GRACE-C - Gravity Recovery and Climate Experiment Continuation Mission

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Wie bei GRACE und GRACE-FO ist das primäre Ziel der GRACE-C Mission präzise, globale und hochauflösende Modelle des statischen und zeitvariablen Erdschwerefeldes zu bestimmen. Dies basiert wieder auf hochgenauen Beobachtungen des Abstandes zwischen den beiden Zwillingssatelliten, die auf einem ko-planaren, niedrigen und polaren Orbit fliegen, diesmal allein mit Hilfe eines Laser Ranging Interferometers (LRI), das erfolgreich als Technologiedemonstrator auf GRACE-FO getestet wurde. Jeder der beiden Satelliten ist zusätzlich mit einem geodätischen Global Navigation Satellite System (GNSS) Empfänger zur Positions- und Zeitbestimmung, einem Laser-Retroreflektor (LRR) für die unabhängige Vermessung der Satellitenbahn vom Boden aus und einem hochgenauen Akzelerometer zur präzisen Ausmessung der auf den Satelliten wirkenden nicht-gravitativen Kräfte ausgestattet.

Das GRACE-C Projekt wird in den USA von der NASA geleitet. Dem Jet Propulsion Laboratory (JPL) wurde dabei vom Earth Science Directorate der NASA die Verantwortung für die Realisierung des GRACE-C Projekts auf amerikanischer Seite übertragen, das u.a. den Bau der beiden GRACE-C Satelliten (wieder bei Airbus Defense & Space in Deutschland), Anteile am LRI, die beiden Akzelerometer und Anteile am Science Data System (SDS) beinhaltet.

Daneben besitzt die GRACE-C Mission signifikante deutsche Beiträge, die vom DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) geleitet und gemeinsam durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) finanziert werden. Eine zusätzliche signifikante Finanzierung der deutschen Anteile kommen vom GFZ und von der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

Die deutsch-amerikanische Zusammenarbeit ist in einem Implementation Plan zwischen NASA und DLR festgelegt, die jeweiligen Rollen und Verantwortlichkeiten werden in einem Cooperative Project Plan beschrieben. Demnach ist das GFZ verantwortlich für (1) die Auswertung und Verteilung der wissenschaftlichen Daten über das GFZ Information System and Data Center (ISDC) innerhalb eines deutsch-amerikanischen Science Data System (SDS); (2) die Beistellung von Laser-Retroreflektoren (LRR) für beide Satelliten; (3) den Missionsbetrieb nach dem Start (mit US-Unterstützung) und (4) die Führung des Europäischen Science Teams.

GRACE-C soll im Dezember 2028 von der Vandenberg Airforce Base in Kalifornien mit einer Space-X/Falcon-9 Rakete gestartet werden. Das GRACE-C Mission Operations System (MOS) und Ground Data System (GDS) werden für die ersten 5 Jahre nach dem Start vom GFZ finanziert. Der Missionsbetrieb wird, wie bei GRACE-FO, im Unterauftrag des GFZ vom German Space Operation Center (GSOC) des DLR in Oberpfaffenhofen durchgeführt. Das GFZ stellt wie bei GRACE-FO den Operations Mission Manager (OMM) sowie seine Satellitenempfangsstation in Ny-Ålesund/Spitzbergen bei.

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Instrumentierung

Das GRACE-C Science Instrument System (SIS) beinhaltet alle Komponenten des Laser Ranging Interferometers zur Messung des Abstands zwischen beiden Satelliten, den GNSS-Empfänger, der zur Durchführung der präzisen Bahnbestimmung und der Zeithaltung notwendig ist, und andere Sensoren wie die Sternkameras zur präzisen Lagebestimmung oder die Akzelerometer zur Korrektur von nicht-gravitativen Störbeschleunigungen. Diese Instrumente sind im Prinzip identisch zu den bereits bei GRACE und GRACE-FO eingesetzten Elementen, basieren aber auf modernisierter Hard- und Software. Zusätzlich wird das GFZ Laser-Retroreflektoren für beide Satelliten zur Verfügung stellen, die eine unabhängige Kontrolle der aus GNSS abgeleiteten Bahnen ermöglichen. Das SIS koordiniert auch die Kompatibilität aller Sensoren untereinander und ihre Integration in den Satelliten.

Instrumente

  • GNSS Receiver Assembly

    Der GNSS-Empfänger verfolgt die Entfernungssignale der GNSS-Satelliten zur Bestimmung der Satellitenposition und Zeithaltung für den Betrieb an Bord der Satelliten sowie zur präzisen absoluten Bestimmung der Umlaufbahn und zur Zeitmarkierung der wissenschaftlichen Daten innerhalb des SDS.

  • Laser Ranging Interferometer (LRI)

    Das LRI ist ein gemeinsames Instrument der USA und Deutschlands und wurde erfolgreich als Technologiedemonstration auf GRACE-FO eingesetzt. Auf GRACE-C werden verschiedene Redundanzen hinzugefügt und eine Skalierungsfaktor-Einheit als neue Komponente implementiert.

  • Laser Retro-Reflector (LRR)

    Der passive Laser-Retroreflektor (LRR) wird vom GFZ bereitgestellt und liefert Entfernungsmessungen der GRACE-C-Satelliten relativ zum terrestrischen ILRS-Tracking-Netzwerk. Zu diesem Zweck sind vier Prismen auf der Unterseite der Satelliten angebracht, die vom Boden aus gesendete Laser-Entfernungsmesssignale reflektieren. Die Beobachtungen der LRRs werden vom ILRS-Bodensegment durchgeführt.

  • SuperSTAR Accelerometer (ACC)

    Der SuperSTAR-Accellerometer misst die auf den Satelliten wirkenden nicht-gravitativen Beschleunigungen. Zu diesen Beschleunigungen gehören der Luftwiderstand, der Druck der Sonnenstrahlung, Erdalbedo, oder Kräfte die durch den Betrieb der Lageregelungsaktivatoren entstehen. Diese Messungen werden verwendet, um die Veränderungen der Satellitenbahnen aufgrund der nicht-gravitativen Kräfte zu modellieren, so dass deren Beiträge von den Änderungen der Entfernung zwischen den beiden Satelliten aufgrund rein gravitativer Effekte korrekt unterschieden werden können.

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