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Sommer 2003 Satellitenmeteorologie - Sommer 2003 Satelliten Orbits Warum sind Orbits wichtig? Der Orbit kontrolliert die vom Satelliten aus sichtbare Fläche;

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Präsentation zum Thema: "Sommer 2003 Satellitenmeteorologie - Sommer 2003 Satelliten Orbits Warum sind Orbits wichtig? Der Orbit kontrolliert die vom Satelliten aus sichtbare Fläche;"—  Präsentation transkript:

1 Sommer 2003 Satellitenmeteorologie - Sommer 2003 Satelliten Orbits Warum sind Orbits wichtig? Der Orbit kontrolliert die vom Satelliten aus sichtbare Fläche; Dadurch wird auch die Ausrichtung und Projektion des Satellitenbildes bestimmt, d.h. ohne den Orbit zu kennen ist es nicht möglich die Position der Bildelemente (Pixel) auf der Erdoberfläche zu bestimmen. MISR

2 Sommer 2003 Satellitenmeteorologie - Sommer 2003 Kreisförmige Satellitenbahn Gravitationskraft: = Graviationskonstante = x Nm 2 /kg 2 Fliehkraft: Gleichsetzen der Kräfte liefert…. Winkelgeschwindigkeit: Bahn- oder Tangentialgeschwindigeit: Umlaufperiode: Sind nur von der Höhe abhängig, nicht von der Masse des Satelliten {

3 Sommer 2003 Satellitenmeteorologie - Sommer 2003 Orbital Parameter –Definitionen: Apogäum – erdfernster Punkt Perigäum – erdnächster Punkt Exzentrizität – Abweichung von einer Kreisbahn -> Geschwindigkeit fast konst. (Link)(Link) Abstand eines Satelliten vom Erdmittelpunkt: Die Position des Satelliten auf seiner Bahn wird durch (, a, e) bestimmt; Die Bahnebene wird bzgl. eines Inertialsystems durch drei weitere Parameter bestimmt: i: Inklination – Der Winkel den der Orbit mit dem Äquator hat, bestimmt auch die höchste erreichbare Breite; : Rektaszension (right ascension), Winkel zwischen x-Achse (Verbindungslinie Erde-Sonne bei Tag und Nachtgleiche und dem Schnittpunkt des aufsteigenden Astes der Bahn mit der Äquatorebene; : Winkel zwischen aufsteigendem Knoten und dem Perigäum. (Link)(Link) Die Position eines Satelliten ist also durch 6 Parameter gegeben! Satellitenbahnen sind Ellipsen

4 Sommer 2003 Satellitenmeteorologie - Sommer 2003

5 Die meisten Orbits von Umweltsatelliten sind nahezu zirkulare Orbits. Störungen können verursacht werden durch: Asphärische Graviationspotentiale (Die Erde ist keine Kugel) -> sehr wichtig: hierdurch kommt es zur Präzession. Gravitation anderer Körper (Sonne, Mond, etc.) Strahlungsdruck (Die Vikingsonde zum Mars hätte ohne Strahlungsdruckkorrektur den Mars um km verfehlt).Strahlungsdruck Bombardierung mit galaktischen Partikeln (Sonnenwind) Luftreibung, besonders wichtig unterhalb von 850 km Atmosphärischer Auftrieb Elektromagnetische Kräfte Bis auf die erste werden hierdurch zufällige Störungen der Bahn verursacht, die durch die Beobachtung und durch Nachführung des Orbits korrigiert werden können.

6 Sommer 2003 Satellitenmeteorologie - Sommer 2003 (1)Sonnen-synchroner, Polarer Orbit Die Orbitstörung durch das nicht-sphärische Gravitationsfeld kann vorteilhaft genutzt werden in dem die Inklination und die Orbithöhe so gewählt werden, dass der Orbit so präzessiert wie sich die Erde um die Sonne dreht. Ein sonnensynchroner Orbit ist also ein Orbit, für den die Orbitebene immer gleich zur Sonne bleibt und der Satellit den Äquator jeden Tag zur selben lokalen Zeit überfliegt. Der Orbit ist nicht fest, sondern er muss sich mit 1° pro Tag bewegen, um die Erddrehung um die Sonne auszugleichen. für LT für z ~ 1000 km, i ~ 98 degrees (90 degrees = North Pole)

7 Sommer 2003 Satellitenmeteorologie - Sommer 2003 Local Time: wobei:UT= Weltzeit, universal time, GMT (Greenwich Meridian Time) = Länge (Grad) Äquatorüberflugszeit (equator crossing time): wobei: N = Länge des aufsteigenden oder absteigenden Überflugs Länge der Sonne: mit folgt: = const. für sonnensynchrone Orbits, d.h. man kannn jedem Satelliten eine ETC zuordnen (Morgen-, Mittag-, Abendsatellit)

8 Sommer 2003 Satellitenmeteorologie - Sommer 2003 Komposit

9 Sommer 2003 Satellitenmeteorologie - Sommer 2003 Meteorologische Satelliten Orbits: (2) geostationärer Orbit – Der Subsatellitenpunkt ist konstant über dem Äquator, d.h. der Satellit muss genau so schnell sein, wie die Erde sich dreht. Kepler's 3tes Gesetz: T 2 = 4 2 / M(r + z) 3 T = Periode = Gravitationskonstante M = Masse der Erde r = Radius der Erde z = Höhe des Satelliten Lösung für z bei gegebenen T = 24 hrs z = 35,800 km

10 Sommer 2003 Satellitenmeteorologie - Sommer 2003 Die Welt im Griff Neuestes Komposit Eine kleine Weltreise…

11 Sommer 2003 Satellitenmeteorologie - Sommer 2003

12 Zusammenfassung: LEO = Low Earth Orbit km MEO= Medium Earth Orbit km GEO = Geostationary Orbit ~36000 km Polare Orbits, je niedriger die Orbithöhe desto: Kürzer die Periode Geringer die Abdeckung der Oberfläche Stärker das Signal Besser die räumliche Auflösung Größer die Reibung und kürzer die Lebenszeit

13 Sommer 2003 Satellitenmeteorologie - Sommer 2003 Spezielle Orbits Beispiel: TOPEX/POSEIDON (USA, Frankreich, 1992)TOPEX/POSEIDON Oberflächenhöhe (Änderungen z.B. durch Tide) mit 13 cm Genauigkeit;Oberflächenhöhe Weil die Sonne dies antreibt macht ein sonnensynchroner Orbit keinen Sinn. Man würde immer dasselbe messen; Ziel war ein equidistantes Gitter von Überflügen zu haben; Die Überflüge sollten sich mit einem Winkel von 45° schneiden, so dass man die Neigung der Oberfläche in Ost-West und Nord- Süd Richtung messen kann (polare und tropische Orbits kommen nicht in Frage); Hohe Breiten sollen auch betrachtet werden; Ergebnis: Orbit in 1334km Höhe, Inklination=66°, das sorgt für 45° Schneidewinkel in 30° Breite

14 Sommer 2003 Satellitenmeteorologie - Sommer 2003 Beispiel: Satellit der das Schwerefeld der Erde vermisst, GRACEGRACE Das Schwerefeld hängt nur von der internen Struktur ab, so dass ein sonnensynchroner Orbit nicht notwendig ist; Der Satellit sollte der Erde so nah wie möglich sein, um auch kleine Änderungen des Schwerefeldes detektieren zu können; Ein optimaler Orbit ist in ~160 km Höhe mit einer Inklination von 90° (noch tiefer und er würde verglühen).

15 Sommer 2003 Satellitenmeteorologie - Sommer 2003 Geo + Tropical Orbit

16 Sommer 2003 Satellitenmeteorologie - Sommer 2003 Ein paar reale Orbitsreale Orbits

17 Sommer 2003 Satellitenmeteorologie - Sommer 2003 Observational Geometry Satellite Flight direction x y z Earth Scanline Groundtrack Subsatellite point simple nadir viewing: no scanning looks vertical downwards limited coverage good horizontal resolution Cross Track Scanning: simple scanning, achieved by changing the roll (x-axis) or scanning mirror rotate through pixels circular scanning: achieved by changing the yaw (z-axis) or using scanning mirror sweeps out an arc along track scanning (or line imaging) achieved by changing the pitch (y-axis) or using a 2-D detector array, with the forward motion of the satellite giving the second dimension side scanning: achieved by changing the roll about a non-zero angle or using the scanning mirror used in radar observations with an antenna on satellite loses horizontal resolution limb scanning: used in atmospheric sounding worst horizontal resolution, but good vertical resolution


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