Die Besatzungen begeben sich flussabwärts aufs Meer, um einen neuen SWOT-Wassersatelliten vorzubereiten

Süßwasserkörper wie dieser geflochtene Fluss in Neuseeland gehören zu denen, die Forscher im Rahmen der Validierungsbemühungen für den im Dezember gestarteten internationalen SWOT-Satelliten mit Wasserstandssensoren und GPS gemessen haben.

Es steckt viel harte Arbeit darin, sicherzustellen, dass ein Raumfahrzeug wie der Satellit „Surface Water and Ocean Topography“ genaue Daten liefert.

Mitte Juni verbrachte ein Team von Süßwasserforschern ihre Nächte damit, den Yukon River in Alaska entlang zu treiben, in einem Gebiet, das den Polarkreis überspannt. Die Hydrologen nutzten ein auf ihrem Boot installiertes GPS-Gerät, um das Gefälle des Flusses zu messen, während gleichzeitig der Satellit Surface Water and Ocean Topography (SWOT) über ihnen vorbeiflog und seine eigenen Daten über die Wasserstraße sammelte. Das Mitternachtstreffen war Teil einer größeren Anstrengung von Meeres- und Süßwasserforschern, die Messungen der kürzlich gestarteten Raumsonde zu validieren, die am Dienstag, dem 25. Juli, den wissenschaftlichen Betrieb aufnimmt.

In Zusammenarbeit zwischen der NASA und der französischen Raumfahrtbehörde CNES (Centre National d'Études Spatiales) misst SWOT die Höhe fast des gesamten Wassers auf der Erdoberfläche und wird eine der bisher detailliertesten und umfassendsten Ansichten der Ozeane und des Süßwassers des Planeten liefern Wasser. Die Mission wird sich mit einigen der drängendsten Fragen des Klimawandels unserer Zeit befassen und Einblicke in Bereiche bieten, unter anderem wie eine sich erwärmende Welt den Wasserkreislauf der Erde beschleunigt, was zu volatileren Niederschlagsmustern führt. SWOT wird Forschern auch dabei helfen, besser zu verstehen, wie sich der Klimawandel auf die Wasserspeicherung in Seen, Flüssen und Stauseen auswirkt und wie Gemeinden ihre Wasserressourcen besser verwalten und sich auf Überschwemmungen und andere Katastrophen vorbereiten können.

Ein Schiff, das einige der Meeresliegeplätze für die SWOT-Kalibrierungs- und Validierungsbemühungen trägt, sticht im Februar aus der Gegend von Seattle in See.

Forscher installieren im April im Rahmen der Kalibrierungsvalidierungsaktivitäten für den internationalen SWOT-Satelliten Sensoren in einem neuseeländischen Fluss.

Doch zunächst musste die Mission die Richtigkeit ihrer Daten sicherstellen. „Wenn ich mein Gewicht überwachen möchte, möchte ich keine Waage mit einer Unsicherheit von 20 Pfund kaufen – das wäre nicht sinnvoll“, sagte Jinbo Wang, Leiter der SWOT-Ozeanographie-Feldkampagne am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Southern Kalifornien.

Kurz nach dem Start der Raumsonde im Dezember 2022 begannen Wissenschafts- und Ingenieurteams mit der sogenannten Kalibrierung und Validierung. Bei der Kalibrierung ging es darum, sicherzustellen, dass die SWOT-Software und -Hardware – einschließlich des wichtigsten wissenschaftlichen Instruments, des Ka-Band-Radarinterferometers (KaRIn) und seiner Antenne – wie vorgesehen funktioniert.

„Es gibt Dinge, die wir am Computer modellieren können, wie sich das Raumschiff im Weltraum verhalten wird, bevor wir es starten“, sagte Curtis Chen vom JPL, US-amerikanischer Kalibrierungsvalidierungsleiter für SWOT. „Aber es gibt Dinge, die wir über das Verhalten von SWOT erst im Weltraum vorhersagen können, also passen wir die Dinge nach Bedarf an, sobald der Satellit im Orbit ist.“

„Aufgrund der Neuheit der SWOT-Messungen haben wir den Satelliten sechs Monate lang in einer speziellen Kalibrierungs- und Validierungsumlaufbahn belassen, bevor wir ihn in seine operative, wissenschaftliche Umlaufbahn gebracht haben“, sagte Nadya Vinogradova Shiffer, SWOT-Programmwissenschaftlerin und Managerin im NASA-Hauptquartier in Washington . „Diese Gelegenheit mobilisierte die globale Gemeinschaft von Wasserwissenschaftlern, sich in Kampagnen von Australien bis Alaska auf See, Land und Luft zu begeben und so NASA und CNES bei der Validierung der neuen SWOT-Messungen zu unterstützen.“

Während der SWOT-Validierungsphase begaben sich Dutzende Forschungsteams ins Feld, um den Wasserstand und das Gefälle von Flüssen zu messen. Für den Ozean untersuchten die Teams die Höhe der Meeresoberfläche.

„Wir haben Instrumente namens Wasserstandslogger installiert, die messen, wie der Wasserstand steigt und fällt“, sagte Tamlin Pavelsky, NASA-Leiter für Süßwasserwissenschaften für SWOT an der University of North Carolina, Chapel Hill. Pavelsky leitete Teams, die zum neuseeländischen Waimakariri River und zum Yukon River in Alaska fuhren.

Der SWOT-Satellit befindet sich in einem Reinraum einer Anlage von Thales Alenia Space in der Nähe von Cannes, Frankreich, und eine seiner beiden Solaranlagen wurde während der Tests im Januar 2022 eingesetzt.

Darüber hinaus beprobten die Teams unter anderem Süßwasserkörper in Connecticut, Kanada und Frankreich. Sie wollten die Arten von Seen und Flüssen untersuchen, die SWOT messen soll, und Süßwasserkörper in Gebieten beproben, die sich mit der Umlaufbahn des Satelliten überschneiden, um Messungen vom Boden und aus dem Weltraum zu vergleichen.

Die Kalibrierungsvalidierungsdaten zu Flüssen und Seen von SWOT sahen gut aus. „Wir hatten erwartet, Flüsse mit einer Breite von mehr als 100 Metern messen zu können, aber es gibt Fälle, in denen wir Flüsse mit einer Breite von bis zu 50 Metern und manchmal sogar bis zu 20 Metern sehen können“, sagte Pavelsky.

Auch SWOT-Meeresspiegelmessungen waren im Vergleich zu Meeresspiegeldaten vielversprechend. „Ich befürchtete vor dem Start, dass wir bei den Daten viele Überraschungen erleben würden, weil SWOT anders ist als alles, was wir bisher gemacht haben“, sagte Chen. Aber das war nicht der Fall.

Die Forscher verwendeten zwei Ansätze zur Messung des Meeresspiegels: luftgestützte und schiffsgestützte Sensoren. Mit einem im Flugzeug montierten Lidar-Instrument sammelte das Team Informationen zum Meeresspiegel auf ähnliche Weise wie bei SWOT-Messungen. Dies ermöglichte den direktesten Vergleich zwischen den Daten vom Feld und vom Satelliten.

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Das Team sammelte auch Temperatur- und Salzgehaltsdaten, die Meeresmerkmale – wie interne Wellen und Strömungen – aufdecken können, die zu Veränderungen des Meeresspiegels führen. Sie installierten Temperatur- und Salzgehaltssensoren an 11 Liegeplätzen etwa 200 Meilen (300 Kilometer) vor der zentralen Küste Kaliforniens. Und sie setzten 11 autonome Unterwasserroboter ein – von denen einige auch Daten für ein separates NASA-Projekt namens Sub-Mesoscale Ocean Dynamics Experiment sammelten.

Diese Bemühungen sind von entscheidender Bedeutung, denn wenn sich die Analysemethoden verbessern und Forscher mithilfe von SWOT-Daten neue Fragen finden, die sie beantworten können, werden die Messungen dazu beitragen, deren Genauigkeit zu beurteilen. „Es sind unsere Benchmark-Daten“, sagte Pavelsky. „Es wird noch viele Jahre lang wichtig sein.“

SWOT wurde gemeinsam von NASA und CNES mit Beiträgen der Canadian Space Agency (CSA) und der UK Space Agency entwickelt. JPL, das für die NASA von Caltech in Pasadena, Kalifornien, verwaltet wird, leitet die US-Komponente des Projekts. Für die Nutzlast des Flugsystems stellte die NASA das KaRIn-Instrument, einen GPS-Wissenschaftsempfänger, einen Laserretroreflektor, ein Zweistrahl-Mikrowellenradiometer und NASA-Instrumentenbetrieb zur Verfügung. CNES lieferte das System „Doppler Orbitography and Radioposition Integrated by Satellite“ (DORIS), den Zweifrequenz-Höhenmesser Poseidon (entwickelt von Thales Alenia Space), das Hochfrequenz-Subsystem KaRIn (zusammen mit Thales Alenia Space und mit Unterstützung der UK Space Agency), die Satellitenplattform und Bodenoperationen. CSA lieferte die KaRIn-Hochleistungssenderbaugruppe. Die NASA stellte die Trägerrakete zur Verfügung und das Launch Services Program der Agentur mit Sitz im Kennedy Space Center verwaltete die damit verbundenen Startdienste.

Um mehr über SWOT zu erfahren, besuchen Sie:

https://swot.jpl.nasa.gov/

Jane J. Lee / Andrew Wang

Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornien.

818-354-0307 / 626-379-6874

[email protected] / [email protected]

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