000 kg Masse
und Umlaufbahnen von 350 km bei den ersten und 650 km Höhe bei den letzten Modellen. Alle mit
einer Bahnneigung von 81.2 °.
Die letzten Meteorsatelliten wurden dagegen mit Zyklons in 650-840 km hohe Umlaufbahnen geschossen und dürften mit 3.8 t leichter sein. Lange Zeit wusste man nichts über die Satelliten, da diese auch die Daten an Bord speichern und erst bei Überflug einer Bodenstation sendeten wusste man nichts über die Instrumentierung der Trabanten.
Gemeinsam ist allen ein Kamerasystem aus zwei Kameras die zwischen 0.3-3 µm und 8-12 µm empfindlich sind. Die Breite eines Bildstreifens beträgt 1500 km. Weiterhin wurde der Strahlungshaushalt zwischen 3 und 30 µm bestimmt. Innerhalb des Systems wurden auch neue Instrumente erprobt so bei Meteor 1 F8 ein Infrarotspektrometer mit 5 nm Auflösung bei Meteor 1 F10/F18 ein Infrarotradiometer mit 2 km Bodenauflösung zwischen 10.5 und 12.5 µm und bei Meteor 1 F25 ein Infrarotspektrometer für Temperaturmessungen. Diese waren Vorläufer für den Umweltsatelliten Meteor-Priorida.
Die Satelliten verwenden Ionentriebwerke zur Bahnkorrektur, es waren ständig 3-4 Trabanten einsatzbereit, so das ein Gebiet alle 4 Stunden erfasst werden konnte. Ab 1971 konnten Bilder auch von westlichen Stationen empfangen werden. Der letzte Trabant startete 1977.
Die Nachfolgesatelliten besitzen nicht nur eine doppelt so lange Lebensdauer von 1
Jahr. Startrakete war nun immer die Zyklon, d.h. die Satelliten waren
leichter als die Meteor 1 Generation (Je nach Autor werden 2.75-3 t angegeben). Die Umlaufbahnen
lagen in 850-870 km Höhe bei den ersten und 930-970 km Höhe bei den letzten Satelliten.
Als Instrumente kamen zum einen zwei Fernsehkameras zum Einsatz mit 2100 und 2600 km Bildbreite und 1 bzw. 2 km Auflösung. Im Infrarot (8-12 µm) wurden bei 2600 km Breite 8 km Auflösung erreicht.
Ein Radiometer mit 8 Kanälen erfasste die Temperaturen in einem Bereich von 1000 km mit einer Höhenauflösung von 37 m. Ein weiteres Instrument maß die Veränderungen des Elektrischen Feldes und Radiostrahlungen. Es fanden 21 Starts von 1975 bis 1993 statt, das Meteor 2 System blieb noch operationell als Meteor 3 schon gestartet war, beide wurden zusammen von Meteor 3M abgelöst. Es spricht viel dafür, dass die Meteor 3 Satelliten nicht die Erwartungen erfüllten die man an sie stellte, so dass man das ältere System beibehielt.
Es befanden sich immer 2 Satelliten gleichzeitig im Orbit, so dass jedes Gebiet der Erde zweimal am Tag und zweimal bei Nachts überflogen wurde.
Die dritte Generation der Wettersatelliten startete ab 1984. Die Umlaufbahnen waren
mit 1200 km nochmals angehoben worden. Die instrumentelle Nutzlast wurde zuerst ab 1984 auf
Meteor 2 Satelliten getestet, bis 1990 auch die neuen Satelliten zur Verfügung standen. Der
Zeitunterschied erklärt sich daraus, dass die Sowjetunion die Instrumente schon für den
geostationären Satelliten entwickelt hatte, diesen aber nicht startete. Die Meteor 3 Satelliten
wiegen zirka 2150-2500 kg, wovon 500-700 kg auf die Instrumente entfallen. Der Satellit ist ein 1
m breiter und 1.5 m hoher Zylinder. 2 Solarpanels haben eine Spannweite von 10 m. Die Kamera auf
Basis eines Telephotometers liefert Bilder von 3100 km Breite und einer Auflösung von 2.8 km, die
Infrarotbilder haben eine Auflösung von 10 km. Ergänzt wurde es durch ein 11 Kanal Radiometer und
einen experimentellen Ozon Mess-Sensor Die Design Lebenszeit betrug 2 Jahre. Von 1984 bis 1994
wurden 6 Meteor 3 Satelliten gestartet
Von dem bislang modernsten sowjetischen Wettersatelliten wurde bislang nur ein Exemplar mit einer Zenit Rakete gestartet. Es handelt sich um einen 2500 kg schweren Satelliten von 1.4 m Durchmesser und 2.2 m Höhe. Dadurch konnte die instrumentelle Nutzlast auf 900 kg angehoben werden und die Stromversorgung wurde von 500 auf 1000 Watt verdoppelt. Die Daten werden nun digital gesandt bei 1.7 GHz anstatt 466 MHz. Mit dem ersten (und bislang einzigen) Meteor 3M Satelliten flog auch das amerikanische SAGE Experiment. Ursprünglich war der Start für 1998 geplant, doch fand er erst 2001statt.
Ursprünglich wollte die Sowjetunion zum GARP 1978/1979 einen eigenen geostationären
Satelliten starten. (Weitere beteiligte waren die USA mit zwei Trabanten, Japan und die ESA).
Doch dazu kam es nicht. Der erste und bislang einzige geostationäre Wettersatellit der UdSSR
wurde erst 1994 gestartet. Nach der Ankunft im Orbit bei 76° West wurde er in Elektron umbenannt.
Das Projekt ist mit Sicherheit weitaus größer und komplexer geworden als man sich gedacht hat,
denn der Elektron Satellit ist ein riesiger Satellit:
Der Satellit wiegt im Orbit 2580 kg (Man vergleiche dies mit 320 kg bei Meteosat 1-6 und 980 kg bei MSG). Der Satellit ist dreiachsenstabilisiert und verfügt über eine Stromversorgung von 1500 Watt. Hauptinstrument war ein Telefotometer mit 3 Kanälen. Die Empfindlichkeit lag bei 400-12500, je nach Spektralbereich wurden Bilder mit 1400-8000 Linien gewonnen, d.h. Bodenauflösungen von 1.5-6.3 km. Ergänzt wurde dies durch eine Kommunikationsnutzlast mit 12 Kanälen, welche den Satellit mit Bodenstationen in Moskau, Taschkent und Chabarowsk verband.
Innerhalb von 24 Stunden konnten nur 24 Bilder im Halbstundenabstand gewonnen werden, d.h. die Hälfte des Tages lieferte der Satellit keine Bilder. Am Stück waren es maximal 4-5, die meistens zwischen 0-12 GMT gewonnen wurden. Die Daten wurden nicht life gesandt, sondern alle 3 Stunden abgerufen. Dadurch war der Nutzen des Satelliten nicht sehr groß, vor allem für nicht sowjetische Nutzer. Es blieb daher auch bei diesem einen Start und es gibt keine Pläne Russlands einen weiteren Satelliten zu starten.
Dieser Satellit ist das Gegenstück zum amerikanischen Nimbus, es ist ein auf dem
Meteor Satelliten basierender Satellit mit der Aufgabe der Meteorologischen Forschung aber auch
der Fernerkundung. Offiziell gab es nur einen Satelliten, der 1981 startete. Von diesem ist die
Instrumentierung bekannt: Zwei Multispektrale Kameras mit 4 Kanälen bildeten ein Gebiet von 1930
km Kantenlänge bei 1.5 km Auflösung ab. Ein zweites System hatte nur 2 Kanäle, bot bei 1380 km
Kantenlänge aber 240 m Auflösung.
Ein Multispektralscanner mittlerer (170) und hoher Auflösung (30 m) vervollständigte das Abbildende System. Dazu kam ein bulgarisches Spektralfotometer (32 Kanäle 280 km Kantenlänge) und ein sowjetisches 4 Kanal Radiometer. Der Satellit wurde in einen sonnensynchrone Bahn (98.6°) in 611/681 km Höhe gestartet. Trägerrakete war eine Woschod.
Neben diesem wahrscheinlich etwa 3800 kg schweren Satelliten der 1981 gestartet wurde, können 4 weitere Satelliten des Meteorprogrammes wegen ihrer abweichenden Instrumentierung zu diesem Programm gerechnet werden. Teilweise entsprechen die Umlaufbahnen von 340 km Höhe auch nicht denen des Meteorprogrammes.
Anders als bei der USA und der UdSSR war der erste
Wettersatellit der ESA ein geostationärer. Das ist um so erstaunlicher, als das Europa nördlicher
als die USA liegt und daher von polaren Wettersatelliten mehr profitiert als von einem
geostationären, der den Kontinent nur verzerrt und sehr klein abbildet.
Das Meteosat System besteht aus 6 Satelliten, die im Prinzip den gleichen Aufbau haben, ab Meteosat 4 jedoch etwas modernisiert wurden. (Verlängerung der Design Lifetime von 3 auf 5 Jahre). Ausgangspunkt für das Programm war das globale Atmosphären Erforschungsprogramm der UNO (GARP). Dafür wurden die Meteosat Satelliten konstruiert, die genau über dem Äquator bei 0° Länge über dem Golf von Guinea stationiert wurden. Das Programm besteht aus 3 präoperationalen Systemen (Meteosat 1-3) und 3 operationellen Systemen (Meteosat 4-6). Das operationelle Programm kostete 888 Mill. DM, das präoperationale 240 Mill. DM (bei 2 Flugeinheiten). Das GARP sah 5 Satelliten rund um den Äquator vor, die von den USA (2), der ESA, Russland und Indien stammen sollten. Damit sollte eine globale Beobachtung des Wetters gewährleistet werden. Indien leistete seinen Beitrag mit Apple, ersetzte diesen Satelliten jedoch später nicht. Der russische Beitrag kam erst in den neunziger Jahren. Später übernahm Japan die Rolle Russlands mit einem eigenen Wettersatellitensystem.
Jeder Satellit ist ein 2.1 m breiter, mit Antenne 3.2 m hoher Zylinder. Er trägt nur ein Hauptinstrument ein Radiometer, das an einem 40 cm Cassegrain Teleskop angeschlossen ist. Im Brennpunkt sitzen 4 Sensoren für das sichtbare Licht 0.5-0.9 µm und je einer im Infraroten 10.5-12.5 µm und im Wasserdampfabsorptionsband (5.7-7.1 µm). Das Teleskop wird auf und ab bewegt, während die Rotation des Satelliten (100 x pro Minute) die Zeilen zu einem Bild zusammensetzt. So werden 2500 Zeilen × 2500 Punkten im IR und Wasserdampfband gewonnen und 5000 × 5000 im sichtbaren Bereich. 25 Minuten dauert eine Aufnahme, danach wird das Instrument in Ruheposition zurückgefahren und neu kalibriert. Nach 5 Minuten wird eine neue Aufnahme gemacht, so dass der Satellit pro Tag 48 Aufnahmen in 3 Spektralkanälen gewinnt. Die Bodenauflösung liegt am Äquator bei 2.5 km im sichtbaren und 5 km im IR/Wasserdampfband.
Die zweite Einrichtung ist ein Datensammler, der auf max. 66 Funkkanälen Daten von Wetterstationen sammelt und zur Erde überträgt. Weiterhin wird die Datenübertragung anders als bei der NASA gehandhabt: Der Satellit selbst sendet keine nativen APT Bilder (oder im Nachfolgerformat WEFAX). Stattdessen werden die normalen Rohbilder am Boden aufbereitet (die Kontinente eingezeichnet, Graustufen angepasst etc.) und wieder zum Satelliten im WEFAX Format geschickt, der sie auf einem speziellen Kanal wieder aussendet. Die Bildqualität für en Benutzer ist dadurch erheblich höher.
Der Satellit wiegt je nach Trägerrakete beim Start 681-705 kg. (Meteosat 1 auf Delta 3914, Meteosat 2-6 auf Ariane). Im Orbit sind es noch 320 kg, inklusive 39 kg Hydrazin zur Lageregelung. Nach dem 240 Mill. DM teuren präoperationellen Satelliten 1-3 (gestartet von 1977-1988. (Ursprünglich waren nur 2 geplant, doch man entschloss sich ein Erprobungsmodell als Meteosat 3 auf dem Jungfernstart der Ariane 4 zu starten) folgten von 1989-1997 die operationellen Typen Meteosat 4-6. Ab 1989 waren immer mindestens 2 Satelliten gleichzeitig betriebsbereit im Orbit, so dass die kleine ESA ab 1989 Meteosat 3 an die NASA auslieh, als bei der ein GEOS Satellit ausfiel und keine Redundanz vorhanden war. Zu anderen Zeiten wurde jeweils ein Satellit über dem indischen Ozean platziert um dort das Wetter zu beobachten und hier vor allem die fehlenden russischen und indischen Satelliten zu ersetzen.
MSG steht für Meteosat Second Generation. Nach fast 25 Jahren gab es erst die zweite Generation mit erheblich verbesserten Instrumenten. So lange reichten die Meteosat Satelliten für die Wettervorhersage (Die Computermodelle erlaubten nur grobe Auflösungen, so das 1989 insgesamt 32 Bildpunkte eine Meteosat Bildes für einen Koordinatenpunkt des Modells zusammengefasst wurden. Eine höhere Auflösung machte also keinen Sinn). Ursprünglich war ein Start schon für 1998 geplant, doch die lange Lebensdauer der Meteosat 4-6 Satelliten erlaubte es den Start auf 2002 zu verlegen.
Der Satellit ist nun erheblich größer als die Vorgängergeneration, behält aber die trommelförmige Struktur mit Drallstabilsierung und das zentrale Radiometer, das die Erde Punkt für Punkt abtastet und aus vielen Messungen ein Bild erzuegt.
Anstatt drei Wellenbereichen deckt das Radiometer nun zwölf ab, bei 0.6, 0.8, 1.63. 1.8, 6.2, 7.3, 8.7, 9.7, 10.8, 12.0 und 13.4 µm liegen. Die Auflösung beträgt nun 1 km im visuellen und 3 km in den anderen Spektralbereichen. Das Teleskop hat nun 60 cm Durchmesser und es wird nur der Spiegel, nicht das ganze Teleskop zum Abtasten bewegt.
Die weiteren Kanäle erlauben wesentlich mehr Informationen zu erhalten. Die Oberflächentemperaturen lassen sich bei 3.8 µm bestimmen, Ozonkonzentrationen bei 9.7 µm. Die Kombination von 1.6 µm und 3.8 µm lässt eine Unterscheidung von Land und Eismassen zu etc. Weiterhin werden alle 15 anstatt 30 Minuten Bilder gewonnen und diese in 10 Bits für die Helligkeit anstatt 8 Bits.
Ein weiteres Instrument soll die Überwachung des Strahlungsbudgets der Erde erleichtern. Die Messungen im LEO Orbit weisen starke Schwankungen je nach Tageszeit auf und decken nur bestimmte Zeiten ab, so dass man sich von diesem Instrument wesentlich genauere Daten erhofft. MSG 1-4 werden als Meteosat 7-10 gestartet werden, wobei MSG-1 schon seit August 2002 im Orbit ist. Der Satellit wiegt mit 2000 kg das dreifache der ersten Generation. Im Jahre 2005 folgte MSG-2. Ein weiteres Exemplar ist eingelagert und sollte erst gestartet werden wenn MSG-1 am Ende der Lebensdauer angekommen ist. Das ist bei einer Lebensdauer von nominell 7 Jahren 2012 der Fall und so erfolgte der Start am 5.7.2012. Das letzte Exemplar wird dann MSG-2 ersetzen und 2014 starten. Als MSG-4 als Meteosat 10 startetete waren aber noch Meteosat 7-9 aktiv, das bedeutet Eumetsat hat vier aktive Satelliten im Betrieb.
Mitte 2006 begann MSG-1, nun offiziell Meteosat 7 genannt eine Driftphase nach 57.5 Grad Ost, über dem indischen Ozean, wo er Meteosat 5 ersetzen soll, der am Ende seiner Lebensdauer angekommen ist.
Die nächste Generation MTG (Meteosat Third Generation) ist für 2017 für den Start vorgesehen. Die Satelliten sind noch schwerer und wiegen nun 3,5 bis 4. erstmals gibt es zwei Typen, einen der wie bisher die Erde mit einem Radiometer abtastet (mit höherer Auflösung von 0,5 m, 16 Kanälen und einem Fastmode für ein Viertel der Oberfläche und 2,5 Minuten Wiederholung anstatt 10 Minuten für die ganze Scheibe) und einen Satelliten mit Infrarot/UV/Vis Spektrometer zur Bestimmung von Spurengasen, Windprofilen etc.
Vier visuelle Satelliten und zwei IR-Beobachter sind geplant. Sie sollen für 20 Jahre Daten liefern.
Metop ist das erste polare System der ESA. Es besteht aus 4 Satelliten
die bis 2006/7 gefertigt und dann sukzessive gestartet werden sollen um
einen Betrieb bis 2020 zu gewährleisten, also über 15 Jahre.(3 Flugmodelle
und ein Ingenieursexemplar) Metop ist ein
4.1 t schwerer Satellit und damit der bislang größte Wettersatellit. Die hohe Masse beruht auch auf der Verwendung der Envisat Plattform als Instrumententräger. Envisat ist der größte je
gebaute Erderkundungssatelliten.
Metop umrundet die Erde in einer leicht retrograden polaren Umlaufbahn (98.7 Grad Neigung) in 800-850 km Höhe (nominell 837 km) 14 mal am Tag. Ein Umlauf dauert 100 Minuten. Alle 5 Tage decken seine Instrumente die gesamte Erde ab. Nicht weniger als 13 sind es :
Diese sind neu entwickelt worden. Die anderen stammen von anderen Instrumenten ab und wurden zum Teil von der NOAA gestellt:
und
bestimmen die Feuchtigkeit und Temperatur der Atmosphäre in vertikalen Profilen
Diese Instrumente stammen von der NOAA und der CNES. Der Vorteil der Übernahme alter Experimente ist, dass natürlich die Daten mit denen anderer Satelliten verglichen werden können. (NOAA 16-18 bei AMSU und AVHRR). Dies erlaubt es auch die besseren Daten der neuen Instrumente mit alten Daten zu vergleichen. Diese Instrumente sind für Metop-1 und 2 vorgesehen, die beiden folgenden Satelliten können dann neuere Instrumente einsetzen.
Metop ist ein riesiger Satellit. im Orbit hat er entfaltet eine Größe von 17.6 m x 6.6 m x 5.2 m. Der Start erfolgt mit einer Sojus-Fregat. Von 2006 bis 2015 wird alle 4.5 Jahre ein Metop Satellit gestartet werden. Die nominelle Lebensdauer beträgt 5 Jahre. Von den Gesamtkosten von 2.4 Milliarden Euro für 4 Satelliten und den Betrieb über 15 Jahre trägt Eumetsat 1.85 Milliarden Euros und die ESA 550 Millionen Euros für die Entwicklung der Satelliten. Daten werden mit bis zu 70 MBit/sec an die Bodenstationen übertragen. Gesteuert und betrieben werden die Satelliten durch Eumetsat in Darmstadt.
Nach mehreren Verzögerungen durch Probleme bei den Instrumenten und der Trägerrakete wurde das erste Exemplar Metop-1 am 19.10.2006 gestartet. Im September 2012 folgte Metop-B. Das dritte Exemplar war für 2016 vorgesehen. Da MetOp-1 allerdings seine geplante Betriebszeit überschritten hat und es keine Einschränkungen im Betrieb gibt wurde inzwischen der Start auf 2018 verschoben,
Die GMS
Serie (geosynchrononos Meteological Satellite) wurde wie GOES und Meteosat für das GARP gebaut.
Sie werden im pazifischen Ozean bei 120° Ost positioniert. Es handelt sich um Lizenznachbauten
der Amerikanischen GOES 1-3 Serie, mit gleichen technischen Daten. Die Satelliten werden wie in
Japan üblich nach einem gelungenen Start getauft, alle auf den Namen Himawari. Vom 14.7.1977 bis
zum 18.3.1995 wurden 5 Modelle mit Startmassen von 670-746 kg auf japanischen Trägerraketen gestartet. (N1, N2,H-1 und
H-2).
| Sitemap | Kontakt | Neues | Impressum / Datenschutz | Hier werben / advert here | Buchshop | Bücher vom Autor | |