Der GOCE-Projektstatus bis August 2009

Positive Bilanz nach der ersten Missionsphase - 2. Quartalsbericht 2009

Alle Aggregate der GOCE-Mission wurden erfolgreich in Betrieb genommen. Das Drag-free-System, eine Weltneuheit, übertrifft alle Erwartungen und funktioniert besser als die Spezifikation es fordert. Ein erster Kalibrierungsdurchlauf wurde an Bord durchgeführt, die Daten wurden von ESA und Industrie ausgewertet.

Ebenso fehlerlos arbeiten alle Untersysteme des Satelliten. Obwohl GOCE sich noch nicht in einer tatsächlichen Messphase befindet, wurde das Gradiometer eingeschaltet und liefert kontinuierlich brauchbare Messdaten.

Auch auf der Erde verläuft die Inbetriebnahme des Bodensegments reibungslos.

 

Die Einzelheiten:

Das Innere des Satelliten (ESA)

 

Der Satellit

Nach dem Start am 17. März 2009 und der erfolgreichen frühen Missionsphase bis zum 20. März, im Fachjargon Launch and Early Orbiting Phase oder kurz LEOP genannt, benötigte der Satellit eine zweiwöchige Pause zum Ausgasen. In dieser Zeit wurden die Sensoren des Attitude and Orbit Controlling System (AOCS)- aufeinander eingestellt und der Kaltgasantrieb aktiviert, der für die Kalibrierung des Gradiometer benötigt wird. Anschließend konnte das Ionentriebwerk mit seiner Hochspannungsenergieversorgung eingeschaltet werden. Alle Aggregate arbeiteten fehlerfrei und zeigten gegenüber den Tests am Boden keinerlei Verschlechterung. Diese Tests sollten die gesamte dynamische Bandbreite abdecken sowie das stabile Verhalten bei verschiedenen Schubstärken über mehrere Erdumrundungen bestätigen.

Vom sechsten bis neunten April wurde das Gradiometer in Betrieb genommen. Sekunden nach dem Einschalten war bereits klar: Alle sechs Gradiometer funktionieren und produzieren verwertbare Daten. Nun wurden die höheren Stufen des Drag-free-Kontrollsystems (DFAC) zugeschaltet, was sich aufgrund der ungewöhnlich niedrigen Sonnenaktivität und der daraus resultierenden niedrigen atmosphärischen Dichte als etwas schwierig erwies. Denn die niedrige Dichte gepaart mit der Tatsache, dass der Satellit aerodynamischer ist als angenommen, verursacht geringere Störkräfte und damit eine niedrigere (passive) aerodynamische Stabilisierung. Neue Verstärkungen mussten entwickelt werden, mit denen schließlich alle Drag-free-Kontrollmodi in Betrieb genommen werden konnten. „Drag-free" ist der Zustand, in dem alle Störkräfte so minimiert sind, dass die restlichen Kräfte, die das Gradiometer misst, nur noch auf die Schwerkraft  zurückzuführen sind. Das DFAC funktioniert hervorragend und generiert eine Umgebung für das Gradiometer, die zehn Mal ruhiger als benötigt ist. Somit stand der Kalibrierung des Gradiometers nichts mehr im Weg.

Zwei markante Schritte kennzeichnen die Gradiometerkalibrierung: Zunächst wird in einem iterativen Prozess das nicht lineare Verhalten der Akzelerometer bewertet und an Bord korrigiert. Während dieser K2-Kalibierung genannten Phase werden die Testmassen mit hoher Frequenz geschüttelt. Dazu wird den Elektroden, die die Massen einrahmen, Wechselstrom zugeführt wird.  

Nach der Konvergenz dieses iterativen Prozesses und der daraus abgeleiteten physikalischen Korrekturen werden die fehlerhafte Anordnung der Gradiometerarme, die Kopplung der Achsen und die Skalenfaktoren im zweiten Schritt kalibriert (ICM-Kalibrierung). Dazu wird der Satellit in alle sechs Richtungen mit Hilfe der Kaltgasgetriebe und des Ionengetriebes wiederum geschüttelt. Die Gradiometerfehler erschließen sich aus den Reaktionen des Gradiometers auf die durch das Schütteln verursachten Beschleunigungen. Die dazu benötigten hochkomplizierten Analysen wurden von ESA und Industrie durchgeführt.

 

Am Boden

Das Bodensegment der GOCE-Mission, das Payload Data Ground Segment (PDGS) wurde sofort nach dem Start in Betrieb genommen. Innerhalb von 24 Stunden waren die ersten Level 0-Daten verarbeitet, die ersten Level 1-Daten nur einen Tag später generiert. Seitdem läuft der Aktivierungsprozess glatt und im Gleichklang mit den Aktivitäten an Bord. Insbesondere Telemetriedaten werden am PDGS empfangen und Level 0 und Level 1b- Daten werden systematisch erstellt und vom HPF, der High Level Processing Facility, übernommen, die Level 2-Produkte erstellt. Level 2-Produkte werden seit ein paar Wochen nach dem Satellitenstart generiert. Auch dieser Prozess läuft nach Plan.

 

Die ESA-Bodenstation in Kiruna, Schweden. (ESA)

Die Planungs- und Überwachungswerkzeuge für die GOCE-Mission sind in Betrieb. Die wichtigsten Anstrengungen im Hinblick auf das PDGS konzentrieren sich momentan auf die Weiterverarbeitung der Daten aus der Gradiometerkalibrierung. Außerdem muss eine Routine für die Kalibrierungs- und Kontrolleinrichtung CMF (Calibration and Monitoring Facility) entwickelt werden. Das CMF ist eine eigens für GOCE entwickelte Einrichtung, die die Kalibrierung des Gradiometers unterstützen und eine Echtzeitüberwachung von Gradiometer und Drag-free-Einrichtung ermöglichen soll.