Masterarbeit über GRACE Follow-On-Datenanalyse

MSc thesis

Ausschreibungsnummer:

Stellenangebot vom 9. Februar 2021

GRACE Follow-On (Gravity Recovery and Climate Experiment) ist eine gemeinsame DLR/NASA Weltraum-Mission, aus zwei identischen Satelliten in ähnlichen erdnahen Bahnen. Durch das präzise Vermessen der Abstandsänderung zwischen den Satelliten ist es möglich, das darunter liegende Gravitationspotential der Erde zu bestimmen. Neben dem statischen Teil des Schwerefeldes ist es möglich, monatliche Momentaufnahmen des Schwerefeldes zu vergleichen und dadurch Effekte des hydrologischen Zyklus (bspw. Grundwasser-Speicher, Polkappenschmelze und den globalen Meeresspiegel) zu beobachten. Zusätzlich zu einem Mikrowellen-Instrument, das schon in der Vorgängermission GRACE (2002-2017) verwendet wurde, nutzt GRACE-FO ein neuartiges Laser Ranging Interferometer (LRI) für die Abstandsmessung.

In den vergangenen Jahren war das AEI an der Entwicklung der LRI-Architektur und Tests der Hardware maßgeblich beteiligt. Seit dem Start und der Inbetriebnahme der Satelliten im Mai 2018 hat die GRACE-FO-Gruppe am AEI durchgehend die Telemetrie-Daten überwacht und deren Qualität analysiert um das Verhalten des Instruments im All zu verstehen und mögliche Alterungsprozesse o.ä. zu erkennen.

Wir bieten nun ein Master-Projekt in einem der folgenden Themengebiete an:

A) Herleiten und Verifizieren von Pre-Fit-Residuen

Wir möchten die Qualität der LRI-Abstandsdaten auf dem Pre-fit-Level verstehen, also nachdem bekannte gravitative und nicht-gravitative Kräfte subtrahiert wurden, die eine Veränderung des Satellitenabstandes hervorrufen. Dazu werden die Messdaten mit einer modellierten Bewegung verglichen, die durch verschiedenen Kräfte-Modelle berechnet wird, für gewöhnlich in Kombination mit präziser Orbit-Bestimmung. Diese Analyse wird uns helfen, die Rauschquellen des Instruments zu bestimmen. Um die wirkenden Kräfte zu berechnen werden eine eigens entwickelte Matlab-Routinen zum Einsatz kommen, die gravity field recovery toolbox (GFR-Toolbox).

Das Projekt hat dem Fokus auf der Validierung und Verbesserung der GFR-Toolbox und ihrer Algorithmen. Die Student:in wird lernen:

  • State-of-the-art-Kräftemodellierung für Satelliten im erdnahen Orbit, u.a. Drittkörper-Kräfte, atmosphärische Reibung, statisches und dynamisches Erd-Gravitationsfeld
  • Programmieren in einer gemeinschaftlichen Umgebung mit git und gitlab
  • numerische Methoden und Datenanalyse-Techniken

Sobald der GFR-Toolbox-Code validiert ist, könnten wir ihn zur präzisen Bahnbestimmung und Schwerefeldgewinnung verwenden.

B) Charakterisierung von Besonderheiten in LRI-Abstandsdaten

Es ist bekannt, dass die LRI-Abstandsmessung Effekte der Satelliten-Ausrichtung (tilt-to-lenght coupling) und von linearen Beschleunigungen, ausgelöst durch Kaltgas-Schubdüsen, enthält. Beide Effekte verfälschen den gemessenen Abstand und müssen daher modelliert und subtrahiert werden.

Das Projekt hat den Fokus auf der Analyse von instrumentellen Rohdaten um die Qualität und das Verständnis der Instruments zu verbessern. Die Student:in wird lernen:

  • Tiefgehende Einsichten in die LRI-Daten, die nicht nur die Abstandsmessung sondern auch thermale und elektronische Aspekte beinhalten, neben vielen anderen Metriken
  • Unterstützung einer Weltraum-Mission
  • Programmieren in einer gemeinschaftlichen Umgebung mit git und gitlab
  • Numerische Methoden und Datenanalyse-Techniken

Die Werkzeuge für beide Projekte sind mehrheitlich in Matlab geschrieben. Ein vorausgehendes Studium in Physik und/oder Geodäsie, sowie Programmier-Erfahrung (Matlab oder Python) sind für das Projekt erwünscht.

Die Masterarbeit ist gedacht für Student:innen der LUH mit einem Umfang von 12 Monaten (60 ECTS, Forschungsphase und Master-Arbeit).

Kontakt: Malte Misfeldt ()

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