Die bei GRACE, GRACE-FO und Nachfolgemissionen beteiligten Raumfahrtagenturen
Satellitenmissionen werden im Regelfall von einer oder mehreren Raumfahrtbehörden wie die Raumfahrtagentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR RFA), der Europäischen Weltraumbehörde ESA oder der amerikanischen NASA geplant, realisiert und betrieben. Im Falle von GRACE-FO hat auf deutscher Seite ausnahmsweise das GFZ diese Aufgaben übernommen. Die notwendige Finanzierung für die deutschen Anteile der bisherigen und geplanten GRACE-Missionen stammte bzw. stammt primär von den Bundesministerien für Bildung und Forschung BMBF und für Wirtschaft und KlimaIm Unterschied zum Wetter, das sich auf tagesaktuelle oder sehr kurzfristige Ereignisse bezieht, meint Klima einen mittleren Zustand in der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum von 30 bis 40 Jahren hinweg. Beobachtet werden dabei alle Vorgänge...schutz BMWK sowie aus erheblichen Eigenanteilen vom GFZ und der Max-Planck-Gesellschaft MPG (GRACE-FO und GRACE-C).
GRACE
Foto: DLR
Die Realisierung von GRACE wurde 1998 zwischen DLR RFA und der NASA in einem Memorandum of Understanding (MOU) formell beschlossen. In diesem MOU wurden die Verantwortlichkeiten für die deutsche und amerikanische Seite aufgezählt und in einem parallel entwickelten Cooperative Project Plan (CPP) in der Folge detailliert. Für GRACE war DLR RFA dabei verantwortlich u.a. für die Realisierung und Durchführung des Missionsbetriebs, die Bereitstellung der Startrakete und Beiträge zur wissenschaftlichen Auswertung der Daten. Die NASA hatte die Gesamtmissionsverantwortung und war zuständig u.a. für das Design, den Bau und notwendige Tests der beiden Satelliten und der verschiedenen Instrumente und Beiträge zur wissenschaftlichen Auswertung der Daten.
Weitere Bestandteile des MOUs waren beispielsweise finanzielle Vereinbarungen, die Festlegung des Gesamtzeitplans und wichtiger Meilensteine, Vereinbarungen zur Weitergabe von Bauteilen und technischer Daten oder der Behandlung von Rechten am geistigen Eigentum. Ebenfalls wurde im MOU die Einrichtung einer gemeinsamen Lenkungsgruppe (Joint Steering Group) festgehalten, die regelmäßig den Projektstatus überprüfen und evtl. auftretende Konflikte lösen sollte.
GRACE Follow-On
Sehr ähnlich lief es bei GRACE-FO, wobei hier anstelle der DLR RFA das GFZ das MOU mit der NASA in 2014 gezeichnet hat und die Verantwortlichkeiten sich u.a. um die Beistellung von deutschen und amerikanischen Anteilen des Technologiedemonstrators Laser Ranging Interferometer (LRI) erweiterten.
GRACE-C
Für die Nachfolgemission von GRACE-FO (Start geplant für 2028) hat DLR RFA diese Rolle vom GFZ nach der Planungsphase A wieder übernommen und zeichnet mit der NASA ein dem bisherigen MOU entsprechendes Implementation Arrangement (IA).
Realisierung der Verantwortlichkeiten bei den GRACE-Missionen
Nach Zeichnung dieser übergeordneten Dokumente waren/sind die beiden Raumfahrtagenturen (bzw. im Falle von GRACE-FO das GFZ) dann in der Folge verantwortlich, die notwendigen Beauftragungen für die im MOU/IA genannten Verantwortlichkeiten an die Industrie oder Wissenschaftsinstituten zu vergeben und den Fortschritt in Projekttreffen zu überwachen. Während der Preliminary bzw. Critical Design Reviews werden während der Bauphase der Fortschritt bei der Planung und Realisierung der Satelliten und ihre Instrumente sowie der Starrakete, des späteren Missionsbetriebs oder der Auswertung der wissenschaftlichen Daten von den beauftragten Industriepartnern oder Wissenschaftsinstituten vorgestellt, gemeinsam zwischen den Raumfahrtagenturen diskutiert und bei Bedarf noch angepasst. Nach dem finalen Bau der Satelliten und der Integration der Instrumente sowie verschiedenen Tests, die demonstrieren sollen, dass die Satelliten den Start überstehen und später unter Weltraumbedingungen funktionieren, erfolgt dann der Start und der anschließende Betrieb der Mission bis zum Wiedereintritt in die Erdatmosphäre.
Europäische Raumfahrtagentur ESA
Etwas anders verläuft es aktuell bei der ESA, die eine Next Generation Gravity Mission (NGGM) in ihrem Mission of Opportunity Programm mit Start in 2032 plant. NGGM soll zusammen mit GRACE-C in enger Zusammenarbeit mit der NASA und DLR RFA eine Doppelpaarmission MAGIC (Mass change And Geosciences International Constellation) bilden, damit nicht nur Datenkontinuität ermöglicht, sondern vor allem auch die räumliche und zeitliche Auflösung der Schwerefeldprodukte deutlich erhöht wird. ESA führt dazu seit Juni 2021 zwei parallele Phase-A Machbarkeitsstudien bei der Industrie (Airbus (Deutschland) und Thales Alenia (Italien)) durch. Gleichzeitig laufen Studien, um z.B. die Genauigkeit der Beschleunigungsmesser für NGGM zu erhöhen (ONERA (Frankreich)) oder Laser Tracking Instrument (ähnlich LRI) allein in Europa zu bauen (SpaceTech (Deutschland)). Das Program Board Earth Observation (PB-EO) hat bereits im Mai 2023 beschlossen, dass es im Anschluss an die Phase A ab ca. Januar 2024 weitere Aktivitäten bei Airbus und Thales Alenia im Rahmen einer Phase B1 geben wird. Im November 2024 soll dann die ESA-Delegiertenkonferenz über die weitere Finanzierung und Realisierung von NGGM entscheiden. Parallel zu den Industriestudien laufen auch wissenschaftliche Studien (unter Leitung von TU München und GFZ), in denen z.B. die spätere Genauigkeit von NGGM und/oder MAGIC in Abhängigkeit von verschiedenen Annahmen für die erreichbaren Fehler der Instrumente oder benutzten geophysikalischen Korrekturmodellen untersucht wird. Begleitet werden diese Aktivitäten von einer Mission Advisory Group hochkarätiger europäischer Wissenschaftler:innen.
Text: Prof. Dr. Frank Flechtner, GFZ