Galileo-Satellit schafft es in brauchbare Umlaufbahn

Europas fünfter Galileo-Satellit – einer der beiden, die im August vom Sojus-Fregat-Träger VS09 in einer falschen Umlaufbahn ausgesetzt wurden – hat am Samstag, den 29. November 2014, sein erstes Navigationssignal aus dem Weltraum gesendet. Der Satellit hat seine Zielbahn erreicht, woraufhin seine Navigationsnutzlast eingeschaltet werden konnte. Nachdem sich der Satellit nun auf einer für Navigationszwecke geeigneteren Umlaufbahn befindet, wurde eine umfangreiche Testkampagne in die Wege geleitet.

Galileo, Europas eigenes globales Satellitennavigationssystem, wird aus 30 Satelliten und der damit verbundenen Bodeninfrastruktur bestehen. Die am 22. August gemeinsam gestarteten Galileo-Satelliten 5 und 6 "Milena" und "Doresa" wurden versehentlich in einer elliptischen Umlaufbahn mit einer Höhe zwischen 25.900 km und 13.713 km ausgesetzt. Genaue Ursachen sind nicht bekannt, es war aber von womöglich gefrorenem Treibstoff in der russischen Raketenstufe zu hören.

Bahnkorrektur durch sukzessives Anheben

Über einen Zeitraum von 17 Tagen wurden insgesamt elf Manöver durchgeführt, in denen der Satellit an dem Punkt, an dem seine Bahnhöhe am niedrigsten ist, sukzessive auf eine höhere Bahn bugsiert wurde. Er fliegt nun 3.500 km höher, und seine elliptische Umlaufbahn ist etwas kreisförmiger.

"Dank hervorragender Leistungen sowohl beim Schub als auch bei der Richtung verliefen sämtliche Manöver normal", erklärte Daniel Navarro-Reyes, der Galileo-Missionsanalyst der ESA. "Die endgültige Umlaufbahn ist die von uns anvisierte, was für die große Professionalität aller beteiligten Teams spricht."

Die anhand der Berechnungen eines gemeinsamen Flugdynamikteams des Raumflugkontrollzentrums der ESA (ESOC) in Darmstadt und der französischen Raumfahrtagentur (CNES) erstellten Steuerbefehle wurden vom Galileo-Betreiber Space Opal aus dem Galileo-Kontrollzentrum in Oberpfaffenhofen heraus erteilt.

Erd-nähere Bahn ermöglicht zuverlässigere Leistung

An den Satelliten weitergeleitet wurden sie über ein ausgedehntes Bodenstationsnetz, bestehend aus Galileo- und zusätzlichen, vom CNES koordinierten Stationen. Außerdem leistete der Satellitenhersteller OHB während des gesamten Bahnkorrekturverfahrens fachliche Unterstützung und Hilfe bei der Anpassung der Flugmanöver.

Bis zum Beginn der Manöver hatte das gemeinsame Team der ESA und des CNES dafür gesorgt, dass die Satelliten dank ihrer Gyroskope und Solarsensoren stets der Sonne zugewandt blieben. Dadurch konnten sie in stabiler Lage durch den Weltraum fliegen, aber ihre Navigationsnutzlasten konnten nicht zuverlässig eingesetzt werden. Auf der neuen Umlaufbahn ist der Satellit außerdem einer weitaus geringeren Strahlung ausgesetzt, womit seine zuverlässige Leistung langfristig sichergestellt werden kann.

Geeignete Umlaufbahn mit 20 Tagen Wiederholung

Die geänderte, kreisförmigere Umlaufbahn bedeutet, dass der Erdsensor von Galileo 5 kontinuierlich genutzt werden kann, wodurch seine Hauptantenne erdwärts gerichtet bleibt und seine Navigationsnutzlast eingeschaltet werden kann.

Insbesondere hat diese Umlaufbahn zur Folge, dass der Satellit nun alle 20 Tage denselben Ort am Boden überfliegen wird. Dies ist in etwa vergleichbar mit einem normalen Galileo-Wiederholungsmuster und seinem Abstand von 10 Tagen: Der Satellit nimmt eine effektive Synchronisierung seines Bodenkurses mit dem Rest der Galileo-Konstellation vor.

Navigationstestkampagne gestartet, Signalqualität gut

Mir der Aktivierung der Navigationsnutzlast des Satelliten am 29. November begann eine umfassende orbitale Erprobungskampagne. Diese wird vom ESA-Zentrum Redu in Belgien aus durchgeführt, wo eine Antenne von 20 Metern Durchmesser steht, die die Stärke und Beschaffenheit der Navigationssignale in hoher Auflösung untersuchen kann.

"Als Erstes wurden die verschiedenen Nutzlastkomponenten, insbesondere die Atomuhr mit passivem Wasserstoff-Maser, auf Betriebstemperatur gebracht, bevor dann das erste Signal der Nutzlast aus dem Weltraum gesendet wurde", erläuterte David Sanchez-Cabezudo, der Verantwortliche für die Testkampagne, die Lage. "Das von dem Satelliten ausgestrahlte Navigationssignal im L‑Band wird mit Hilfe der großen Antenne in Redu überwacht, und Experten von OHB und Surrey Satellite Technology Ltd – dem im britischen Guildford ansässigen Hersteller der Nutzlast – sind ebenfalls an der Analyse der Leistung über längere Zeit beteiligt."

Das in den drei Galileo-Frequenzbändern (E5/E6/L1) ausgestrahlte erste Galileo-FOC-Navigationssignal aus dem Weltraum wurde von Galileo-Testempfängern an mehreren Orten in Europa verfolgt, nämlich im belgischen Redu, im ESTEC (Niederlande), in Weilheim (Deutschland) und in Rom. Die Qualität des Signals ist gut und entspricht den Erwartungen. Die Nutzlast für den Such- und Rettungsdienst (SAR) wird in einigen Tagen ebenfalls eingeschaltet, um die orbitale Testkampagne zu ergänzen.

Alternative Aufgaben in der Warteschlange

Für den sechsten Satelliten sind dieselben Bahnkorrekturmanöver vorgesehen. Er soll dieselbe Bahnebene erreichen, jedoch auf der anderen Seite der Erde. Die Entscheidung, ob die beiden Satelliten letztendlich als Teil der Galileo-Konstellation für Navigations- und SAR-Zwecke genutzt werden, wird die Europäische Kommission aber erst auf der Grundlage der Testergebnisse treffen.

Doch auch sonst ist den Satelliten kein nutzloses Dasein in der Umlaufbahn beschieden. Laut Vertrauten mit dem Galileo-Programm würden sich für die ansonsten tadellos funktionierenden Satelliten noch viele andere Verwendungen anbieten, als nur Geopositionierung. So stehen wohl Wissenschaftler schon Schlange für Forschungsvorhaben etwa zur Relativitätstheorie. Dazu ließen sich mit den Atomuhren in den Galileo-Satelliten interessante Messungen durchführen. Doch zunächst steht die geplante Verwendbarkeit für Galileo des ohnehin schon in Verzug befindlichen Projekts im Vordergrund.

Die Definitions- und die Entwicklungsphase sowie die Phase der orbitalen Validierung (IOV) des Galileo-Programms wurden von der ESA durchgeführt und von ihr und der Europäischen Kommission gemeinsam finanziert. Sie führten zu einer Mini-Konstellation von vier Satelliten und einem reduzierten Bodensegment, samt erster Positionsbestimmung, für die Validierung des Gesamtkonzepts.

Die vier während der IOV-Phase gestarteten Satelliten bilden den Kern der Konstellation, die nun bis zum Erreichen der vollen Einsatzkapazität (FOC) ausgebaut wird. Die FOC-Phase wird voll von der Europäischen Kommission finanziert. Die Kommission und die ESA haben eine Übertragungsvereinbarung unterzeichnet, gemäß der die ESA im Auftrag der Kommission als die für den Entwurf und die Beschaffung verantwortliche Stelle handelt.