GOCE: Der Sprit ist alle

Der wissenschaftliche ESA-Satellit GOCE (Gravity Field and Steady State Ocean Explorer) wurde im März 2009 gestartet und hat mehr als viereinhalb Jahre lang auf einer sehr niedrigen, sonnensynchronen Bahn das Schwerefeld der Erde mit sehr hoher Genauigkeit mit einem Gradiometer vermessen. Die Bahn ist so niedrig (zuletzt rund 224 km), dass dem Luftwiderstand mit einem Ionentriebwerk entgegengewirkt werden muss.Ohne den Ionenantrieb, dessen schwache Schubkraft sehr fein dosiert werden kann, sodass sie genau die Bremskraft ausglich, wäre die Mission nicht nur innerhalb von wenigen Wochen vorbei gewesen, sie hätte gar nicht erst begonnen, denn die Bremskräfte hätten alles dominiert und die viel schwächeren Effekte der lokalen Variationen des Gravitationspotenzials überlagert.

Der Treibstoff des Ionenantriebs ist das Edelgas Xenon. Davon hatte GOCE beim Start 41 kg an Bord. Seit gestern, 21. Oktober 2013, ist das Xenon alle. Es mag noch etwas davon im Tank sein, der Druck reicht aber nicht mehr für den gesicherten Betrieb des elektrischen Antriebs.

Jetzt wird die Bahn von GOCE durch den dissipativen Effekt der Bremsung rapide an Energie verlieren. Momentan funktioniert die Lageregelung noch. Diese basiert auf drei rechtwinklig zueinander angeordeneten Magnettorquern. Sie hält die Lage des Satelliten so, dass die Solarzellen zur Sonne gerichtet sind und gleichzeitig der Luftwiderstand minimiert wird, indem GOCE der Anströmrichtung immer die kleinste Querschnittfläche bietet. Wenn abzusehen ist, dass die Lageregelung sich gegen die Störmomente nicht mehr behaupten kann, wird der Satellit kontrolliert abgeschaltet, um zu verhindern, dass bei noch sendendem Gerät der Kommandozugriff verloren geht.

Dann wird alles sehr schnell gehen: Wenn die Lageregelung ausfällt, wird die Bremswirkung sprunghaft zunehmen. Dann wird – nicht alles in der Bahnmechanik ist intuitionsgemäß – die Geschwindigkeit erst einmal zunehmen. Die Bahnenergie hängt jedoch nur von der großen Halbachse ab, die bei einer Kreisbahn gleich dem Bahnradius ist. Diese Energie nimmt natürlich ab, denn Bremsung ist ein dissipativer Vorgang.

Mit dem Wiedereintritt ist in etwa 2 Wochen, also um den 4. November herum zu rechnen. Die zentrale Frage ist, wie sich die atmosphärische Dichte entwickelt und, wie gesagt, wie lange der Satellit funktionsfähig bleibt.

Weitere Information

Pressemitteilung der ESA vom 21.10.2013 zum Ende der GOCE-Mission

ESA GOCE-Webseite mit aktuellen Informationen zur Mission und ihren Ergebnissen und zum Wiedereintritt

GOCE-Seite auf dem Earth-Observation-Portal der ESA, gute Übersicht mit vielen Daten und Informationen und erfreulich wenig Blabla

Weitere umfangreiche GOCE-Informationen auf der Earthnet-Online-Webseite der ESA

Informationen zum GOCE-Orbit mit Berechnung der Subspur und der Überflüge einer vorgegebenen Lokation auf der Erde auf heavens-above.com

G.Sechi, G.André, D.Andreis, M. Saponara: Magnetic Attitude Control of the GOCE Satellite, Proceedings of the 6th International ESA Conference on Guidance, Navigation and Control Systems, Loutraki, Greece, 17-20 October 2005 (ESA SP-606, January 2006)

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.

2 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Könnte GOCE den Eintritt nicht überstehen?
    GOCE ist auf minimalen Luftwiderstand hin konstruiert. Damit könnte aber auch die Hitzeentwicklung beim Widereintritt kleiner sein als bei anderen Satelltiten, vor allem dann wenn die kleinste Querschnittstfläche beim Wiedereintritt weiterhin an der Spitze liegt und sich der Rest im “Windschatten” befindet. Vielleicht überleben ja grössere Stücke von Goce den Wiederientritt und landen dann auf irgendjemandes Acker.

    • Dass GOCE auf minimale Querschnittsfläche und damit minimalen Luftwiderstand bei Anströmung von vorne ausgelegt ist, ist beim Wiedereintritt nicht unbedingt von Bedeutung, denn man kann nicht sicher sein, dass der Wiedereintritt auch mit der richtigen Seite nach vorne erfolgt. Aber mit einer Startmasse von mehr als 1000 kg ist GOCE bereits jenseits der groben Grenze, ab der bei einem Wiedereintritt mit Trümmern zu rechnen ist. Siehe auch Space News

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