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ESA’s Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer GOCE

Dieser Beitrag ist in der zfv 3/2009 erschienen.

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Zusammenfassung: 

Am 17. März 2009 wurde GOCE gestartet. Er ist der erste Satellit des Living Planet-Programms, dem Erdbeobachtungsprogramm der ESA. Das Ziel der GOCE-Mission ist die Bestimmung des Erdschwerfeldes und des Geoids mit maximaler räumlicher Auflösung bei möglichst hoher Genauigkeit. Das Geoid in Verbindung mit der gegenwärtigen mittleren Ozeanoberfläche, gewonnen aus 20 Jahren Satellitenradaraltimetrie, ist der Schlüssel zur globalen dynamischen Ozeantopographie. Diese dient zu Studien der Ozeanzirkulation, der Transporte im Ozean und der Meeresspiegeländerungen. Geoidhöhen, wie sie GOCE bestimmt, sind nötig um GPS-Höhen in sehr genaue Höhen über dem Meeresspiegel umzurechnen. Schwereanomalien hingegen werden für die Inversion von Schwere in Dichte und dabei speziell in Studien über die Lithosphäre und des oberen Erdmantels benötigt.
GOCE ist der erste Satellit, der ein Gravitationsgradiometer mit sich führt. Im Wesentlichen kann der ganze Flugkörper mit all seinen Sensoren als Satellitengravimeter betrachtet werden. Diese Mission ist neu und einmalig in mehreren Beziehungen. Ein neuer in Europa gebauter GPS-Empfänger erlaubt die Bahnbestimmung in cm-Genauigkeit. Aus der Analyse der Bahn kann auf den langwelligen Anteil des Erdschwerefeldes geschlossen werden, komplementär zu den hoch aufgelösten gravimetrischen Daten des Gradiometers. Die extrem niedrige Umlaufbahn von nur 265 km wird durch ein Ionentriebwerk reibungsfrei gehalten. Der sanfte Flug des Satelliten um die Erde wird durch Magnetic Torquer sichergestellt. Sowohl das Gradiometer als auch die Sternsensoren liefern die notwendigen Daten, die einen reibungsfreien, lagekontrollierten Flug ermöglichen. Der hohe Anspruch an die Reinheit des gravimetrischen Signals hat auch eine extreme Anforderung an die Temperaturstabilität und die Steifigkeit des Materials zur Folge.

Zusammenfassung: 

GOCE has been launched on March, 17, 2009. It is the first satellite of the Living Planet Programme, which is ESA’s Earth science programme. It is aiming at a better understanding of the Earth system. The mission objective of GOCE is the determination of the Earth’s gravity field and geoid with high accuracy and maximum spatial resolution. The geoid, combined with the actual mean ocean surface as derived from twenty years of satellite radar altimetry, will yield global dynamic ocean topography. It will serve ocean circulation and ocean transport studies and sea level research. GOCE geoid heights will allow conversion of GPS heights to high precision heights above sea level. Gravity anomalies from GOCE will be used for gravity-to-density inversion and in particular for studies of the Earth’s lithosphere and upper mantle.
GOCE is the first satellite carrying a gravitational gradiometer. In essence the spacecraft together with all its sensors can be regarded as a satellite gravimeter. The mission is unique and novel in several ways. Precise GPS-tracking with a newly developed European receiver is providing the orbit with cm-precision. Orbit analysis will give the long wavelength part of the gravity field and be complementary to the high resolution gravimetric data of the gradiometer. The extremely low orbit of only 265 km is kept free of drag by ion-thrusters. The spacecraft is guided smoothly around the Earth by magnetic torquers. The gradiometer and star sensors deliver the data necessary for drag-free and angular control. The high demand on the purity of the gravimetric signal is achieved via extreme levels of thermal control and material stiffness.