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Monster-Satellit

Earthcare soll Rätsel des Temperaturanstiegs lösen

Immenstaad / Lesedauer: 6 min

Die Temperaturen auf der Erde steigen an. Die Frage ist, wie stark. Der neue Mega-Satellit vom Bodensee könnte das Rätsel lösen. Mit VIDEO.
Veröffentlicht:02.02.2024, 15:00

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Die Temperaturen steigen weltweit an. Die entscheidende Frage ist, wie stark? Der Wissenschaft fehlt zur Berechnung und Vorhersage vor allem ein entscheidendes Puzzleteil: Genaue Informationen zum Einfluss von Wolken und Aerosolen auf den Klimawandel.

Forschungsteams in der ganzen Welt setzen jetzt auf hochkomplexe Daten, die der rekordverdächtige Earthcare bald liefern soll. Den rund eine Milliarde Euro teuren Erdbeobachtungssatelliten hat Airbus Defence & Space in Immenstaad im Auftrag der japanischen und europäischen Weltraumbehörde integriert.

Wolkenbildung beeinflusst Temperaturanstieg

„Schon Mitte der 90er-Jahre wurde erkannt, dass die Wolkenbildung einen ganz entscheidenden Einfluss auf die Vorhersage des Temperaturanstiegs hat“, sagt Maximilian Sauer, Projektleiter Earthcare bei Airbus. Man gehe zwar aktuell davon aus, dass die Durchschnittstemperatur bis zum Jahr 2100 um drei Grad steige. Fairerweise müsse man aber sagen, es könnten auch zum Beispiel fünf Grad oder nur ein Grad sein.

Raumsonde soll Wolken und deren Einfluss auf Strahlung in der Erdatmosphäre untersuchen. Die Daten sollen der Wissenschaft helfen, den Klimawandel zu verstehen.

Der Fehlerbalken in der Berechnung sei relativ groß. „Grund ist der Einfluss von Wolken und Aerosolen auf das Klima“, sagt der Luft-und-Raumfahrt-Ingenieur. Wie entstehen Wolken, aus was bestehen sie, wie viele Aerosolpartikel enthalten sie, wie stark reflektieren sie Sonnenlicht, wie stark lassen sie es durch?

Sieht ein bisschen aus wie das Raumschiff Enterprise: Weil Earthcare nur auf einer Höhe von 400 Kilometern fliegt, hat es ein Design, das möglichst wenig Luftwiderstand bieten soll. Der Satellit ist außerdem in eine weiße Folie eingepackt.
Sieht ein bisschen aus wie das Raumschiff Enterprise: Weil Earthcare nur auf einer Höhe von 400 Kilometern fliegt, hat es ein Design, das möglichst wenig Luftwiderstand bieten soll. Der Satellit ist außerdem in eine weiße Folie eingepackt. (Foto: Airbus)

„Earthcare soll ganz entscheidend mithelfen, diese Fragen zu beantworten“, sagt Sauer. Die Wissenschaft hoffe also, dass der Fehlerbalken mit den Daten des neuen Satelliten deutlich kleiner wird.

Wolken verstehen

„Wolken haben in den letzten Jahrhunderten zu Kühlung beigetragen“, sagt René Kleeßen vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), gerade auch durch die zunehmende Verschmutzung der Luft mit Aerosolen. Kohlenstoff oder Schwefeldioxid spielten dabei eine Rolle. Die Wechselwirkung der Temperaturveränderung mit den Wolken samt Aerosolen sei aber „eine große Unbekannte“.

Der Earthcare-Satellit steht im Reinraum von Airbus Defence and Space in Immenstaad. Im Mai soll er von der amerikanischen Militärbasis Vandenberg aus ins All geschossen werden.
Der Earthcare-Satellit steht im Reinraum von Airbus Defence and Space in Immenstaad. Im Mai soll er von der amerikanischen Militärbasis Vandenberg aus ins All geschossen werden. (Foto: dpa)

Im Gegensatz zum Einfluss von Treibhausgasen: „Wenn wir eine gewisse Menge zusätzlich an CO2 emittieren, wird sich die Temperatur um so und soviel verändern.“. Bei den Wolken und Aerosolen sei das eben nicht klar. „Das Wolkenbild wird sich im Zuge des Klimawandels verändern“, sagt Kleeßen. „Es ist deshalb so wichtig, dass wir die Wolken verstehen, dafür ist Earthcare da“.

200 Communities warten auf Daten

Earthcare (kurz für Earth Clouds, Aerosols and Radiation Explorer) ist ein Kooperationsprojekt der japanischen (JAXA) und der Europäischen (ESA) Weltraumagenturen. Weltweit seien 200 Wissenschaftsgemeinschaften an den Daten interessiert, die wichtigsten davon sind in Deutschland und Japan angesiedelt.

Seit 2008 arbeitet der Airbus-Konzern konkret am Earthcare-Projekt, „da braucht man einen langen Atem“, sagt Sauer, der seit 2012 dabei ist und 2017 zum Chef des Projektes aufstieg.

Seitdem gab es viele technische Probleme, dazu kamen Corona und der Ukraine-Krieg. Dennoch laute die Rückmeldung aus der Wissenschaft: „Wir brauchen die Daten mehr denn je“. Die Fragen rund um den Einfluss der Wolken auf die Temperatur seien weiter offen.

Earthcare hat Monster an Bord

Earthcare arbeitet mit zwei aktiven Instrumenten, einem hochmodernen Radar (CPR) aus Japan und einem Laser (ATLID), „eines der komplexesten optischen Instrumente, das je gebaut wurde“, sagt Sauer, es wurde bei Airbus in Toulouse entwickelt. Aktiv heißt, es werden Signale in die Wolken geschickt und reflektierte Daten wieder aufgefangen.

Mit vier Instrumenten misst Earthcare die Wolkenschicht über die Erde. Der Satellit fliegt mit 28 000 Km/h auf einer Höhe von 400 Kilometern um die Erde.
Mit vier Instrumenten misst Earthcare die Wolkenschicht über die Erde. Der Satellit fliegt mit 28 000 Km/h auf einer Höhe von 400 Kilometern um die Erde. (Foto: Airbus )

Der Laserstrahl erzeuge rund 100 Millionen Photonen, die Wolke reflektiere davon nur 30: „extrem komplexe Optiken und extrem sensitive Dedektoren“ seien dafür nötig. „ATLID ist ein Technik-Monster“, sagt Sauer.

Vier Instrumente auf einen Punkt gerichtet

Dazu kommen zwei Kameras (BBR/MSI), in England gebaut, die die Wolken fotografieren. Alle vier Instrumente arbeiten auf dem Satelliten zusammen. Das ist ein absolutes Novum und das Besondere an Earthcare: „Alle Instrumente schauen zum gleichen Zeitpunkt auf die gleiche Stelle der Wolken“, sagt Sauer. Davon, und auch vom technologischen Sprung bei den Instrumenten, erhoffe man sich die verbesserten Daten.

In 90 Minuten um die Erde

Der Satellit fliegt mit 28 000 Km/h auf einer Höhe von 400 Kilometern (etwa in gleicher Höhe mit der Weltraumstation ISS). Alle 90 Minuten umkreist Earthcare die Erde und sammelt dabei gigantische Datenmengen. Er kann diese mit einer maximalen Datenrate von 1000 Megabit pro Sekunde schicken. Pro Erdumrundung hat er etwa 15 Minuten Kontakt mit der Bodenstation.

Um die Daten von Earthcare zu überprüfen, „machen wir umfangreiche Validierungsmessungen“, sagt Silke Groß vom DLR. Mit dem Forschungsflugzeug Halo, einem umgebauten Business-Jet, fliegt man dabei auf einer Höhe von maximal 15 Kilometern genau unter dem Earthcaresatelliten her, aber ebenfalls über den Wolken. Dazu kommen weitere Messungen vom Boden aus und von Flugzeugen, die in die Wolken fliegen. Dabei soll auch die Konzentration von Aerosolen in den Wolken oder die Größe von Eispartikeln gemessen werden.

75 Firmen beteiligt

Ein Industriekonsortium von etwa 75 Firmen weltweit, größtenteils aber aus Europa, habe unter der Führung und Koordination von Airbus Immenstaad an dem Projekt zusammengearbeitet. Tausende Ingenieure, Techniker und Wissenschaftler haben sich laut Sauer schon mit Earthcare beschäftigt.

Am Ende liefen alle Fäden am Bodensee zusammen, wo der Satellit in Europas größtem Reinraum integriert wurde. Rund 80 bis 100 Airbus-Leute waren zuletzt am Projekt beteiligt. Airbus ist auch für die Testphase verantwortlich und dafür, den Satelliten jetzt an den Start zu bringen und im Orbit in Betrieb zu nehmen.

800 Millionen Euro von der ESA

Die ESA gibt für die Mission 800 Millionen Euro aus. Man geht aber davon aus, dass Earthcare inklusive des japanischen Radars rund eine Milliarde Euro kostet. Nicht nur die Kosten, auch die lange Entwicklungszeit und letztlich der mit vier Instrumenten vollgepackte Satellit machen ihn laut Airbus zum bislang komplexesten und größten im Bereich der sogenannten Earth-Explorer.

Space-X-Rakete statt Sojus

Eigentlich hätte Earthcare schon im Oktober mit einer russischen Sojus-Trägerrakete vom europäischen Weltraumbahnhof Kuru aus starten sollen, sagt Sauer. Darauf war der Satellit ausgelegt. Im Zuge des Ukraine-Krieges stand Sojus nicht mehr zur Verfügung. Jetzt soll der Satellit nach abschließenden Tests im Mai vom kalifornischen Vandenberg aus mit einer SpaceX-Rakete ins All geschossen werden.

Mit einem 30-köpfigen Team begleitet Sauer ab März den Start in den USA. Bis November dauert die Einrichtung des Satelliten im All, dann soll Earthcare die ersten, von den Wissenschaftlern heiß ersehnten, Daten liefern. Die Mission soll mindestens drei Jahre lang dauern. Sie ist vor allem durch den Treibstoff begrenzt.

18 Meter lang im All

Da Earthcare auf einer relativ niedrigen Höhe von etwa 400 Kilometern um die Erde rast, brauche er wegen des dort vorhandenen Restsauerstoffes ein spezielles Design, um möglichst wenig Luftwiderstand zu bieten. Ebenfalls wegen der Flughöhe sei der Satellit weiß, sagt Sauer, er ist in eine spezielle Folie eingepackt (Beta Cloth), die gegen atomaren Sauerstoff resistent ist. Vollgetankt wiegt Earthcare 2,2 Tonnen. Der Satellit ist beim Start etwa 4 mal 2,5 mal 3,5 Meter groß, entfaltet aber im Weltraum ein 14 Meter langes Solarpanel für die Stromgewinnung und wächst somit auf eine Gesamtlänge von 18 Metern.