Seit nunmehr nahezu exakt 20 Jahren betreibt das GFZ in Ny-Ålesund auf Spitzbergen (78° 55´ Nord, 11° 56´ Ost) eine Satelliten-Empfangsstation, um Daten von Forschungssatelliten in polaren Umlaufbahnen aufzunehmen. Die Station befindet sich etwa einen Kilometer außerhalb der Ortschaft Ny-Ålesund und ist nur circa 1.200 km vom Nordpol entfernt. Es ist der nördlichste Ort, der mit regelmäßig verkehrenden Schiffen oder Flugzeugen von den Forschenden noch erreicht werden kann.

Der erste Empfang des Satelliten <link champ/>CHAMP</link> begann in Ny-Ålesund vor 20 Jahren über eine Antenne, die für diesen Zweck in Deutschland speziell umgerüstet und dann vor Ort fest unter einer Radarkuppel (Radom) installiert wurde. Es war der Startpunkt für eine Entwicklung, die dazu geführt hat, dass das GFZ heute über eine leistungsfähige <link srs-nya/>Empfangsstation</link> verfügt, mit der Satellitenmissionen und darauf aufbauende Projekte und Dienste sehr effizient unterstützt werden können. Bis dato hatten die beiden Antennen insgesamt etwa 300.000 Kontakte zu Satelliten mit wissenschaftlichen Instrumenten.

Die wichtigste Aufgabe der Station ist aktuell der Empfang der beiden <link sektion/globales-geomonitoring-und-schwerefeld/projekte/gravity-recovery-and-climate-experiment-follow-on-grace-fo-mission/>GRACE Follow-on</link> Satelliten, deren globale Schwerefeldmessungen für Eismassenbilanzen gebraucht werden. Ny-Ålesund fungiert als primäre Empfangsstation, wofür sich die Station sowohl technisch wie auch durch den langjährig zuverlässigen Betrieb qualifiziert hat. Mit dem Empfang erfüllt das GFZ darüber hinaus seine gegenüber dem Projektpartner NASA/JPL eingegangene Verpflichtung, die Daten dieser Satelliten hauptverantwortlich zu empfangen.

Warum eine Station so weit im Norden?

Die Daten des Satelliten CHAMP wurden schon seit Beginn der Satellitenmission im Jahr 2000 von einer Bodenstation des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums DLR in Deutschland empfangen. Allerdings waren nur etwa vier Empfangskontakte pro Tag möglich, weil der Satellit − aufgrund seiner niedrigen, polaren Umlaufbahn und der Rotation der Erde − in Deutschland kaum öfter zu sehen war. Damit waren die in Deutschland empfangenen Daten im Mittel etwa sechs Stunden alt. Für die Verarbeitung der meisten Satellitendaten war das völlig ausreichend.

Es reichte jedoch nicht für Daten der sogenannten <link sektion/geodaetische-weltraumverfahren/projekte/champ-ro/>GPS-Radiookkultationsmessungen</link>, aus welchen global verteilte Vertikalprofile atmosphärischer Parameter abgeleitet werden können. Hierzu zählen Parameter wie Brechungswinkel, Temperatur oder auch der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre. Die für solche Parameter notwendigen Radiookkultationsmessungen müssen kontinuierlich, zuverlässig und in nahezu Echtzeit verfügbar sein, damit das GFZ diese für Wettervorhersagen bereitstellen kann, dies z.B. dem Deutschen Wetterdienst und dem englischen MetOffice. Für solche Dienste mussten die Daten bereits vollständig prozessiert und maximal drei Stunden nach der Messung abgeliefert werden.

Der Datenempfang in Ny-Ålesund war mit 15 Satellitenüberflügen pro Tag die günstigste Möglichkeit, alle Daten ausreichend zeitnah für Wettervorhersagen nutzbar zu machen. Erst die Kombination von CHAMP (erster Satellit mit kontinuierlichen, globalen Messungen) und NY Ålesund (regelmäßiger, zeitnaher Datenempfang zu niedrigen Kosten) machte die Daten für Wettervorhersagen nutzbar. Heute empfängt die Station Daten von folgenden fünf Satelliten: TerraSAR-X (seit 2010), Tandem-X (seit 2014) sowie beide GRACE Follow-on Satelliten (seit 2018). Hinzu kommt der Empfang der von Studenten an der Universität-Stuttgart gebaute Satellit Flying Laptop (seit 2018). Der Empfang der Satelliten SAC-C, einer argentinischen Erdbeobachtungmission, 2010 bis 2011 sowie der Empfang der Vorgängermission GRACE in den Jahren 2006 bis 2017 waren darüber hinaus wichtige Abschnitte der Stationsgeschichte.

Meilensteine seit 2001

Die erste Antenne der Station wurde 2001 auf Basis von Kooperationen mit der Kingsbay Company und dem Alfred Wegener Institut, die beide bis heute den Betrieb der Station unterstützen, und dem DLR installiert. Neben CHAMP wurde zeitweise der Satellit BIRD, der vor allem Feuer weltweit durch deren Strahlung im Infrarotbereich detektierte, für das DLR mit empfangen (2002-2006). Das GFZ plante dabei alle Satellitenkontakte und modernisierte die Station mit neuer Empfangstechnik ab 2004. In 2005 erweiterte das GFZ die Empfangshütte, installierte eine zweite Antenne und betreute nun beide Antennen und alle anderen Komponenten der Station mit eigenem Know-how. Bis 2015 waren die Wissenschaftler bei der Datenübertragung auf ISDN und Richtfunk angewiesen. Nun wurde Ny-Ålesund über ein Glasfaserkabel mit dem europäischen Festland verbunden, wovon auch die Empfangsstation durch höhere Datenübertragungsbandbreiten und Ausfallsicherheit profitierte.

Aktuelle Aufgaben an der Station in Ny-Ålesund

Die weitgehend automatisierte GFZ-Empfangsstation wird ganzjährig unbemannt betrieben und in der Sektion 1.2 Globales Geomonitoring und Schwerefeld betreut. Die GFZ-Kollegen an der Außenstelle in Oberpfaffenhofen planen alle Satellitenkontakte mit der Station, während die Kollegen in Potsdam hauptsächlich mit technischen und verwaltungstechnischen Aufgaben sowie der Fernüberwachung und Datenvorverarbeitung beschäftigt sind.

Die Software für die Planung der Satellitenkontakte, den Betrieb der Antennen und Empfänger und die Datenverarbeitung wurde bei uns am GFZ entwickelt, ebenso viele Lösungen für hardware-technische Probleme. Einmal jährlich wird die Station vom GFZ vor Ort gewartet und dabei schrittweise modernisiert. Aktuell wird unter anderem daran gearbeitet, höhere Datenraten in zusätzlichen Frequenzbereichen empfangen zu können, als Vorbereitung für die sicherlich noch vielen neuen Aufgaben in Zukunft.

Wissenschaftlicher Kontakt:
Dr.-Ing. Carsten Falck
Wissenschaftler
Globales Geomonitoring und Schwerefeld
Telegrafenberg
14473 Potsdam
Tel: +49 331 288-1736
E-Mail: carsten.falck@gfz-potsdam.de
 

Medien Kontakt:
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Referentin Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Helmholtz-Zentrum Potsdam
Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
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