Dopplersatellit

Als Dopplersatelliten werden künstliche Erdsatelliten bezeichnet, die zur Messung des Dopplereffektes dienen, der durch ihre Bahngeschwindigkeit und die Erdrotation verursacht wird. Ein Dopplersatellit kann

• entweder selbst Einrichtungen zum Messen dieser Frequenz-Verschiebungen besitzen,
• oder einen sehr stabilen Oszillator, um konstante Funkfrequenzen auszustrahlen.
• Drittens kann er einen Transponder tragen, um die von einer Bodenstation eintreffenden Funksignale zu beantworten (siehe auch Sekundärradar).

Das Doppler-Messprinzip wurde bereits am Beginn der Raumfahrt 1957 zur Bahnbestimmung der Sputnik- und Explorer.Satelliten eingesetzt. Bereits wenige Jahre später startete man eigene Navigationssatelliten, die in den 1970er- und 1980er-Jahren für Zwecke der Astrometrie und der Erdmessung vervollkommnet wurden.

Erste Doppler-Navigationssatelliten

Die Methode, den Dopplereffekt im großen Stil für die Navigation und bald auch für die Geodäsie zu nützen, geht schon auf das NNSS-System (Navy Navigation Satellite System) der USA zurück. Die US-Marine startete ab 1960 mehrere auf Polarbahnen die Erde umkreisende Satelliten und stellte das System bereits 1964 – nach endgültiger Bereinigung der Kubakrise – für die zivile Nutzung zur Verfügung. Die mindestens 5 Satelliten bildeten eine etwa 1100 km hohe Kugelschale von 5 kreisähnlichen Satellitenbahnen, in denen sich die Erde wie in einem genau ausgemessenen Käfig dreht.

Die Doppler-Ortsbestimmung von militärischen und zivilen Schiffen ist mit den Methoden der Hyperbelnavigation verwandt, doch werden keine direkten Streckendifferenzen, sondern minutenlang integrierte Geschwindigkeiten bestimmt. Mit dieser neu entwickelten Satellitenortung auf Basis mehrerer Dopplersatelliten (Transit-Satelliten der NASA und ihres russisches Äquivalents) konnte die Schiffs- und Flugnavigation von der bis dahin standardmäßigen 1-Meilen-Genauigkeit auf ±20 bis 50 m gesteigert werden, und nur wenige Jahre später konnte man erstmals internationale, weit ausgedehnte Bahn- und Landesvermessungen mit Meter- Genauigkeit ausmessen.

Weiterentwicklungen: NOVA und DORIS

Ab etwa 1965 kamen amerikanische Dopplersatelliten des Typs NOVA (Non-gravitational Orbit (corrected?) Vehicle Acceleration) zum Einsatz, die mit speziellen Beschleunigungs- und Stoßsensoren auch die nicht-gravitativen Kräfte auf die Satellitenbahnen berücksichtigen konnten. Dadurch konnte die Navigation weltweit auf 20 m Genauigkeit gesteigert werden, und längere Messkampagnen der Landesvermessung sogar auf 20–30 cm. Zur Bahnbestimmung wurde die Methode bereits nach den ersten erfolgreichen Satellitenstarts Sputnik 1 und Explorer 1 angewandt.

Für die sogenannten „Dopplernetze“ – z. B. die länderübergreifenden DÖDOC- und WEDOC-Kampagnen, in denen man weiträumige Kontroll-Vermessungsnetze „nullter Ordnung“ mit Punktabständen von etwa 100–500 km aufbaute – wurde neben der klassischen 400 MHz-Frequenz auch eine mit 150 MHz eingerichtet, sodass der frequenzabhängige Einfluss der Hochatmosphäre eliminiert werden konnte (er macht einige Meter bis maximal 100 m aus).

Um 1985 entwickelte Frankreich ein Messsystem namens DORIS, bei dem nicht die Bodenstationen den Dopplereffekt der vom Satelliten kommenden Signale messen, sondern bei dem dies in den Raumsonden selbst erfolgt. Dadurch sind Einsparungen im Aufwand und bei der Organisation von Messkampagnen möglich. Seit etwa 1990 trägt DORIS mit rund 50 Bodenstationen zur Überwachung der Erdrotation und des geodätischen Bezugsystems der Erde bei, aber auch zur Analyse der Ladungsdichte in der Ionosphäre.

Siehe auch

• Satellitengeodäsie, Bahnstörungen, Erdschwerefeld, Funkrefraktion
• Christian Doppler, Ivan I. Mueller, Satellitenstationen Graz-Lustbühel, Wettzell