Beobachtung und Modellierung von Weltraumwettererscheinungen mit innovativen Satellitenverfahren

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Wickert
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre ; Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468463584

Die Ionosphäre und die Thermosphäre bilden die Schnittstelle zwischen der Erdatmosphäre und der dem erdnahen Weltraum und zugleich auch die Umgebung für den Betrieb von Satelliten in erdnahen Umlaufbahnen (engl. LEO, Low Earth Orbit). Ionosphärisches Plasma kann Radiosignale beeinflussen, die für die Satellitennavigation verwendet werden und dabei zu signifikanten Positionierungsfehlern führen. Irregularitäten in der Plasmaverteilung wiederum verursachen Beugung und Szintillation der Signale, was in schweren Fällen Störungen der Satellitenkommunikation und der Navigationsdienste hervorruft. Die Bremskraft auf Satelliten im Thermosphärenbereich, die durch die Restatmosphäre erzeugt wird, ist eine der größten Störkräfte, die den Satellitenbetrieb und die Missionslebensdauer einschränken. Mit dem wachsenden Interesse an Satellitenkonstellationen für Beyond 5G (B5G) -Kommunikationsnetze und der Ausweitung der globalen Satellitennavigationssysteme (GNSS) zur Positionierung für immer mehr und breitere Anwendungen mit zunehmender Präzision ist das Verstehen der genauen Auswirkungen der Ionosphäre auf die Satellitenkommunikation und der Thermosphäre auf den Satellitenbetrieb im erdnahen Orbit wichtiger denn je. Das vorgeschlagene gemeinsame deutsch-taiwanesische Projekt wird ganz wesentlich zum besseren Verständnis dieser Auswirkungen durch eine gemeinsame Analyse von Satelliten- und Boden-beobachtungen begegnen. Wir werden das Auftreten, die Vorbedingungen und die Auswirkungen der ionosphärischen Szintillation und die thermosphärisch verursachten Störungen von Satellitenbahnen im erdnahen Orbit genauer untersuchen. Ionosphärische Beobachtungen der Satellitenkonstellationen FORMOSAT-3/COSMIC-1, FORMOSAT-7/COSMIC-2 und Swarm aus Taiwan/USA und Europa sowie der Kleinsatelliten IDEASSat aus Taiwan werden zur Untersuchung ionosphärischer Plasmaverteilungen und -störungen, elektrischer Felder und Ströme sowie von GNSS-Amplituden-Szintillationsindizes genutzt. Die Bahnlösungen des GNSS-Empfängers von IDEASSat werden verwendet, die durch Restatmosphärenwiderstand verursachten Bahnstörungen zu bestimmen. Zusätzlich werden Möglichkeiten untersucht, mit den GNSS-basierten Bahndaten zukünftiger Kleinsatellitenkonstellationen thermosphärische Neutralgasdichten in hoher raumzeitlicher Auflösung zu bestimmen. Das vorgeschlagene Projekt basiert auf einer langjährigen und komplementären Expertise der Projektpartner beim Verständnis der regulären und gestörten Ionosphäre, sowie bei der wissenschaftlichen Nutzung von Beobachtungsdaten der Thermosphäre/Ionosphäre der o.g. taiwanesischen/U.S.-amerikanischen und europäischen Satellitenplattformen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Taiwan
• Partnerorganisation: National Science and Technology Council (NSTC)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jann-Yenq Liu