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GRACE
Erfolgreiche Schwerefeldmission ist beendet
Redaktion / Pressemitteilung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt
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30. Oktober 2017

Fünf Jahre lang sollten die beiden Satelliten der Mission GRACE das Schwerefeld der Erde vermessen, nach mehr als 15 Jahren wurde die Mission in der vergangenen Woche für beendet erklärt: Die Batterie einer der beiden Satelliten spielte nicht mehr mit. GRACE-1 und GRACE-2 werden nun in der Erdatmosphäre verglühen. Eine Nachfolgemission soll im Frühjahr starten.

GFZ

Mehr als 15 Jahre lang dokumentierten die Satelliten GRACE-1 und GRACE-2 Veränderungen des Erdschwerefeldes und lieferten damit wertvolle Daten zum besseren Verständnis des Systems Erde, aber auch zu konkreten Auswirkungen des Klimawandels. Bild: GFZ [Großansicht]

Nach mehr als 15 Jahren geht die deutsch-amerikanische Wissenschaftsmission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) zur genauen Vermessung des Erdschwerefelds zu Ende: Seit ihrem Start am 17. März 2002 an Bord einer Rockot-Rakete vom russischen Kosmodrom in Plesetsk waren die beiden Zwillingssatelliten GRACE-1 und GRACE-2 in engem "Verfolgungsflug" in der Erdumlaufbahn unterwegs und haben genau dokumentiert, wie sich das Schwerefeld der Erde im Zeitverlauf verändert. GRACE war eine gemeinsame Mission des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena (Kalifornien) und des Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die wissenschaftliche Datenauswertung oblag dem Zentrum für Weltraumforschung der Universität Texas in Austin und dem Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum.

"Die GRACE-Mission war für fünf Jahre geplant und hat für mehr als 15 Jahre sehr erfolgreich - und dreimal länger als ursprünglich vorgesehen - gearbeitet. Die beiden GRACE-Satelliten haben wissenschaftliche Daten geliefert, die unser Verständnis von den geophysikalischen Vorgängen der Erde neu geprägt haben. Sie hat auch verdeutlicht, was die satellitengestützte Erdbeobachtung für die Klimaforschung und die Beobachtung des Klimawandels leisten kann", betont Prof. Pascale Ehrenfreund, Vorstandsvorsitzende des DLR. "Die Messungen haben gezeigt, wie im Lauf der Zeit Wasser, Eis und festes Material auf der Erde bewegt werden. Diese Daten helfen uns, beispielsweise Veränderungen des Grundwassers oder den Gletscherschwund genau zu dokumentieren. Auch dessen Einfluss auf den Meeresspiegelanstieg lassen sich dank unserer GRACE-Messungen aufdecken", ergänzt Prof. Reinhard Hüttl, wissenschaftlicher Vorstand des GFZ.

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Denn GRACE basierte als eine der wenigen Erdbeobachtungsmissionen nicht auf von der Erde ausgesandter oder reflektierter elektromagnetischer Strahlung wie Licht oder Radiowellen, sondern auf der Messung von relativem Abstand und Geschwindigkeit der beiden Satelliten mithilfe von Mikrowellen; Werte, aus denen auf die lokale Gravitation und auch Veränderungen der Gravitation geschlossen werden kann. "Wir konnten sozusagen wiegen, wie die Kontinente von einem Monat zum anderen abnehmen oder zunehmen", veranschaulicht Dr. Achim Friker, GRACE-Projektleiter im DLR Raumfahrtmanagement in Bonn. Das ermöglichte die quantitative Bestimmung zahlreicher Auswirkungen des Klimawandels, etwa der Gletscherschmelze in Grönland und der Antarktis, des Grundwasser-Rückgangs in Indien und Kalifornien und lieferte einen unverzichtbaren Beitrag zur Modellierung des Meeresspiegel-Anstieges.

Verantwortlich für den Betrieb der beiden GRACE-Satelliten war das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum beim DLR in Oberpfaffenhofen mit seinen Bodenstationen in Weilheim und Neustrelitz: "Der Ausfall der achten von insgesamt 20 Batteriezellen an Bord von GRACE-2 hat die Kapazität der Batterie so reduziert, dass eine wissenschaftliche Nutzung des Satelliten jetzt wirklich nicht mehr möglich ist", erklärt GRACE-Missionsmanager Sebastian Löw. Insbesondere in Flugphasen ohne direkte Sonneneinstrahlung reichten die Energiereserven jetzt nicht mehr aus, um Reboots des "On Board"-Computers und damit verbundene Kommunikationsausfälle zu vermeiden.

Die Batterie ist eine entscheidende Ressource für die lange Missionsdauer. Sie zeigte 2013, nach mehr als zehn Jahren im Orbit, erste Alterserscheinungen. Nachdem im September 2017 bereits eine siebte Zelle ausgefallen war, wurde beschlossen, Anfang Oktober noch einmal zu versuchen, GRACE 2 für den wissenschaftlichen Betrieb zu präparieren. "Dann wären wir in einem sogenannten Full Sun Orbit gewesen, der einen Betrieb auch mit einer stark geschwächten Batterie möglich gemacht hätte", sagt Sebastian Löw. Einige Tage vor Erreichen dieser Phase fiel jedoch eine weitere Zelle aus.

Daraufhin haben die Hauptwissenschaftler, Prof. Byron Tapley von der Universität Austin, und Prof. Frank Flechtner vom GFZ, die GRACE-Mission für beendet erklärt. GRACE-1 wird jetzt noch letzte Tests durchführen, bevor auch er in den kommenden Wochen kontrolliert außer Betrieb genommen werden wird. GRACE-2 fliegt derzeit (Stand: Mitte der vergangenen Woche) in 302 Kilometern Höhe knapp 3800 Kilometer vor GRACE-1. Der Satellit wird durch den Widerstand der Restatmosphäre ohne Treibstoff schnell absinken. Ein Kollisionsrisiko mit GRACE-1 besteht jedoch nicht.

Die Flugbahn von GRACE-2 stellt auch keine Gefahr für andere aktive Satelliten dar, betonen DLR und NASA. "Wir gehen davon aus, den Kontakt zum Satelliten bis kurz vor Wiedereintritt in die Atmosphäre zu halten. Allerdings wird es während dieser Zeit immer wieder Phasen geben, in denen wir aufgrund der niedrigen Batteriespannung nicht mit dem Satelliten kommunizieren können", so Löw.

NASA und DLR werden gemeinsam verfolgen, wie GRACE-2 in die Atmosphäre zurückkehrt und dort nahezu vollständig verglüht. Beide GRACE-Satelliten sind entsprechend der NASA-Bestimmungen so gebaut, dass sie beim Wiedereintritt in die Atmosphäre auseinanderfallen und fast vollständig verglühen.

Im Frühjahr 2018 soll die Nachfolgemission GRACE Follow-On mit einer Falcon 9-Rakete der US-Firma SpaceX vom kalifornischen Vandenberg aus starten. Diese führt die Messung von Abstand und relativer Geschwindigkeit zwischen den beiden Satelliten weiter. Dies geschieht wie schon bei GRACE mithilfe von Mikrowellen, wird aber durch eine zusätzliche Messung mit Lasern ergänzt, was die Genauigkeit weiter erhöhen soll.

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