GRACE Follow-On

GRACE Follow-On beobachtet mittels LISA-Technologie kritische Indikatoren des Klimawandels durch Veränderungen im Gravitationsfeld der Erde. Die Mission setzt ein Laserinterferometer mit Nanometer-Genauigkeit zwischen zwei Satelliten ein.

GRACE

GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) war eine gemeinsame amerikanisch-deutsche Satelliten-Mission, die uns neue und unerwartete Einblicke in die natürlichen Vorgänge unseres Planeten verschafft hat. Bei der GRACE-Mission maßen die zwei Satelliten ihren gegenseitigen Abstand mittels eines Mikrowellensystems. Zeitliche Veränderungen im irdischen Schwerefeld lassen sich aus Änderungen dieser Abstände ableiten. Diese Veränderungen im Erdschwerefeld wiederum können genutzt werden, um Indikatoren des Klimawandels zu messen. Dazu zählen beispielsweise das Abschmelzen der polaren Eismassen und Veränderungen im Grundwasserpegel.

Eine Nachfolgemission für GRACE

Die Satellitenmission GRACE Follow-on (GRACE FO) ist eine Fortsetzung der GRACE-Mission mit identischen Instrumenten und Satelliten. Allerdings verbessert sie die Mikrowellen-Abstandsmessung mittels eines Laserinterferometers auf Nanometer-Genauigkeit.

Der Laserinterferometrie-Demonstrator auf GRACE FO ist ein Partnerprogramm zwischen NASA, dem Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ) in Potsdam und dem Albert-Einstein-Institut. Das AEI ist verantwortlich für das Laserinterferometer und überwacht dessen technische Umsetzung. Dies beinhaltet im Besonderen die Messoptik und den Steuerspiegel-Aufbau beim Einbau und Test der Instrumente.

Die Mission startete am 22. Mai 2018 von Vandenberg, Kalifornien, erfolgreich in die Erdumlaufbahn. Erste Beobachtungsdaten wurden im Sommer 2018 empfangen. Seitdem läuft das System zuverlässig und liefert hochpräzise Abstandsdaten im regulären Messbetrieb.

LISA-Technologie in der Erdumlaufbahn

Zur Überwachung und Vermessung des Erdschwerefelds wird LISA Pathfinder-Technologie verwendet: Das LISA-Phasenmeter wurde dafür an die Ansprüche der GRACE FO-Mission angepasst.

Ein Konsortium von Institutionen in den USA, in Deutschland und in Australien hat im Rahmen dieses Projekts einen Prototypen des Laser-Abstandsmessungssystems gebaut, das an Bord der GRACE Follow-on Mission fliegt. Dieses System hat die Genauigkeit um einen Faktor von rund 200 im Vergleich zur ursprünglichen GRACE-Mission verbessert.

Die nächsten Geodäsiesatelliten vorbereiten

Zwei Satellitenmissionen könnten zukünftig aus der Erdumlaufbahn das Schwerefeld der Erde und seine Änderungen noch genauer vermessen.

GRACE-I ist ein Gemeinschaftsprojekt von Helmholtz-Gemeinschaft, NASA, DLR und der Max-Planck-Gesellschaft. Das baugleiche Satellitenpaar soll in einer deutlich niedrigeren Erdumlaufbahn fliegen und so mit bisher unerreichter Genauigkeit Änderungen des irdischen Schwerefelds und des globalen Wasserkreislaufs überwachen. Zudem soll eine ICARUS-Nutzlast die Wanderbewegungen von Tieren überwachen.

Die europäische Raumfahrtagentur ESA plant derzeit eine „Next Generation Gravity Mission“ (NGGM), die aus zwei Satellitenpaaren in niedrigen Erdumlaufbahnen (einer über den Erdpolen und einer dazu geneigten) bestehen könnte. So soll die Messgenauigkeit für Änderungen des Erdschwerefelds – sowohl ihre zeitliche als auch ihre räumliche Auflösung – deutlich gesteigert werden.

Forschende des AEI sind aufgrund ihrer Expertise an beiden Projekten am Design der verwendeten Laser-Interferometer beteiligt.

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Fachveröffentlichungen

1.
Abich, K.; Braxmaier, C.; Gohlke, M.; Sanjuan, J.; Abramovici, A.; Okihiro, B. B.; Barr, D. C.; Bize, M. P.; Burke, M. J.; Clark, K. C. et al.; de Vine, G.; Dickson, J. A.; Dubovitsky, S.; Folkner, W. M.; Francis, S.; Gilbert, M. S.; Katsumura, M.; Klipstein, W.; Larsen, K.; Liebe, C. C.; Liu, J.; McKenzie, K.; Morton, P. R.; Murray, A. T.; Nguyen, D. J.; Ravich, J. A.; Shaddock, D.; Spero, R.; Spiers, G.; Sutton, A.; Trinh, J.; Wang, D.; Wang, R. T.; Ware, B.; Woodruff, C.; Amparan, B.; Davis, M. A.; Howell, J.; Kruger, M.; Lobmeyer, L.; Pierce, R.; Reavis, G.; Sileo, M.; Stephens, M.; Baatzsch, A.; Dahl, C.; Dahl, K.; Gilles, F.; Hager, P.; Herding, M.; Kaufer, M.; Nicklaus, K.; Voss, K.; Bogan, C.; Danzmann, K.; Fernandez Barranco, G.; Heinzel, G.; Koch, A.; Mahrdt, C.; Misfeldt, M.; Müller, V.; Reiche, J.; Schütze, D.; Sheard, B.; Stede , G.; Wegener, H.; Eckardt, A.; Guenther, B.; Mangoldt, T.; Zender, B.; Ester, T.; Heine, F.; Seiter, C.; Windisch, S.; Flatscher, R.; Flechtner, F.; Grossard, N.; Hauden, J.; Hinz, M.; Leikert, T.; Zimmermann, M.; Lebeda, A.; Lebeda, A.: In-Orbit Performance of the GRACE Follow-on Laser Ranging Interferometer. Physical Review Letters 123, 031101 (2019)
2.
Wegener, H.; Müller, V.; Heinzel, G.; Misfeldt, M.: Tilt-to-Length Coupling in the GRACE Follow-On Laser Ranging Interferometer. Journal of Spacecraft and Rockets 57 (6), S. 1362 - 1372 (2020)

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