CryoSat - ein "eisiges" Projekt kommt in seine heiße Phase

Der Eisforschungssatellit CryoSat ist auf dem Weg zum russischen Weltraumbahnhof Plesetzk. Heute Nachmittag hob eine schwere Transportmaschine vom Typ Antonov An 124 vom Münchener Flughafen ab und brachte neben dem Satelliten auch benötigte Arbeitsgerüste, Testanlagen, PCs, Werkzeuge, Büro- und Kommunikationsausstattung - insgesamt rund 55 Tonnen Fracht - nach Archangelsk am Weißen Meer.

Die restlichen 200 Kilometer nach Plesetzk (gut 800 km nordöstlich von Moskau) legt der in einem klimatisierten, und mit Stickstoff bedruckten Spezialcontainer sicher verpackte CryoSat per Bahn zurück. Ab 1. September kommt das Projekt dann mit dem Beginn der Startvorbereitungen in seine heiße Phase: Der von EADS Astrium, Friedrichshafen, für die europäische Weltraumorganisation ESA entwickelte Satellit soll am 7. Oktober mit einer Rockot-Trägerrakete der EADS Beteiligungsgesellschaft Eurockot ins All geschossen werden. Bis dahin müssen die Satelliteningenieure von EADS Astrium noch einiges an Arbeit leisten: So durchläuft der Satellit nochmals ein intensives Testprogramm, müssen Batterien startklar gemacht und eingebaut werden, der Satellit betankt und schließlich auf die Raketen-Oberstufe und dann auf die Rakete gesetzt werden.

Der europäische Umwelt- und Klimasatellit CryoSat wird aus einer polaren Umlaufbahn mindestens drei Jahre lang Veränderungen der Dicke der Eismassen an den Polen und im Meer mit bislang unerreichter Genauigkeit messen. Der Satellit wird dann den Klimaforschern Daten liefern, die aus diesen unbewohnten Regionen bisher nicht verfügbar waren. Der Industrieauftrag umfasst rund 70 Millionen Euro.

Die Hinweise auf eine Klimaerwärmung sind nicht mehr zu übersehen. Wie das Intergovernmental Panel on Climate Change (eine internationale Organisation von Klimaexperten) berichtet, ist die mittlere globale Oberflächentemperatur im 20. Jahrhundert um 0,6 Grad gestiegen. Klimadaten deuten darauf hin, dass das 20. Jahrhundert sogar das wärmste der vergangenen tausend Jahre war. Gleichzeitig ist der atmosphärische Gehalt an Treibhausgasen, wie Kohlendioxid und Methan, seit 1750 durch menschliche Aktivitäten um 30 bzw. 150 Prozent gestiegen.

Wie sich diese Entwicklungen auf das Klima auswirken, lässt sich mit Modellen derzeit nur innerhalb gewisser Fehlergrenzen abschätzen. Die Voraussagen schwanken zwischen einer globalen Erwärmung um 1,4 bis 5,8 Grad Celsius innerhalb der nächsten 100 Jahre. Als Folge hiervon erwarten die Experten ein Abtauen eines Teils des polaren Eises und der Gletscher. Dies könnte einen Anstieg des Meeresspiegels um bis zu einen Meter bewirken.

Das Eis an den Polen spielt für das globale Klima eine zentrale Rolle. Obwohl Tausende Kilometer von den meisten bewohnten Gebieten entfernt, hat das Eis dennoch starke Auswirkungen auf das Klima in Europa, Asien und Amerika. Drei Aspekte sind hier von besonderer Bedeutung:

Das Eis an den Polen reflektiert einen großen Teil des Sonnenlichts in den Weltraum, wobei sich die Anteile des empfangenen und abgestrahlten Lichts im Gleichgewicht halten. Beginnt das polare Eis zu schmelzen, wird weniger Sonnenlicht reflektiert, so dass sich die Polgegend erwärmt. Dadurch schmilzt noch mehr Eis und das Reflexionsvermögen sinkt weiter. Durch diesen Rückkopplungseffekt könnte eine sich selbst beschleunigende Erwärmung entstehen.

Offenes Wasser strahlt in der Nacht eine große Wärmeleistung von etwa 90 Watt pro Quadratmeter ab. Eine auf dem Wasser schwimmende, schneebedeckte, dicke Eisschicht wirkt dem entgegen. Sie bildet gewissermaßen eine Thermodecke und spielt somit eine ganz bedeutende Rolle im Wärmehaushalt der Erde. Dieser verschiebt sich, sobald die Eisschicht sich verringert oder dünner wird.

Meeresströmungen haben einen entscheidenden Einfluss auf das Klima. Sie wirken wie Wärmepumpen, indem sie die in den Ozeanen gespeicherte Energie über den gesamten Globus verteilen. Bekanntestes Beispiel ist der Golfstrom. Er transportiert warmes Wasser aus den tropischen Breiten quer über den Atlantik bis nach Nordeuropa und sorgt beispielsweise für das milde englische Klima und eisfreie Häfen bis nach Nordskandinavien. Wenn nun die Eisschilde und das Meer-Eis an den Rändern schmelzen, kann der Einfluss des Schmelzwassers die Meeresströmungen verändern - mit unvorhersehbaren Folgen für das Klima.

Ein großer Teil der Unsicherheiten in den heutigen Klimamodellen liegt darin begründet, dass über das polare Eis und dessen Entwicklung nur sehr ungenaue Messergebnisse vorliegen. So vermuten Experten, dass das Meer-Eis seit 1950 um 10 bis 15 Prozent zurückgegangen ist. Die Dicke des arktischen Eises soll in den letzten Jahrzehnten sogar um 40 Prozent abgenommen haben. Die Aussagen sind aber äußerst unsicher, denn eine sichere Datengrundlage fehlt bisher. Diesem Defizit in der Klimaforschung soll CryoSat entgegen wirken.

CryoSat wird die Erde in 720 Kilometern Höhe auf einer polaren Bahn umkreisen. Von dort aus wird ein Radar Dicke und Ausdehnung der polaren Eismassen und des Meer-Eises messen. Bisherige Radarsatelliten, wie die europäischen ERS 1 und 2 oder Envisat sind jeweils mit nur einer Antenne ausgestattet. Damit können sie nur Informationen über Eisflächen mit sehr großer Ausdehnung liefern. CryoSat wird dagegen über zwei Antennen verfügen. Ähnlich wie Menschen mit zwei Augen räumlich sehen können, wird CryoSats Doppel-Radar die Oberfläche sehr genau abtasten. Fachleute sprechen von Radar-Interferometrie. Mit diesem System wird eine mittlere Genauigkeit in der Höhe von ein bis drei Zentimetern erreicht. Somit kann es auch inhomogene Eisstrukturen im Polarmeer und an den Gletscher- und Treibeisrändern mit sehr steil abfallenden Flanken erfassen.

Damit diese hohe Messgenauigkeit erreicht werden kann, muss die Flughöhe des Satelliten ständig bekannt sein. Um sie bis auf wenige Zentimeter genau zu bestimmen, senden Bodenstationen Signale aus, die ein Instrument, genannt DORIS, empfängt und verarbeitet. Die hieraus ermittelte Information über die Flughöhe wird dann über den normalen Datenstrom wieder an die Bodenstation übermittelt.

Schließlich befindet sich an der Außenseite von CryoSat ein Laser-Retroreflektor. Ähnlich wie ein Katzenauge im Warnpfosten am Straßenrand, reflektiert er einen Lichtstrahl. Wenn man von einer Bodenstation aus einen Laserstrahl auf CryoSat richtet und das vom Retroreflektor zurückgeworfene Signal wieder empfängt, lässt sich aus der Laufzeit ebenfalls die Höhe des Satelliten messen.

Das Radaraltimeter von CryoSat funktioniert tageslicht-unabhängig und kann auch Wolken durchdringen. Deshalb eignet es sich speziell für die Erkundung der polaren Eismassen, die teilweise bis zu 4000 Meter aus dem Meer emporragen und häufig von Wolken bedeckt sind. Die Daten der CryoSat-Mission sollen Informationen über die Abschmelzrate dieser riesigen Eismassen liefern.

EADS Astrium ist Hauptauftragnehmer für CryoSat und somit für ein aus 31 Unternehmen bestehendes Konsortium verantwortlich. EADS Astrium (Friedrichshafen) baut die Satelliten-Plattform und integriert alle Instrumente. Letztlich ist EADS Astrium für die Zuverlässigkeit des gesamten Satelliten gegenüber der ESA verantwortlich.

Der Satellit wird als erste so genannte Earth Explorer Mission des 1998 von der ESA ins Leben gerufenen Programms "Living Planet" starten. Ziel dieses Forschungsprogramms ist es, auf drängende wissenschaftliche Fragen Antworten zu geben. Das "Living Planet"-Programm verfolgt zwei Strategien: Zum einen beinhaltet es die so genannten Core Explorer Missions, relativ komplexe und kostenintensive Erdbeobachtungsmissionen für wissenschaftliche Zwecke.

Das zweite Standbein sind die Opportunity Missions, bei denen ausgereifte, bereits verfügbare Technologien eingesetzt werden, wodurch eine schnellere und kostengünstigere Umsetzung der Projekte möglich wird.

Die EADS SPACE ist auch an den anderen zurzeit im Bau befindlichen Satelliten der Earth-Explorer-Missionen entscheidend beteiligt. So ist EADS Astrium (UK) Hauptauftragnehmer für die Windmission ADM-Aeolus, während das Instrument Aladin von Astrium (F) entwickelt wird. EADS Astrium (Friedrichshafen) zeichnet neben der industriellen Führung beim Eissatelliten Cryosat, verantwortlich für die Plattform und die Satellitenintegration des Schwerefeld-Surfers GOCE. Astrium Spanien entwickelt und baut die Nutzlast Miras der SMOS-Mission zur Erfassung von Bodenfeuchtigkeiten und Salzgehalten der Meere.

Der zur EADS SPACE gehörende Launch Provider Eurockot (Bremen) wird die Starts der Satelliten CryoSat, GOCE und SMOS mit seinen Rockot-Trägerraketen von Plesetzk durchführen.

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