Projekt:FE Beobachtung 1/A-Train/Aufbau der Satelliten und Messsysteme/CloudSat

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Autor: Seviri

CloudSat ist ein Erdbeobachtungssatellit der NASA mit der Aufgabe die vertikale Wolkenstruktur aus dem Weltall aus zu messen. Er gehört dem Earth System Science Pathfinder Project (ESSP) der NASA an. Der Satellit liefert detaillierte, dreidimensionale Bilder, wodurch eine bessere Analyse der Bewölkung ermöglicht wird. So können zum Beispiel Vertikalprofile zur Verteilung von Wasser und Eis in den Wolken erstellt werden. Das Ziel ist dabei es bessere Wetter- und Klimaprognosen zu erhalten. Weiterhin soll durch CloudSat die Rolle von Aerosolen bei der Wolkenbildung besser verstanden werden. Dabei ist er einer der ersten Satelliten, bei der die Wolkenbeobachtung global erfolgen kann. [1]


Start[Bearbeiten]

Delta II Rakete

Nach anfänglichen Schwierigkeiten (technische, wetterbedingte Probleme) wird CloudSat zusammen mit CALIPSO beim siebten Startversuch am 28. April 2008 um 3:02:16.721 AM PDT (Pacific Daylight Time, 10:02:16.721 UTC) ins All geschossen. Da diese beiden als letzte Satelliten der A-Train Formation gestartet wurden, mussten sie exakt in diese eingeordnet werden. Dabei durfte es zu keiner Verzögerung kommen, da das Startfenster nur eine Sekunde am jeweiligen Tag offen war. Der Start erfolgt dabei an Bord einer zweistufigen Delta-II-Trägerrakete (numerische Bezeichnung: 7420-10C) von dem Luftwaffenstützpunkt Vandenberg (Kalifornien). [2] [3]


Orbit[Bearbeiten]

CloudSat

CloudSat befindet sich auf einer sonnensynchronen Umlaufbahn in 705km Höhe mit einer Wikipedia Inklination von 98,2°. Die Umlaufzeit beträgt dabei 98,8 min. Um 13.31 Uhr Ortszeit überfliegt der Satellit täglich den Äquator in nördlicher Richtung (analog 1:31 Uhr in südlicher Richtung) mit einer Geschwindigkeit von sieben Kilometer pro Sekunde. Ein Zyklus dauert dabei 16 Tage. [1]



Technische Beschreibung[Bearbeiten]

CloudSat hat die Ausmaße von 2.3m x 2.3m x 2.8m und ein Gewicht von 999kg. Der Satellit erzeugt durch seine seitlich angebrachten Solarkollektoren eine Leistung von 700W. Die Mission ist für eine Dauer von 22 Monaten ausgelegt, die Lebensdauer des Satelliten selbst für 3 Jahre. [4] An Bord von CloudSat befinden sich Geräte für die Stromversorgung, Navigation, zur Positionsbestimmung und Telemetrie sowie für die Kommunikation mit der Bodenstation. Das wichtigste Instrument ist das Cloud Profiling Radar (CPR).


Aufbau[Bearbeiten]

CloudSat_Aufbau













Aufgaben und Bedeutung[Bearbeiten]

CloudSat untersucht Wolken detailliert, um herauszufinden, welche Rolle diese bei der Regulierung des Klimas auf der Erde spielen. Dabei stellt der Satellit erste direkte, globale Aufnahmen von der Vertikalstruktur von Wolken bereit. Weiterhin wird durch CloudSat der Flüssig- und Eiswassergehalt von Wolken erfasst sowie Überlappungen von Wolken-Systemen aufgezeigt. Die gemessenen Daten sollen eine verbesserte Darstellung von Wolken in atmosphärischen Modellen ermöglichen. Das Ziel dabei ist es die Genauigkeit von Wettervorhersagen und Klimaprognosen in diesen Modellen zu verbessern. [CloudSat Fact Sheet 2005] [4]

Zum ersten Mal werden vom Erdorbit aus folgende Informationen geliefert [Li, F.K. et al. 2000]: [3]

  • Statistiken der Vertikalstruktur der Wolken rund um die Erde
  • Abschätzung des Anteils der Wolken, die Regen produzieren
  • Schätzwerte, wie viel Wasser und Eis in Wolken vertikal vorhanden ist
  • Schneefall vom All aus
  • bewertet wie effizient die Atmosphäre Regen durch Kondensate produziert
  • indirekte Abschätzung wie viele Wolken und Aerosole zur atmosphärischen Erwärmung beitragen


Messeinrichtung[Bearbeiten]

Cloud Profiling Radar (CPR):

Das CPR ist ein 94-GHz Radar, welches 1000mal empfindlicher als übliche Wettersatelliten im oberen Mikrowellenbereich arbeitet. Dabei ist es in der Lage Kondensationskerne und Niederschlag zu registrieren. Weiterhin kann das CloudSat Profiling Radar Wasserwolken zu 80% und Eiswolken zu 90% durchdringen. Der gesamte Luftraum bis zur Erdoberfläche hinunter wird dabei vom Radar erfasst. Das CPR misst die Energie, die von Wolken reflektiert wird, indem das Radar Wikipedia monochromatische Impulse (Länge von 3,3 Mikrosekunden) alle 0,16 Sekunden transmittiert. Demnach kann alle 1,1 Kilometer ein Datenprofil erstellt werden und ein Gebiet von 1,4 x 2,5 Kilometer Größe wird dabei erfasst. Um Wolkenformationen synthetisieren zu können, wird der Abstand zwischen dem Radar und den Kondensationskernen aus der Stärke des am CPR empfangenen Eingangsignals ermittelt. Eine Wikipedia Stratigraphie der Wolken (Querschnittanalyse des überflogenen Luftraumes) entsteht durch die einzelnen Messpunkte („bins“), welche in einem Abstand von etwa 30 Kilometer liegen. [5] [Stephens 2002]

Messgrößen des CPR



Technische Daten: [4]

Gewicht

260 kg

Leistung

270 W

Vertikale Auflösung

~500 m von 0 bis 25 km Höhe über NN

Horizontale Auflösung

~1.4 km

Datenübertragungsrate

25 kbps

Antennendurchmesser

1.85 m



Datenprodukte[Bearbeiten]

Das Rechenzentrum produziert neun Level 1B (kalibrierte, georeferenzierte Daten) [6] und Level 2B (georeferenzierte Parameter) [7] Standard Daten [8] :

1B-CPR

Level 1B empfängt Echo Signale

2B-GEOPROF

Wolkenmaske und Radar Reflektivität

2B-CLDCLASS

Wolkenklassifikation

2B-CWC-RO

Radar: Flüssig-, Eiswassergehalt

2B-TAU

Optische Dicke von Wolken

2B-CWC-RVOD

Radar + sichtbare Strahlung: optische Dicke von Wolken, Flüssig-, Eiswassergehalt

2B-FLXHR

Strahlungsflüsse und Wärmeraten

2B-GEOPROF-Lidar

CloudSat CPR + CALIPSO Lidar Wolkenmaske

Diese Daten können unter dem folgenden Link geordert werden: http://www.cloudsat.cira.colostate.edu/


Quellen - Links[Bearbeiten]

  1. 1,0 1,1 http://www.fe-lexikon.info/lexikon-c.htm#cloudsat
  2. http://cloudsat.atmos.colostate.edu (englisch)
  3. 3,0 3,1 http://www.nasa.gov/mission_pages/cloudsat/main/index.html (englisch)
  4. 4,0 4,1 4,2 http://eospso.gsfc.nasa.gov/eos_homepage/mission_profiles/docs/CloudSat.pdf (englisch)
  5. http://www.wolkenatlas.eu/pdf/kapitel2.pdf
  6. http://www.cloudsat.cira.colostate.edu/1b2bdefinitions.php?level=1B (englisch)
  7. http://www.cloudsat.cira.colostate.edu/1b2bdefinitions.php?level=2B (englisch)
  8. http://www.cloudsat.cira.colostate.edu/dataHome.php (englisch)