ESAIL ist oben

Vorausberechnete, nominale Subspur für die ersten 24 Stunden nach dem Aussetzen von der VEGA-Oberstufe

Vergangene Nacht, am 3.9.2020 um 01:51 UTC, wurde eine europäische Rakete vom Typ Vega mit 53 Satelliten an Bord in eine sonnensynchrone Bahn gestartet. 

Von diesen 53 Satelliten interessiert mich einer besonders, nämlich ESAIL. ESAIL ist ein kleiner Satellit (ca. 114 kg Startmasse), der erste einer neuen Plattform für Erdbeobachtungssatelliten. ESAIL gehört der kanadischen Firma exactEarth und dient der Überwachung des Schiffsverkehrs. Das Stichwort ist AIS (Automatisches Identifikationssystem) bzw. SAT-AIS, wenn das System satellitenunterstützt ist. 

Warum interessiert mich ESAIL besonders? Weil ich eine Zeit lang mit der Mission zu tun hatte – und zwar mit der Vorausberechnung der orbitalen Lebensdauer und der Untersuchung der Bedingungen für den Erstkontakt mit dem Satelliten kurz nach dem Start. 

Letzteres ist bei ESAIL ein ziemlich kritisches Problem.  ESAIL wurde nach dem Start bereits als ein der ersten Nutzlasten in einer 525 km hohen kreisförmigen Bahn ausgesetzt. Hier ist die Subspur der Bahn. Der Ort des Aussetzens ist etwas nordwestlich von Australien. 

Vorausberechnete, nominale Subspur für die ersten 24 Stunden nach dem Aussetzen von der VEGA-Oberstufe
Vorausberechnete, nominale Subspur von ESAIL für die ersten 24 Stunden nach dem Aussetzen von der VEGA-Oberstufe, Quelle: Michael Khan

Die ESA hat mit den Operationen von ESAIL nichts zu tun. Der Satellit wird vom Kontrollzentrum der spanischen Luft- und Raumfahrtagentur INTA aus gesteuert. Um einen Satelliten zu steuern, muss man aber Telemetrie von ihm empfangen und Kommandozugriff haben. Dazu muss es eine stabile Funkverbindung geben. 

Die Mission ESAIL kommuniziert nur über eine einzige Bodenstation, nämlich die des norwegischen Betreibers KSAT auf der Insel Svalbard im Nordatlantik. 

ESAIL: Elevation über der Bodenstation auf Svalbard in den ersten 24 Stunden nach dem Start, hier berechnet für einen Start am 9.9.2019
ESAIL: Elevation über der Bodenstation auf Svalbard in den ersten 24 Stunden nach dem Start, hier berechnet für einen Start am 9.9.2019, Quelle: Michael Khan

Eigentlich sollte der VEGA-Start VV16 schon vor einem Jahr stattfinden. Der vorherige Start einer Vega endete allerdings mit einem Fehlschlag, sodass weitere Starts zunächst ausgesetzt wurden. Das Datum in dem Diagramm der Elevation von ESAIL über Svalbard zeigt noch das Jahr 2019 an, weil ich es erstellte, bevor VV15 fehlschlug und damit die Verzögerung auslöste. 

Da aber der Start in eine sonnensynchrone Bahn jeden Tag zur selben Uhrzeit erfolgt, bleibt die Uhrzeit des Aussetzens und die folgende Subspur immer gleich, und damit auch die Uhrzeit der Ereignisse wie Sichtbarkeit von der Bodenstation aus. Die Zeit und Dauer der Erdschattendurchgänge ändert sich zwar mit dem Datum, aber darum geht es hier nicht. “ET” entspricht UTC (GMT) plus etwas mehr als einer Minute. 

Bei der Sichtbarkeitsberechnung habe ich eine Mindestelevation von 5 Grad vorausgesetzt. Das ist für den allerersten Empfang sogar noch etwas wenig.  Dafür hätte man den Satelliten lieber mindestens 20 Grad über dem lokalen Horizont.

Der erste Überflug mit zumindest theoretischer Sichtbarkeit von ESAIL von Svalbard aus fand zwar kurz vor 5:30 GMT statt. Da war die Elevation allerdings so gering, dass nicht mit der Kontaktaufnahme gerechnet werden konnte. Die folgenden Überflüge im Rhythmus von etwas mehr als anderthalb Stunden werden zunehmend besser. 

Problematisch ist es generell, wenn viele Stunden zwischen Start und erster Kontaktaufnahme liegen. Der Bahneinschuss durch die Rakete ist immer mit gewissen Fehlern behaftet. 

Je mehr Zeit nun verstreicht, bevor man mit dem Satelliten redet und erstmalig seine Bahn bestimmen kann, desto größer ist die Dispersion in seiner Bahnposition – bzw. desto ungenauer kann man vorhersagen, wo der Satellit zu einem bestimmten Zeitpunkt ist. Das bedeutet aber auch, dass man nicht genau weiß, in welche Richtung die Bodenstation schauen muss. Es wird damit zunehmend schwieriger, den Satelliten zu finden. 

Wenn Sie also jemals einen eigenen Kleinsatelliten starten, dann sollten Sie auf diesen Punkt achten. Es hilft, Unterstützung von einer Bodenstation zu haben, die den Satelliten schon bald nach der Trennung von der Oberstufe erfassen kann. Ansonsten sollten Sie wenigstens eine omnidirektionale Antenne auf dem Satelliten vorsehen, sodass selbst eine kleine Station auf der Erde zumindest das Trägersignal erfassen kann, wenn auch vielleicht keine Daten ausgelesen werden können. Selbst mit solchen Information lässt sich die Unsicherheit in der Kenntnis der Bahn schon reduzieren.

Michael Khan

Ich bin Luft- und Raumfahrtingenieur und arbeite bei einer Raumfahrtagentur als Missionsanalytiker. Alle in meinen Artikeln geäußerten sind aber meine eigenen und geben nicht notwendigerweise die Sichtweise meines Arbeitgebers wieder.

3 Kommentare

  1. Ist denn eine Kontakaufnahme mittlerweile gelungen, bzw. wie ist der aktuelle Zustand von ESAIL? Von der ESA gab es anscheinend bisher keine Informationen dazu.

    • Ja, der Kontakt zu ESAIL konnte hergestellt werden. Bei den ersten Überflügen konnte schon das Trägersignal aufgefangen werden, Datenempfang und Kommandozugriff waren bei späteren, höheren Überflügen möglich. Der Großteil des Einschussfehlers liegt in der großen Halbachse der Bahn, also der Umlaufperiode. Selbst wenn man nur die Trägerfrequenz empfängt, kann man allein aus der Zeit, zu der der Satellit über dem Horizont auftaucht, Rückschlüsse auf die erzielte Bahn ziehen.

      Wie bereits im Artikel erwähnt – die ESA ist am Betrieb von ESAIL nicht beteiligt und auch nicht der Besitzer des Satelliten. ESAIL gehört der kanadischen Firma exactEarth und wird von der spanischen Raumfahrtagentur INTA im Auftrag des Eigentümers gesteuert. Die ESA ist da komplett außen vor und hat deswegen auch keinen besonderen Zugriff auf Informationen.

      Nachrichten über den Betrieb und Zustand des Satelliten müssen vom Eigentümer selbst bzw. vom beauftragten Kontrollzentrum kommen. Ich habe einige Pressemitteilungen gesehen, die vom Start und der erfolgreichen Inbetriebnahme berichten, zumeist auf Spanisch. Auch auf der Webseite von exactEarth war eine knappe Mitteilung, nach der alles in Ordnung zu sein scheint. Näheres weiß ich aber auch nicht.

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