FOR 1503:  Space-Time Reference Systems for Monitoring Global Change and for Precise Navigation in Space

• Subject Area: Geosciences ; Physics
• Term: from 2011 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 165956021

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

Die Zielsetzung der Forschergruppe FOR 1503 war die Entwicklung von integrativen Methoden und Prozessen, die es erlauben raumzeitliche Referenzsysteme für die Überwachung des Globalen Wandels und für präzise Navigation im Weltraum konsistent zusammenzuführen. Dabei geht es primär um die Gruppe der Referenzsysteme vom himmelsgebundenen, quasi-inertialen System über dynamische Systeme hin zu körperfesten, d.h. hier mondfesten und erdfesten, Systemen. Um das vorliegende geodätische und astronomische Beobachtungsmaterial, das bezogen auf die Erde zum Teil eine Genauigkeit von wenigen Millimetern hat, in einen konsistenten Gesamtzusammenhang zu bringen, war es notwendig, sowohl die theoretischen Grundlagen als auch die praktischen Realisierungen einer grundlegenden Überarbeitung zu unterziehen. In insgesamt sieben Projekten wurden deshalb das himmelsfeste Referenzsystem, baryzentrische Planetenbahnparameter, mondbezogene Systeme und satellitenbasierte dynamische Referenzsysteme einerseits sowie erdbezogene Systeme andererseits weiterentwickelt und Ansätze für eine konsistente Zusammenführung erarbeitet. An zentraler Stelle der Ergebnisse steht die Realisierung einer ersten gemeinsamen und konsistenten Schätzung des himmelsfesten und erdfesten Referenzrahmens zusammen mit den dazugehörigen Erdorientierungsparametern auf der Basis von homogen reprozessierten Zeitreihen der Beobachtungen verschiedener weltraum-geodätischer Verfahren (Very Long Baseline Interferometry, präzises GNSS, Satellite Laser Ranging) über 11 Jahre hinweg mit Millimetergenauigkeit. Für zukünftige Arbeiten dieser Art ist auf den Ko-lokationsstationen der Einsatz stabilisierter und verlustfreier Zeit- und Frequenzverteilsysteme ratsam, für die am Geodätischen Observatorium Wettzell ein Prototyp entwickelt und erfolgreich getestet wurde. Weitere Schritte in Richtung einer Gesamtverbesserung der globalen Referenzsysteme sind die Realisierung des geodätischen Datums aus einer Vielzahl von Satelliten unterschiedlicher Bahncharakteristiken, die zu einer signifikanten Stabilisierung der Datumsparameter führt, sowie die erstmalige Erstellung eines rigoros kombinierten Positionskatalogs kompakter extra-galaktischer Radioquellen mit voller Kovarianzmatrix über alle Positionen und Beobachtungsfrequenzen hinweg. Die Bewegungen der Körper im Sonnensystem wurden mit Hilfe einer vollständigen Sammlung aller planetaren Beobachtungen und einer Zusammenführung aller relevanten gravitativen Interaktionen zwischen den wichtigsten Körpern des Sonnensystems modelliert. Im Erde-Mond-System wurde ein eigenständiges Modell für die Berechnung der Bahnparameter des Lunar Reconnaissance Orbiters (LRO) entwickelt, mit dem erstmalig eine unabhängige Validierung der NASA science orbits gelang. Außerdem wurde ein mondweiter Referenzrahmen basierend auf Altimetermessungen des LRO Mondorbiters und einer Beleuchtungssimulation der lunaren Polgebiete für zukünftige Landemissionen berechnet. Für differentielle VLBI-Beobachtungen zwischen Quasaren und Raumsonden im Nahfeld konnte ein Algorithmus für die Planung dieser Beobachtungen entwickelt und die Wirkung der frame ties erfolgreich untersucht werden.

Publications

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