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2025-09-24T18:05:38Z

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{{Infobox Satellit
|name = GRACE
|typ = [[Forschungssatellit]]
|bild = GRACE spacecraft model 2.png
|land = {{USA}}<br />{{DEU}}
|behörde = {{NASA}}<br />{{DLR}}
|nssdc_id = 2002-012A/B
|bahn_höhe = 450–500 km
|apogäum =
|perigäum =
|bahn_neigung = 89°
|bahn_umlaufzeit = 94,5 min
|exzentrizität = 0,0018185786
|start = 17. März 2002
|startplatz = [[Kosmodrom Plessezk]]
|trägerrakete = [[Rokot]]
|status = verglüht<ref>Stuart Clark: [https://www.theguardian.com/science/2017/sep/28/spacewatch-twin-research-satellites-grace-burn-out Spacewatch: twin research satellites head for burn-out], [[The Guardian]] vom 28. September 2017, abgerufen am 13. März 2018</ref> – Follow-On-Mission aktiv
}}

Der Doppelsatellit '''Gravity Recovery and Climate Experiment''' ([[Apronym]]: '''GRACE''') ist ein Projekt zur genauen Bestimmung des [[Schwerefeld#Erdschwerefeld|Erdschwerefeldes]] in einer [[Satellitenorbit#Low Earth Orbit (LEO)|niedrigen Umlaufbahn]]. Das 2002 gestartete Projekt wurde 2018 mit neuen Satelliten als '''GRACE-FO''' fortgesetzt. Eine weitere Verlängerung ist für 2028 mit '''GRACE-C''' geplant.

Die GRACE-[[Satellit (Raumfahrt)|Satelliten]] stehen in der Nachfolge der Vorgängermission [[CHAMP]], die im Jahr 2000 gestartet wurde. Sie basieren auf dem von [[Astrium]] entwickelten Flexbus-Konzept, das eine relativ kostengünstige und schnelle Fertigung der Satelliten ermöglicht.

== Mission ==
[[Datei:Kleinsatellit.GRACE.Modell.GFZ.jpg|mini|Modell des Kleinsatelliten GRACE im Maßstab 1:20, [[GeoForschungsZentrum]]]]

Die [[Satellit (Raumfahrt)|Satelliten]] wurden am 17. März 2002 mit einer [[Rokot]]-Trägerrakete vom [[Kosmodrom Plessezk]] (Nordrussland) aus in eine nahezu [[Polarbahn|polare]] und kreisförmige Umlaufbahn mit einer [[Bahnneigung|Inklination]] von 89° und einer Anfangshöhe von 500 km gestartet. Die Satelliten arbeiten nach dem SST-Prinzip ''([[Satellite-to-Satellite Tracking]])'': Sie umrunden die Erde auf derselben (genauer: korrelierten) Umlaufbahn in etwa 200 km Abstand und [[Elektronische Distanzmessung|messen mit Mikrowellen]] kontinuierlich die gegenseitige Distanz. Dadurch lassen sich Unregelmäßigkeiten des Schwerefeldes mit hoher Präzision analysieren, obwohl die [[Schwereanomalie]]n in einigen hundert Kilometern Höhe schon deutlich schwächer sind als an der Erdoberfläche.

Wenn sich der erste Satellit beispielsweise einer Region mit erhöhter Schwerkraft annähert, wird er dadurch geringfügig beschleunigt (im Vergleich zu einer [[Bahnstörung|ungestörten Bahn]]) und der Abstand der beiden vergrößert sich. Gelangt der zweite Satellit an diese Stelle und erfährt nun seinerseits die Beschleunigung, verringert sich die Distanz der beiden wieder in typischer Weise. Aufgrund dieses quasi gegenseitigen Verfolgens, aber nie Einholens erhielten die Satelliten die Spitznamen [[Tom und Jerry|„Tom“ und „Jerry“]].

Aufgrund von Batterieproblemen wurde im Oktober 2017 das Ende der Mission geplant, GRACE-2 verglühte infolgedessen am 24. Dezember 2017 und GRACE-1 am 10. März 2018.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.jpl.nasa.gov/news/prolific-earth-gravity-satellites-end-science-mission |titel=Prolific Earth Gravity Satellites End Science Mission |sprache=en-US |abruf=2023-05-11}}</ref>

== Technik ==
Das Projekt wurde vom [[Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt|DLR]] und dem [[National Aeronautics and Space Administration|NASA]]/[[Jet Propulsion Laboratory|JPL]] in Kooperation entwickelt und verspricht in einigen Jahren eine Kenntnis des globalen [[Geoid]]s auf etwa einen Zentimeter – etwa fünf- bis zehnmal genauer als mit bisherigen Methoden der [[Satellitengeodäsie]]. Allerdings ist die räumliche Auflösung durch die Flughöhe von etwa 470 km auf etwa 150 km beschränkt, sodass sich Flug- und terrestrische [[Gravimetrie (Geophysik)|Gravimetrie]] bzw. die [[astrogeodätisch]]e Geoidbestimmung noch nicht erübrigen. Zusammen mit letzteren könnte das Geoid in einigen Jahren auch regional und lokal auf Zentimetergenauigkeit ermittelt werden; dies wäre notwendig, um das geowissenschaftliche Potenzial von [[Differential Global Positioning System|dGPS]] voll zu nutzen.

Die beiden Satelliten waren für eine Lebensdauer von fünf Jahren ausgelegt. Nach über zehn Jahren in der Umlaufbahn altern jedoch die Bauteile, so können die Satelliten beispielsweise auf der Nachtseite der Erde keine Daten mehr aufnehmen, weil ohne Sonneneinstrahlung die Batterien dazu nicht genügend Energie liefern.<ref>{{Internetquelle |autor=Stephen Clark |url=https://www.spaceflightnow.com/news/n1212/02grace/ |titel=NASA procures satellites for new gravity mission |hrsg=Spaceflight Now |datum=2012-12-02 |sprache=en |abruf=2012-12-03}}</ref>

== Daten ==
[[Datei:Modell.Potsdamer.Kartoffel.jpg|mini|Dreidimensionales Modell der [[Potsdamer Kartoffel]] (2017), [[GeoForschungsZentrum]]]]

Die wissenschaftliche Auswertung erfolgt am CSR (Center for Space Research<ref>[https://www.csr.utexas.edu/ Homepage]</ref>) der [[Universität Texas]] sowie am [[Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum|GeoForschungsZentrum Potsdam]] (GFZ). Bekannt wurde die Visualisierung der Schwerefeld-Anomalie der Erde durch das GFZ als „Potsdamer Kartoffel“, wobei hier noch Daten anderer Satelliten und terrestrische Messdaten einfließen. Da die Anomalien aus didaktischen Gründen gegenüber der Globus- oder Ellipsendarstellung der Erde stark übertrieben sind, erinnert dieses Erdmodell mit seinen Beulen und Dellen an eine Kartoffel.

GRACE ermöglicht es auch, aus den angesammelten Messdaten Änderungen des Geoids mit hoher Präzision festzustellen. Dadurch kommen neue Aspekte der [[Geodynamik]] und unabhängige Untersuchungsmethoden für [[Ozeanografie]] und evtl. [[Klimawandel]] ins Visier der Wissenschaftler. Ein Vergleich der Daten mit denen des im März 2009 gestarteten [[Gradiometrie]]-Satelliten [[Gravity field and steady-state ocean circulation explorer|GOCE]] ist in Arbeit.

Die Messdaten von GRACE wiesen nach, dass sich die Antarktis-Eismasse innerhalb von drei Jahren um ca. 150 km³ verringert hat, was einem Anstieg des [[Meeresspiegel]]s um 0,4 mm pro Jahr entspricht. Auch konnten Mengenänderungen des [[Grundwasser]]s bestimmt werden. Weiterhin stellt GRACE kontinuierlich seit Mai 2006 präzise Informationen über globale Temperatur- und Wasserdampfverteilungen bereit. Diese werden mit der innovativen [[Global Positioning System|GPS]]-[[Radio-Okkultation|Radiookkultationsmethode]] zur Atmosphärenfernerkundung in Analogie zu den CHAMP-Messungen ermittelt.

Ferner werden die Daten nochmals analysiert von einer QUEST genannten Kooperation mehrerer Institute der [[Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover]], dem [[Laser Zentrum Hannover]], dem [[GEO600]], der [[Physikalisch-Technische Bundesanstalt|PTB Braunschweig]] und dem Bremer [[ZARM]] mit den Zielen, die Modelle weiterzuentwickeln und Fehlsignale zu minimieren.<ref>[https://www.ife.uni-hannover.de/index.php?id=quest_general The institute of geodesy in the cluster of excellence QUEST]</ref>

Von GRACE-FO seit 2018 gesammelte Daten bestätigten einen fortgesetzten [[Folgen der globalen Erwärmung in der Arktis#Massenverlust Grönland|Massenverlust Grönlands]] wie auch der Antarktis.<ref>[https://climate.nasa.gov/vital-signs/ice-sheets/ Ice Sheets]</ref>

== GRACE-FO ==
[[Datei:Reflexionsprisma.GRACE-FO.jpg|mini|[[Reflexionsprisma]] ([[Carl Zeiss Jena (Unternehmen)|Carl Zeiss Jena]] (2016)) für die GRACE-FO-Mission, [[GeoForschungsZentrum]]]]
[[Datei:GRACE-FO Launch (NHQ201805220019).jpg|mini|Start von GRACE-FO an Bord einer Rakete vom Typ SpaceX Falcon 9]]

Die Nachfolgemission „GRACE Follow-On“ (GRACE-FO) vermisst neben der Mikrowellen-Messung zusätzlich die Abstandsänderungen der Satelliten [[Laserinterferometer|laserinterferometrisch]]. Die Fertigung der beiden Satelliten, die am 22. Mai 2018<ref name="spacex-tw">{{Webarchiv |url=https://twitter.com/SpaceX/status/999017028466786305 |text=SpaceX's tweet confirming successful deployment of the GRACE-FO satellites |wayback=20180522200505}}</ref> gestartet wurden, erfolgte bei [[Astrium]].<ref>{{Webarchiv |url=https://www.gfz-potsdam.de/veranstaltungen/detail/article/astrium-baut-zwei-neue-forschungssatelliten-fuer-nasa/ |text=Astrium baut zwei neue Forschungssatelliten für NASA |wayback=20180523065200}}</ref> Sie umkreisen die Erde in 500 km Höhe im Abstand von 220 km voneinander. Instrumenteller Kern ist ein Messinstrument im [[Frequenzband#Mikrowellenbereich|Mikrowellenbereich K]]. Zugleich dient das Laserinterferometer des GRACE-FO der Technologiedemonstration für [[Laser Interferometer Space Antenna|eLISA]]. Kooperationspartner sind in diesem Projekt das [[Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik|Albert-Einstein-Institut Hannover]], das Beiträge zum Laserinterferometer lieferte, das [[Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum]], das unter anderem ermittelte Daten auswertet, und die NASA, deren [[Jet Propulsion Laboratory]] koordinierende Aufgaben hat und die Umsetzung des Projekts am [[Goddard Space Flight Center]] überwacht.<ref>{{Webarchiv |url=https://www.aei.mpg.de/179419/04_Grace_Follow-on |text=Grace Follow-On |wayback=20170312044222 |archiv-bot=2025-03-19 14:41:57 InternetArchiveBot}}</ref><ref>{{Webarchiv |url=http://www.gfz-potsdam.de/sektion/globales-geomonitoring-und-schwerefeld/themen/entwicklung-betrieb-und-auswertung-von-schwerefeld-satellitenmissionen/grace-fo/ |text=Gravity Recovery and Climate Experiment-Follow-On (GRACE-FO) Mission |wayback=20170312070545 |archiv-bot=2025-03-19 14:41:57 InternetArchiveBot}}</ref><ref>[https://gracefo.jpl.nasa.gov/news/?newsid=42 First GRACE Follow-On Satellite Completes Construction]</ref> GRACE-FO ist die einzige Mission im Weltraum, die Massentransporte im System Erde kontinuierlich beobachten kann.<ref>Marie Heidenreich: [https://web.archive.org/web/20181006020235/https://www.bundesregierung.de/breg-de/themen/buerokratieabbau/satelliten-vermessen-den-welt-wasserhaushalt-1512500 Satelliten vermessen den Welt-Wasserhaushalt], [[bundesregierung.de]] vom 9. Juli 2018, abgerufen am 15. August 2018</ref>

== GRACE-C ==
Im März 2024 wurde von NASA und DLR beschlossen, die Mission ein zweites Mal zu verlängern. Der Name GRACE-C steht dabei für „Continuity“, womit die Konstanz der über zwanzigjährigen Messreihen zu den globalen Massentransporten gemeint ist. Deutsche Beteiligte sind weiterhin das Geoforschungszentrum in Potsdam sowie das MPI für Gravitationsphysik in Hannover. Die beiden Satelliten werden im Auftrag des Jet Propulsion Laboratory der Nasa bei Airbus in Friedrichshafen gebaut. Der Start ist für das Jahr 2028 mit einer Falcon-9-Rakete des US-Raumfahrtunternehmens SpaceX geplant. Die Missionskontrolle soll wieder das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum GSOC beim DLR in Oberpfaffenhofen übernehmen.<ref>{{Internetquelle |autor=DLR/RK |url=https://pro-physik.de/nachrichten/kopie-vierze |titel=Umwelt-Mission Grace geht in die Verlängerung |werk=pro-physik.de |hrsg=Wiley-VCH GmbH |datum=2024-03-20 |sprache=de |abruf=2024-05-04}}</ref>

== Siehe auch ==
* [[Entfernungsmessung]], [[Bahnbestimmung]]
* [[Potentialtheorie]], [[Höhenmessung]]

== Weblinks ==
{{Commonscat|Gravity Recovery And Climate Experiment}}
* [https://www.dlr.de/de/ar/themen-missionen/erde-klima/missionsarchiv-erde-und-klima/grace Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt – GRACE]
* [https://www.csr.utexas.edu/missions/grace/ The University of Texas at Austin – GRACE] (englisch)
* [https://www.gfz.de/sektion/globales-geomonitoring-und-schwerefeld/projekte/abgeschlossene-projekte/grace-gravity-recovery-and-climate-experiment-mission German Research Centre for Geosciences – GRACE] (englisch)
* [https://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/3093927.stm BBC News – 'Potato' Earth's deep secrets] (englisch)
* {{NSSDCA|2002-012A|GRACE 1}}
* {{NSSDCA|2002-012B|GRACE 2|nlink=0}}
* [http://www.planeterde.de/geotechnologien/aus-der-praxis/paarlauf-in-der-erdbahn/ „Paarlauf in der Erdbahn“ – Artikel zu GRACE auf dem Geowissenschaften-Portal planeterde]
* [https://www.heavens-above.com/ Weblink zu Orbit und Sichtbarkeit von Satelliten (Die GRACE-Satelliten sind zwei Mal pro Jahr mit bloßem Auge sichtbar)] 
* astronews.com: [https://www.astronews.com/news/artikel/2017/03/1703-012.shtml 15 Jahre das Erdschwerefeld im Blick] 15. März 2017

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Navigationsleiste Earth Observing System}}
{{Navigationsleiste Raumsonden und Satelliten des DLR}}

[[Kategorie:Earth Observing System]]
[[Kategorie:Erdbeobachtungssatellit]]
[[Kategorie:Forschungssatellit (Geodäsie)]]
[[Kategorie:Deutsche Raumfahrt]]
[[Kategorie:Raumfahrtmission 2002]]

GRACE - Versionsgeschichte

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