Zurück

Drucken

ALADIN airborne demonstrator (A2D)

Am 22. August 2018 hat die europäische Raumfahrtbehörde ESA den Satelliten Aeolus ins All gestartet. Als einzige Nutzlast trägt der Satellit, der nach dem Gott der Winde aus der griechischen Mythologie benannt ist, das Instrument ALADIN (atmospheric laser Doppler lidar instrument). Es ist das erste europäische Lidar und das weltweit erste Doppler-Windlidar im Weltraum überhaupt. Bestehend aus einem gepulsten, ultravioletten Laser, einem Spiegelteleskop (1,50 Meter Durchmesser) und einem hochempfindlichen optischen Spektrometer, misst es eine Komponente des Windvektors entlang der Richtung des Laserstrahls vom Boden bis in 30 km Höhe mit einer vertikalen Auflösung von 0.25 km bis 2 km und einer Genauigkeit von etwa 2 m/s. Die ausgesandten Laserpulse werden in der Atmosphäre an Luftmolekülen, Aerosolen und Wolkenpartikeln gestreut, so dass ein geringer Anteil zum Satelliten zurückkehrt. Wird die Luft bei der Streuung durch den Wind bewegt, verursacht der Dopplereffekt  einen Frequenzunterschied zwischen ausgesandten und zurückgestreuten Pulsen. Daraus kann die Windgeschwindigkeit abgeleitet werden, während die Laufzeit der Pulse die Höheninformation in sich trägt. Die von Aeolus gelieferten Winddaten fließen direkt in die numerischen Wettervorhersagen ein, wodurch große Lücken im globalen Beobachtungssystem, vor allem über den Ozeanen und den Tropen geschlossen werden.

Bereits einige Jahre vor dem Satellitenstart wurde am DLR ein flugzeuggetragener Prototyp des Direkt-Empfang Doppler-Windlidars, der ALADIN airborne demonstrator (A2D), zusammen mit der Raumfahrtindustrie EADS-Astrium (heute: Airbus Defence and Space) entwickelt. Der A2D ermöglicht bei unterschiedlichen atmosphärischen Bedingungen hinsichtlich Bewölkung und Aerosolgehalt stets eine hohe Messabdeckung dank des speziellen Aufbaus des Empfängers, der – wie auch das Satelliteninstrument – über zwei komplementäre Kanäle verfügt. Während die Doppler-Frequenzverschiebung aus den molekularen Rückstreusignalen mit Hilfe des Rayleigh-Kanals bestehend aus zwei Fabry-Pérot-Interferometern bestimmt wird, erfolgt die Analyse der partikulären Rückstreuung von Wolken und Aerosolen mit dem Mie-Kanal basierend auf einem Fizeau-Interferometer. Aufgrund seines repräsentativen Designs diente der A2D im Vorfeld der Mission dem Nachweis der technischen und wissenschaftlichen Funktionsweise des Satelliteninstruments. Zu diesem Zweck wurde der A2D auf mehreren Kampagnen an Bord des Forschungsflugzeuges Falcon eingesetzt, um beispielsweise den nordatlantischen Jetstream genau zu vermessen. Auf diese Weise konnte das Aeolus-Messprinzip bereits vor dessen Start validiert, die Betriebsprozeduren optimiert und die Auswertealgorithmen verbessert werden.

Seit dem Satellitenstart von Aeolus im August 2018 wurden drei Flugkampagnen zur Validierung des Satelliteninstruments in unterschiedlichen Phasen der Mission durchgeführt. Dabei kam neben dem A2D auch das 2-µm-Doppler-Windlidar auf der Falcon zum Einsatz. Im Rahmen der drei Kampagnen wurden insgesamt 20 Satellitenunterflüge durchgeführt, wobei Windmessungen über eine Strecke von mehr als 15000 Kilometern entlang des Satellitenmesspfades vorgenommen wurden. Die gewonnenen Vergleichsdaten ermöglichen die Qualitätsbeurteilung der Aeolus-Datenprodukte unter verschiedenen Bedingungen bezüglich Jahreszeit, Geolokation sowie Bodenalbedo, Wolkentypen und atmosphärischer Dynamik. Die Validierungskampagnen leisten damit einen wesentlichen Beitrag zur Verfeinerung der Datenprozessoren und damit zur Verbesserung der Qualität der Satellitendaten. Im Juli 2020 ist eine weitere Kampagne auf den Kapverdischen Inseln geplant, bei der neben den Winddaten auch Aerosolparameter validiert werden sollen, welche Aeolus als Nebenprodukt liefert.