Europejski satelita teledetekcyjny

Satelita ERS nad Antarktydą (fotomontaż)
Model: Satelita ERS w ładowności owiewki od Ariane 4

W Europejskiej Teledetekcja satelitarna s ERS-1 i ERS-2 są dwa satelity z Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), które były wykorzystywane do teledetekcji powierzchni ziemi. Oba satelity już nie działają. ERS-1 był pierwszym satelitą obserwacyjnym ESA i jednym z najważniejszych osiągnięć satelitarnych w latach 80. XX wieku.

Rozwój i budowa

Wstępne badania nad projektem rozpoczęły się w 1978 r. DASA była głównym wykonawcą obu misji i dostarczyła zarówno platformę, jak i niektóre kluczowe instrumenty. Satelity zostały wyposażone w kilka („multidyscyplinarnych”) technik pomiarowych dla różnych zakresów widmowych (zakres UV /VIS, zakres podczerwieni , mikrofale ). ERS-1 i ERS-2 zostały zbudowane przez konsorcjum firm pod kierownictwem firmy Dornier- System GmbH w Friedrichshafen . Firma ta opracowała również czujnik SAR. Stacja naziemna ERS została również zbudowana na Antarktydzie w pobliżu Dornier.

Orbity satelitów i ślady obrazu

Oba satelity zostały wystrzelone na orbitę za pomocą rakiet Ariane 4 17 lipca 1991 i 21 kwietnia 1995 roku . Satelity ERS okrążyły Ziemię w około 100 minut i poruszały się po prawie biegunowych orbitach , co oznacza, że ​​można je zsynchronizować ze Słońcem . Oznacza to, że płaszczyzny orbity są zawsze pod tym samym kątem do Słońca, a zarejestrowane paski obrazu również mają mniej więcej takie same warunki oświetlenia i kontrastu w różnym czasie .

Skanowanie Ziemi w formie pasków!

Orbity satelitów zostały zaprojektowane w taki sposób, aby ich czujniki obejmowały niemal każde miejsce na Ziemi przynajmniej raz na 35 dni .

To pasowe przelatywanie spowodowane jest dwoma efektami: rotacją Ziemi i precesją płaszczyzn orbitalnych. Orbity satelitów reprezentują elipsy lub okręgi i przebiegają w przybliżeniu zgodnie z prawami Keplera . Ich poziomy pozostają w dużej mierze nieruchome w przestrzeni w otaczającej przestrzeni ( układ odniesienia gwiazd) , dzięki czemu nasza macierzysta planeta obraca się pod tymi orbitami. W rezultacie ERS i podobne satelity mogą stopniowo skanować powierzchnię Ziemi na ciągłych paskach obrazu .

Gdyby satelita podbiegunowy (lecący z północy na południe) okrążał Ziemię dokładnie 14 razy dziennie, każdego dnia wracałby do prawie tego samego pasa. Więc miałby z. B. ERS-2 to okres orbitalny 102,57 minuty, mógł być powierzchnią Ziemi , chociaż codziennie obserwowany wzdłuż pewnych południków, ale nie w obszarach pośrednich. Orbity są zatem zmieniane i stabilizowane w taki sposób, że codziennie biegną w pewnej odległości od poprzedniego południka.

Orbita satelity

Satelity ERS krążyły wokół Ziemi po orbicie synchronicznej ze słońcem na początkowej 800 km z nachyleniem 98,5°. Tor kolejowy przebiega obok słupów przez około 900 km. Satelity skanowały ziemię w paskach i dotarły do ​​punktu startowego po 35 dniach. Orbita została zaprojektowana jako orbita zamrożona .

Instrumenty satelitów ERS

Model ERS (reflektor na pierwszym planie jako odniesienie do rozmiaru)

Najważniejszym urządzeniem pomiarowym był radar z syntetyczną aperturą na pasmo C o rozdzielczości gruntowej 30 m × 30 m. Można go było obracać o 12° w lewo i w prawo i pokryć pas ziemi o szerokości 100 km. Ze względu na orbitę synchroniczną ze słońcem, zawsze widział powierzchnię w tym samym czasie lokalnym.

ERS-2 zawiera spektrometr GOME oprócz instrumentów ERS-1 . Inne urządzenia pomiarowe to:

  1. Wysokościomierz radarowy do pomiaru wysokości nad powierzchnią morza lub lodu: nadajnik w paśmie Ku o częstotliwości 13,8 GHz, który emituje pionowe mikrofale i mierzy czas przejścia echa. Na tej podstawie można było uzyskać dane dotyczące wysokości fal, wiatru, poziomu morza, pływów, powierzchni lodu i kształtu geoidy.
  2. ATSR (Along-Track Scanning Radiometer ): obrazujący radiometr podczerwieni (IRR) połączony z pasywną sondą mikrofalową (MWS). IRR mierzy temperaturę chmury, gruntu i morza w czterech kanałach z dokładnością od 0,2 do 0,5°. Ponadto zarejestrowano widoczny obszar do analizy roślinności. MWS posiadał dwa kanały do ​​określania całkowitej zawartości wody w atmosferze na torze glebowym o szerokości 20 km.
  3. GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) był spektrometrem wysokiej rozdzielczości do promieniowania UV i widzialnego. Od 1996 roku ESA dostarczała 3-dniowe zestawy danych o zachmurzeniu oraz dystrybucji ozonu i dwutlenku azotu w atmosferze za pośrednictwem CD-ROM-u lub Internetu . GOME wykrył również w powietrzu inne gazy śladowe (tlenek bromu, dwutlenek siarki , formaldehyd , dwutlenek chloru , dimer O2-O2) oraz aerozole. Ten instrument znajduje się tylko na pokładzie ERS 2
  4. MWS / MWR (Sonda mikrofalowa i radiometr ): pasywny radiometr (23,8 i 36,5 GHz) do analizy pary wodnej w atmosferze. Poprawia to określanie wysokości (wysokościomierz), ponieważ para wodna i krople wody wydłużają pozorną ścieżkę sygnału echa.
  5. SAR ( radar z aperturą syntetyczną ), w tym tryb AMI ( aktywne oprzyrządowanie mikrofalowe ):
    1. tryb obrazu dla obrazów powierzchni ziemi w rozdzielczości 8–20 m w pasie 100 km,
    2. Tryb fal do analizy fal oceanicznych oraz określania kierunku i prędkości wiatru. Skaterometria atmosfery wiatr zmierzył zmieniony refleksji nad morzem, który zależy od małych akustyczną fal i ich energii wiatrowej.
  6. PRARE (Precise Range and Range Rate Equipment): Pomiar odległości w każdych warunkach pogodowych w celu precyzyjnego określenia orbity i geodezji satelitarnej - m.in. B. do analizy ziemskiego pola grawitacyjnego lub tektoniki płyt.
  7. LRR ( Laser -Retroreflector): Odbłyśnik podczerwieni do pulsujących wiązek laserowych ze specjalnych stacji naziemnych, które miały powiązane urządzenia pomiarowe do pomiaru pasa startowego.

Innowacje dzięki połączeniu

Po uruchomieniu ERS-2 czujniki SAR ERS-1 i ERS-2 były w stanie rejestrować tę samą powierzchnię ziemi w bardzo krótkich odstępach czasu (zwykle jeden dzień) i dane te można było wykorzystać do interferometrii . Nieco różne orbity obu satelitów (zwykle kilka 100 metrów) prowadzą do nieco innych „kątów” tego samego obszaru powierzchni ziemi. Dzięki matematycznemu połączeniu obu zapisów można było stworzyć cyfrowe modele elewacji powierzchni Ziemi lub zarejestrować i uwidocznić niewielkie ruchy powierzchni Ziemi pomiędzy dwoma zapisami z dokładnością do około jednego centymetra (różnicowa interferometria radarowa, DINSAR).

Satelity dostarczyły danych o zmianach powierzchni Ziemi przed lub po erupcji wulkanu lub o zmianach powierzchni Ziemi spowodowanych trzęsieniami ziemi. Innymi przykładami była rozbudowa komory lawowej na Etnie lub zapowiedź lawiny błotnej wulkanu na Islandii .

Podobna kombinacja dwóch czujników SAR jest realizowana z satelitą TerraSAR-X . Od końca 2010 roku wraz z niemal identycznym satelitą TanDEM-X zainicjował wspólną, trwającą kilka lat misję interferometryczną.

Dodatkowe korzyści

Oprócz realizacji celów badawczych, satelita jest również wykorzystywany do Międzynarodowej Karty Kosmicznej i Katastrof Naturalnych .

Stan satelitów

ERS-1 nie był aktywny od 10 marca 2000 r., ale podwoił planowany okres użytkowania.

W czerwcu 2003 roku pamięć taśmowa ERS-2 uległa awarii. Satelita nie mógł już buforować sygnałów, które zarejestrował w ciągu 100 minut podczas orbitowania wokół Ziemi. Przesyłał dane, które aktualnie rejestrował, gdy był w kontakcie ze stacją naziemną przez 10 minut. Jednak ta wada została w możliwie największym stopniu zrekompensowana przez rozległą międzynarodową sieć stacji naziemnych.

Od lutego 2001 r. problemy z czujnikami żyroskopowymi doprowadziły do ​​pewnych ograniczeń w użyteczności niektórych czujników. W 2003 roku problemy te zostały częściowo zniwelowane przez nowy system kontroli oprogramowania. W przeciwnym razie ERS-2 działa idealnie do 2011 roku.

Na przełomie 2007 i 2008 roku zrealizowano misję tandemową z satelitą ESA Envisat. B. O szybko zmieniających się lodowcach w Arktyce.

5 lipca 2011 r. ESA ogłosiła zakończenie misji ERS-2. Od 6 lipca wysokość orbity satelity została obniżona przez kilka zapłonów hamulca z 800 km do 550 km, gdzie ryzyko kolizji jest mniejsze. Ponadto wszystkie zbiorniki zostały opróżnione, a akumulatory rozładowane, aby zapobiec wybuchom na pokładzie, które generowałyby dalsze śmieci kosmiczne. Ostatnie polecenie do ERS-2 zostało wysłane 5 września 2011 o godzinie 13:16 UTC. Z 5981 dniami (ponad 16 lat), ERS-2 był najdłuższym aktywnym satelitą ESA. ERS-2 spłonie w ziemskiej atmosferze w ciągu najbliższych 25 lat (do 2036 r.).

literatura

  • D. Zhao, C. Kuenzer, C. Fu, W. Wagner: Ocena wskaźnika wody glebowej uzyskanego z ERS w celu monitorowania dostępności wody i rozkładu opadów w trzech różnych skalach w Chinach . W: Journal of Hydrometeorology . 2008, doi : 10.1175/2007JHM965.1 .
  • Dieter Gottschalk: Misja i przegląd systemu ERS-1 . W: Nauki o Ziemi . 1991, doi : 10.2312/geosciences . 1991.9.100 . - oraz dalsze artykuły w numerze 9 (4-5) czasopisma Die Geoswissenschaften .

linki internetowe

Indywidualne dowody

  1. ↑ Misje satelitarne ERS zakończone po 20 latach. ESA, 12 września 2011, dostęp 12 września 2011 .
  2. ↑ ESA: Proba-1 ustanawia nowy rekord. Dostęp 8 stycznia 2019 r. (w języku angielskim): „Proba-1 przewyższy ERS-2, czyniąc z niej najdłużej działającą misję obserwacji Ziemi ESA wszech czasów”.
  3. ^ Pionierski satelita środowiska ERS wycofuje się. ESA, 5 lipca 2011, dostęp 6 lipca 2011 .