GPS-Empfänger für SWARM-Satelliten aus Wien

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Am 22. November werden an der Spitze einer russischen Rockot-Rakete die drei Satelliten der neuen ESA Mission SWARM von Plesetsk aus in den Weltraum starten. Sie sollen genaueste Vermessungen des Erdmagnetfeldes durchführen und damit auch weitere Erkenntnisse über den Aufbau des Erdinneren ermöglichen.

Zur hochgenauen Bestimmung ihrer Position im All nutzen die Satelliten GPS-Navigationsempfänger, die von RUAG Space speziell für den Einsatz an Bord von Satelliten entwickelt wurden. Auf Swarm kommen die ersten Geräte dieser neuen Sensoren zum Einsatz.

Dynamo im Erdinneren schützt die Erde

Für das Leben auf unserem Planeten ist das die Erde umgebende Magnetfeld von entscheidender Bedeutung. Gemeinsam mit der Atmosphäre dient es als Schutzschild vor der gefährlichen solaren Strahlung, dem so genannten Sonnenwind. Im Zusammenwirken mit der Erdrotation wirkt der zwiebelartige Aufbau unserer Erde mit einer den festen inneren Kern umgebenden flüssigen Schicht aus Nickel-Eisen-Schmelze wie ein gigantischer Dynamo und erzeugt so das Erdmagnetfeld.

Daher ist neben der Erforschung des Weltraums und der Erdoberfläche auch das Erdinnere von grösstem Interesse für die Menschen. Die drei Satelliten der neuen ESA-Mission SWARM werden aus unterschiedlichen Höhen zwischen 400 und 550 km die bisher genaueste Vermessung des Erdmagnetfeldes und seiner Veränderung vornehmen.

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Eine der Grundvoraussetzungen für diese präzise Vermessung ist die Kenntnis der jeweils aktuellen Satellitenposition und eine konstante Einhaltung der vorgesehenen Flugbahn. Die Satelliten benutzen daher für ihre Lageregelung die Signale des amerikanischen Satellitennavigationssystems GPS. Die von RUAG entwickelten innovativen, weltraumtauglichen GPS-Empfänger wurden bei RUAG Space in Wien speziell für die Erfordernisse einer hochgenauen Positionsbestimmung (Precise Orbit Determination, POD) entwickelt.

Zwei GPS-Signale für höchstgenaue Positionsbestimmung

Durch gleichzeitige Verarbeitung von Empfangssignalen auf zwei unterschiedlichen Frequenzen kann im Gegensatz zu den üblicherweise auf der Erde eingesetzten GPS-Empfängern, die nur eine Frequenz verarbeiten, die höchstmögliche Positionsgenauigkeit erzielt werden. Das auf hoch integrierten Chips (ASICs) basierende Design ist dabei auf möglichst geringes Gewicht bei gleichzeitiger Einhaltung aller für den Weltraum notwendigen Zuverlässigkeitskriterien und Strahlungsfestigkeitsanforderungen ausgelegt.

Die Empfänger wurden von einem internationalen Team unter der Leitung von RUAG Space in Österreich gebaut, getestet und an den Satellitenhauptauftragnehmer für SWARM, Astrium GmbH in Friedrichshafen, geliefert.

Mit Swarm fliegen die ersten Geräte dieser neuen Produktgeneration ins All. Eine große Zahl vergleichbarer Empfänger wurde nun gebaut und teilweise bereits ausgeliefert. Sie werden auf zukünftigen europäischen Erdbeobachtungssatelliten sowie der NASA-Mission ICESat-2 zum Einsatz kommen. RUAG Space hat damit einen Durchbruch auf diesem hart umkämpften Sektor des internationalen Weltraumtechnikmarktes erzielt.

SWARM-Magnetometer hängt an Kohlefaserstruktur

Neben Navigationsempfängern kommt auch die gesamte Thermalisolation der drei SWARM Satelliten vom Schweizer Unternehmen. In diesem Produktbereich ist die Firma seit längerer Zeit Marktführer in Europa. Die meisten ESA Satelliten und viele andere nationale Missionen werden mit Mehrlagenisolationen vor den im Weltraum auftretenden hohen Temperaturschwankungen von bis zu 400°C geschützt.

Ausserdem hat RUAG Space in der Schweiz die Kohlefaserstruktur für die ausfaltbaren Ausleger der Swarm-Satelliten gebaut. Diese Ausleger sind am Heck des Satelliten angebracht und tragen die Magnetometer, welche die Vermessung des Erdmagnetfeldes durchführen. Die rechteckigen, konisch zulaufenden Kohlefaserrohre sind so ausgelegt, dass sie sich auch bei den extremen Temperaturschwankungen, die im All auftreten, nur minimal verformen – eine notwendige Voraussetzung, um die gewünschte Messgenauigkeit der Instrumente zu erreichen.