Das „satellite-to-satellite tracking"- Instrument (SSTI)

Will man das Gravitationsfeld der Erde in seiner Gesamtheit erfassen, reicht das Gravitationsgradiometer allein nicht aus. Lediglich kleinskalige Strukturen kann es sehr genau auflösen. Um Schwereanomalien von größerer geographischer Ausdehnung zu erfassen, benötigt man eine weitere Messmethode.

Wäre die Erde eine Kugel und aus homogenen, konzentrischen Schichten aufgebaut, so beschriebe eine Probemasse, die die Erde auf Satellitenhöhe umkreist, eine Kreisbahn (bzw. Ellipse) mit der Erde als Mittelpunkt (bzw. Brennpunkt). Die Erde ist jedoch nicht so homogen ist. Daher führt eine Probemasse im Erdschwerefeld eine Oszillationsbewegung (beschrieben durch die Hillgleichungen) um die dominante Kreisbahn aus. Erfasst man diese Schwingung, können die Raumkomponenten der Erdbeschleunigung bestimmt werden. In diesem Sinne stellt der GOCE Satellit eine Probemasse dar und es kann durch eine sehr genaue Bahnbestimmung auf den Erdbeschleunigungsvektor zurückgeschlossen werden.

Abbildung: Schema von high/low SST

Die Positionsbestimmung des Satelliten wird mit Hilfe von GPS-Empfängern durchgeführt. Berechnet wird seine Lage in einer Umlaufbahn von 250 Kilometern Höhe relativ zu den GPS Satelliten mit einer Flughöhe von 20.000 Kilometern. Dieses Verfahren nennt man „high/low satellite-to-satellite-tracking". Die Position des Satelliten kann so zu jeder Zeit mit einer Genauigkeit von 1cm bestimmt werden.

Bild: GPS-Empfänger der Firma LABEN

Bild: Helix-Antenne der Firma RYMSA

Das SSTI besteht aus einem 12-Kanal GPS-Empfänger und einer Helix-L-Band-Antenne. Signale von bis zu 12 GPS-Satelliten kann der Empfänger simultan empfangen. Das SSTI liefert mit einer Frequenz von 1Hz Entfernungs- und Phasenmessungen auf beiden GPS-Frequenzen (L1 und L2) sowie eine Lösung des Navigationsproblems in Echtzeit. Die Information der momentanen Bahndaten benötigt man, um den Satelliten auf Kurs zu halten und die Gradiometerdaten einer ersten Prüfung zu unterziehen.

Weitere Informationen:

Tutorial: Berechnung des Gravitationspotentials