Quelltext der Seite Gravity field and steady-state ocean circulation explorer

{{Infobox Satellit
|name           = GOCE
|nssdc_id       = 2009-013A
|typ            = [[Forschungssatellit]]
|bild           = GOCE scale 1 4 (7628217840) (2).jpg
|land           =
|behörde        = {{Esa}}
|bahn_höhe      = 283,5 km
|masse          = 1100 kg
|abmessungen    = 1,0 × 5,3 m
|apogäum        = 
|perigäum       = 
|bahn_neigung   = 96,7°
|bahn_umlaufzeit= 
|exzentrizität  = 
|start          = 17. März 2009, 14:21 [[Koordinierte Weltzeit|UTC]]
|startplatz     = [[Kosmodrom Plessezk#Startanlagen|Plessezk 133]]
|trägerrakete   = [[Rockot|Rockot-KM]]
|wiedereintritt = 11. November 2013
}}

Der '''Gravity field and steady-state ocean circulation explorer''' ('''GOCE''') war ein geowissenschaftlicher [[Satellit (Raumfahrt)|künstlicher Erdsatellit]], der seit etwa 1995 von der [[Europäische Weltraumorganisation|ESA]] entwickelt worden war. Er gehörte zur ''Mission zur Messung der Gravitation und des stationären Zustandes der [[Ozeanzirkulation]]'', eine der Erderkundungsmissionen im [[Earth Explorer|Earth-Explorer]]-Programm der ESA, und sollte der hochpräzisen [[Gradiometrie]] dienen.

Hauptauftragnehmer war [[Thales Alenia Space]], und über 40 weitere europäische Firmen waren beteiligt.<ref name=ESA20080822/>
Der Start des Satelliten erfolgte am 17. März 2009 um 14:21 UTC.

Nach dem Verbrauch der Treibstoffvorräte verglühte der Satellit am 11.&nbsp;November 2013 in der Erdatmosphäre.<ref name="esa_goce"/><ref name="GOCE ist verglüht heise.de">[https://heise.de/-2043190 Artikel: "Ein neues Bild der Erde: Satellit GOCE ist verglüht"] auf heise.de; Aufgerufen am 11. November 2013</ref>

== Aufgaben und verwendete Technik ==
[[Datei:Gravity anomalies on Earth.jpg|mini|Erdschwerefeld, Abweichungen stark überhöht]]

GOCE maß regionale Variationen des [[Erdschwerefeld]]es genauer als je zuvor. Ein Hauptziel war die Bestimmung einer [[Referenzfläche]] zur Beobachtung von [[Meeresströmung]]en, die durch ihren großen Beitrag zum globalen [[Wärme]]transport entscheidend für das [[Klima]] sind.

Die Messinstrumente von GOCE waren keine Gradiometer im eigentlichen Sinn, sondern maßen die Schweregradienten indirekt nach einer Differential-Methode („Gravitationsgradiometrie“). Dabei handelte es sich um hochpräzise [[Beschleunigungssensor]]en (3-Achs-Schweregradiometer mit 6 Akzelerometern), die auf ultrastabilen Carbon-Wabenstrukturen und Auslegern montiert wurden und in der [[Umlaufbahn]] ununterbrochen alle neun Werte des Schwere-[[Tensor]]s messen sollten. Zusätzlich waren hochgenaue Zwölfkanal-[[GPS-Empfänger]] an Bord, und die Flugbahn sollte mithilfe von Laserentfernungsmessungen überprüft werden, wofür entsprechende Reflektoren verbaut wurden. Damit erhoffte man sich eine Bestimmung des globalen [[Geoid]]s mit mindestens Zentimeter-Genauigkeit bei einer räumlichen Auflösung von etwa 100 Kilometern.

In Kombination mit anderen Messungen (vor allem [[Global Positioning System|GPS]] und Satelliten-[[Altimetrie]]) wurden wichtige Beiträge zur [[Ozeanografie]] und anderen Geowissenschaften erwartet. Das seit 2004 laufende Satellitenprojekt [[Gravity Recovery and Climate Experiment|GRACE]] der [[National Aeronautics and Space Administration|NASA]] und des [[Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt|DLR]] ergänzten GOCE: seine zwei Satelliten bestimmten durch SST-Distanzmessungen die [[Mittelwelle|mittelwelligen]] Anteile des Schwerefeldes und seine zeitliche Veränderungen.

Insgesamt besaß der einer Pfeilspitze ähnelnde, lange Satellit mit der Grundform eines achtseitigen [[Prisma (Geometrie)|Prismas]] eine Startmasse von 1100 Kilogramm, eine Länge von 5,3 Metern und einen Durchmesser von etwa einem Meter. Zur Bahnkorrektur (ständiger Antrieb zum Halten der Umlaufbahn gegen die bremsende [[Hochatmosphäre]]) war er mit zwei kleinen (nur eines aktiv, eines als Reserve), mit [[Xenon]] arbeitenden [[Ionentriebwerk]]en vom Kaufman-Typ mit 1,0 bis 20 mN Schub ausgestattet. Der Xenonvorrat betrug beim Start 40&nbsp;kg.<ref name="propulsion"/> Zur Lageregelung war GOCE mit [[Sternsensor]]en und [[Magnettorquer]]n ausgerüstet. Die der Energieversorgung dienenden Solarzellen (1300&nbsp;Watt Leistung) waren auf der Oberfläche des Satelliten und der kleinen Flügel angebracht.<ref>Fliegerrevue November 2008, S. 46–49, Weltraum-Ferrari für die Erde - ESA Schwerkraft-Mission GOCE</ref>

== Start ==
Der Start vom [[Kosmodrom Plessezk]] war zuerst für den 10. September 2008 geplant. Wegen eines Fehlers im Leit- und Navigationssystem der für den Start vorgesehenen [[Rockot]]-Trägerrakete wurde er auf den 16. März 2009 verschoben.<ref>{{internetquelle |autor=ESA |url=https://www.esa.int/esaCP/SEM8VARTKMF_index_0.html |sprache=en |titel=GOCE launch delayed until 2009 |datum=2008-10-24 |zugriff=2018-06-20}}</ref> Kurz vor dem geplanten Abheben wurde der Start jedoch abgebrochen, weil sich der Startturm nicht wie vorgesehen automatisch zurückzog.<ref>{{internetquelle |autor=ESA |url=https://www.esa.int/esaCP/SEMP85JTYRF_index_0.html |titel=Launch of ESA’s gravity mapping satellite delayed |sprache=englisch |datum=2009-03-16 |zugriff=2009-03-16}}</ref> Ein zweiter Startversuch am 17.&nbsp;März 2009 um 14:21&nbsp;Uhr UTC war erfolgreich, und GOCE erreichte eine 283,5&nbsp;km hohe Umlaufbahn,<ref>{{internetquelle |url=https://www.esa.int/esaCP/SEMOKLJTYRF_index_0.html|titel= GOCE: Critical operations ongoing|hrsg=ESA|datum=2009-03-18|zugriff=2009-03-20}}</ref>; das erste Signal wurde um 14:51&nbsp;Uhr UTC empfangen.<ref>{{internetquelle|url=https://de.sputniknews.com/wissen/20090317120608700/ |titel= ESA-Satellit GOCE erreicht berechnete Flugbahn|hrsg=RIA novosti|werk=Sputnik News|datum=2009-03-17|zugriff=2009-03-17|archiv-url=https://web.archive.org/web/20191016135248/https://de.sputniknews.com/wissen/20090317120608700/|archiv-datum=2019-10-16}}</ref> Am 30. März und am 2. März wurden die beiden Ionentriebwerke eingeschaltet, sie arbeiteten problemlos.<ref name="propulsion">{{internetquelle |autor=ESA |url=https://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/GOCE/GOCE_s_electric_ion_propulsion_engine_switched_on |sprache=en |titel=GOCE's electric ion propulsion engine switched on |datum=2009-04-06 |zugriff=2018-06-20}}</ref>

== Umlaufbahn ==
Der Satellit bewegte sich in einem [[Satellitenorbit#Sonnensynchroner Orbit (SSO)|kreisförmigen, sonnensynchronen und polaren Orbit]] ([[Bahnneigung]] 96,7°) um die Erde. Nach dem Start sank er auf seine Einsatzflughöhe von 255&nbsp;km ab, in der er die Primärmission durchführte. Diese niedrigere Höhe erlaubte zwar ein präziseres Vermessen des Geoids, führte aber auch zur Abbremsung des Satelliten durch die [[Exosphäre]] in dieser Höhe. Um dieses Abbremsen zu kompensieren, wurde der Satellit durch eines von zwei Niedrigschub-[[Ionentriebwerk]]en angetrieben. Diese waren im Schubbereich zwischen 1 und 20&nbsp;mN in Echtzeit regelbar, um sich der abbremsenden Kraft optimal anzupassen und die Flugbahn stabil zu halten.<ref>{{internetquelle |autor=ESA |url=https://www.esa.int/esaCP/SEM7C2JTYRF_Germany_0.html |titel=Die ESA startet_mit GOCE ihren ersten Erdforschungssatelliten |datum=2009-03-17 |zugriff=2018-06-20}}</ref> Die für einen Satelliten ungewöhnliche [[Aerodynamik|aerodynamische]] Form trug dazu bei, dass der Luftwiderstand minimal gehalten wurde. Ohne diese Maßnahmen wäre der Satellit innerhalb kurzer Zeit so stark abgebremst worden, dass er in dichtere Atmosphärenschichten eingedrungen und schließlich verglüht wäre.

Im August 2012 wurde GOCE auf eine Missionsverlängerung bis Ende 2013 vorbereitet. Dazu wurde die Umlaufbahn bis Februar 2013 auf 235&nbsp;km Höhe abgesenkt.<ref>{{internetquelle |autor=Stephen Clark |hrsg=Spaceflight Now |url=https://www.spaceflightnow.com/news/n1211/16goce/ |sprache=en |titel=GOCE gravity-mapper drops closer to Earth for science |datum=2012-11-16 |zugriff=2012-12-14}}</ref>

== Missionsergebnisse ==
GOCE lieferte das bis dahin genauste Abbild des Erdschwerefelds. Die Auflösung des Höhenprofils sollte nach Auswertung aller Daten auf zwei Zentimeter genau sein.<ref name="GOCE ist verglüht heise.de"/>

Auch die durch das schwere [[Tōhoku-Erdbeben 2011|Erdbeben im März 2011 in Japan]] ausgelösten Infraschallwellen konnten durch GOCE aufgezeichnet und ausgewertet werden. Dies war zuvor mit noch keinem anderen Satelliten gelungen.<ref>{{internetquelle |autor=ESA |url=https://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/GOCE/GOCE_the_first_seismometer_in_orbit |sprache=en |titel=GOCE: The first seismometer in orbit |datum=2013-03-08 |zugriff=2013-11-11}}</ref>

== Entwicklungskosten ==
An der Entwicklung und Fertigung des Satelliten waren 45 europäische Industriepartner beteiligt. Die Führung lag bei der italo-französischen Firma [[Thales Alenia Space]].<ref name=ESA20080822>{{internetquelle |autor=ESA |url=https://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/GOCE/GOCE_Earth_Explorer_satellite_to_look_at_the_Earth_s_surface_and_core |sprache=en |titel=GOCE Earth explorer satellite to look at the Earth's surface and core |datum=2008-08-22 |zugriff=2018-06-20}}</ref> Die Entwicklung des Satelliten kostete ca. 300&nbsp;Millionen Euro,<ref name="derstandard.at">[https://www.derstandard.at/story/1218533881282/ein-apfel-und-das-gewicht-der-welt Ein Apfel und das Gewicht der Welt] Artikel auf derstandard.at vom 12. August 2008.</ref> die Betriebskosten beliefen sich auf jährlich ca. 8&nbsp;Mio. Euro.

== Projektzentrum in Deutschland ==
Das GOCE-Projektbüro befand sich an der [[Technische Universität München|TU München]] und kooperierte mit dem [[Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt|DLR]]. Es bereitete bis zum Start des Satelliten die Auswertung der Mission vor, ebenso wie die Nutzung der GOCE-Ergebnisse in verschiedenen [[Geowissenschaften]].

Das Analyseprojekt erhielt den Namen '''GOCE-GRAND''' – eine Abkürzung für '''Gr'''avitionsfeld-'''An'''alyse '''D'''eutschland.

Der Koordinator des [[Forschungsprojekt]]s ist oder war [[Reiner Rummel]], der schon Jahre zuvor ein globales System der Erdbeobachtung ([[IGGOS]]) vorgeschlagen hatte. Konkretes Ziel war die hochauflösende Schwerefeldmodellierung aus GPS- und [[Gradiometrie]]-Messungen von GOCE.

== Missionsende ==
Am 21. Oktober 2013 war der mitgeführte Xenonvorrat soweit aufgebraucht, dass das Ionentriebwerk den Antrieb einstellte.<ref name="esa_goce">{{internetquelle |hrsg=ESA |url=https://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/GOCE/GOCE_completes_its_mission |sprache=en |titel=GOCE completes its mission |datum=2013-10-23 |zugriff=2013-10-23}}</ref><ref>{{internetquelle |hrsg=ESA |url=https://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/GOCE/ESA_s_GOCE_mission_to_end_this_year |sprache=en |titel=ESA’s GOCE mission to end this year |datum=2013-09-13 |zugriff=2013-10-15}}</ref>

In der Folge senkte sich die Umlaufbahn langsam ab, wobei die Lageregelung in Funktion blieb; die Erhitzung durch die Luftreibung erlaubte Studien, bis zu welcher Temperatur der Satellit noch funktionsfähig blieb. Der endgültige [[Wiedereintritt|Eintritt in die Erdatmosphäre]] erfolgte statt der erwarteten zwei Wochen erst drei Wochen später: GOCE trat am 11.&nbsp;November 2013 um 00:16 Uhr UTC in die Atmosphäre ein und verglühte während seines Flugs entlang einer Bahn über [[Sibirien]], dem [[Indischer Ozean|Indischen Ozean]], dem [[Pazifischer Ozean|Pazifischen Ozean]] und der [[Antarktis]] bis über den [[Südatlantik]].<ref>Roland Rischer: [https://www.raumfahrer.net/news/raumfahrt/11112013030816.shtml ''GOCE - Logbuch zum Missionsende (Updates)''], in Raumfahrer.net, Datum: 11./12. November 2013, abgerufen: 15. November 2013</ref>

Die Trümmerteile stürzten nahe der [[Falklandinseln]] ins Meer.<ref>{{internetquelle |autor=ESA |url=https://blogs.esa.int/rocketscience/2013/11/11/goce-re-entry-region/ |sprache=en |titel=GOCE Re-entry Region |datum=2013-11-11 |zugriff=2018-06-20}}</ref> Der Wiedereintritt konnte von den Falklandinseln aus beobachtet und photografisch dokumentiert werden.<ref>{{internetquelle |autor=ESA |url=https://spaceinimages.esa.int/Images/2013/11/GOCE_reenters_atmosphere |sprache=en |titel=GOCE reenters atmosphere |datum=2013-11-12 |zugriff=2018-06-20 |kommentar=Bild von Bill Chater}}</ref> Es wird angenommen, dass ungefähr ein Viertel der Gesamtmasse des Satelliten die [[Erdoberfläche]] erreicht hat. Schäden durch nicht vollständig verglühte Wrackteile sind nicht bekannt.<ref>{{internetquelle |autor=ESA |url=https://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/GOCE/GOCE_gives_in_to_gravity |sprache=en |titel=GOCE gives in to gravity |datum=2013-11-11 |zugriff=2018-06-20}}</ref>

== Siehe auch ==
* [[Gravity Probe]] – zwei NASA-Satelliten zum Test der allgemeinen Relativitätstheorie
* [[Satellitengeodäsie]] – Erdvermessung mittels Satelliten
* [[Bahnstörung]]en – Abweichungen der tatsächlichen Flugbahn eines Himmelskörpers von der anhand eines Modells berechneten Bahn

== Literatur ==
* A. Albertella u.&nbsp;a.: ''GOCE – The Earth Field by Space Gradiometry''. Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy 83 (2002): 1–15
* Mark Drinkwater u.&nbsp;a.: ''GOCE: Obtaining a Portrait of Earth’s Most Intimate Features.'' ESA Bulletin 133 (Feb. 2008): 4–13 ([https://www.esa.int/esapub/bulletin/bulletin133/bul133b_drinkwater.pdf PDF])
* Michael Fehringer u.&nbsp;a.: ''A Jewel in ESA’s Crown – GOCE and its Gravity Measurement Systems.'' ESA Bulletin 133 (Feb. 2008): 14–23 ([https://www.esa.int/esapub/bulletin/bulletin133/bul133c_fehringer.pdf PDF])
* Rune Floberghagen u.&nbsp;a.: ''GOCE’s Measurements of the Gravity Field and Beyond.'' ESA Bulletin 133 (Feb. 2008): 24–31 ([https://www.esa.int/esapub/bulletin/bulletin133/bul133d_floberghagen.pdf PDF])
* J. Müller: ''Die Satellitengradiometriemission GOCE: Theorie, technische Realisierung und wissenschaftliche Nutzung.'' [[Deutsche Geodätische Kommission|DGK]] Reihe C, Heft 541 (2001)
* R. Rummel: ''Satellite Gradiometry''. Tagungsbeitrag in [[Hans Sünkel]] (Hrsg.): ''Mathematical and Numerical Techniques in Physical Geodesy.'' Lecture Notes in Earth Sciences 7 (1986)

== Weblinks ==
* {{Webarchiv| url=http://www.goce-projektbuero.de/goce.html| text=GOCE-Projektbüro Deutschland| wayback=20180224133907}}
* [https://www.esa.int/esapub/bulletin/bulletin133/bul133c_fehringer.pdf A Jewel in ESA's Crown] (PDF; 1,1&nbsp;MB) ESA Bulletin Nr. 133, Februar 2008. (englisch)
* ESA: [https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/GOCE GOCE-Projektwebsite] (englisch)
* ESA: [http://www.esa.int/spaceinvideos/content/search?SearchText=GOCE&SearchButton=Go GOCE in der Multimedia Gallery der ESA] (englisch)
* ESA: [https://eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/g/goce GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer)] im eoPortal (englisch)

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Navigationsleiste Raumsonden und Satelliten der ESA}}

[[Kategorie:Forschungssatellit (Geodäsie)]]
[[Kategorie:Erdbeobachtungssatellit]]
[[Kategorie:Earth-Explorer-Mission]]
[[Kategorie:Geodäsie]]
[[Kategorie:Meereskunde]]
[[Kategorie:Raumfahrtmission 2009]]