Cyclone Global Navigation Satellite System (CYGNSS)

CYGNSS ist ein von der University of Michigan und vom Southwest Research Institute unter Mitwirkung der Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL) entwickeltes und von der NASA unterstütztes System zur Optimierung der Hurrikan-Vorhersage. Dies soll über ein verbessertes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Ozean und Atmosphäre im Bereich des Sturmzentrums erreicht werden.

CYGNSS besteht aus einer Konstellation von acht Mikrosatelliten, die sich auf einer niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) in 510 km Höhe bewegen. Die NASA brachte die Satelliten im Dezember 2016 mit einer einzigen Trägerrakete (Pegasus XL) ins All, von wo sie zwei Hurrikan-Saisons im Bereich zwischen 35° nördlicher und südlicher Breite überwachen sollen. Im Februar 2025 ist das System noch immer aktiv, allerdings bei einem Ausfall im November 2022.

Bei der Vorhersage der Zugbahnen von tropischen Wirbelstürmen hat es seit 1990 eine Verbesserung von ca. 50 % gegeben, aber eine entsprechende Verbesserung bei der Vorhersage der Sturmstärke hat sich im gleichen Zeitraum nicht eingestellt. Man rechnet damit, dass ein besseres Verständnis der Vorgänge im Kern dieser Stürme zu besseren Vorhersagen führen könnte. Allerdings sind die aktuellen Sensoren nicht in der Lage, entsprechende Daten in ausreichender Qualität zu liefern, da Regenbänder - vor allem an den Wolkenwänden um das Auge - die Beobachtung behindern und die Messungen nicht häufig genug erfolgen.

Um diese Beschränkungen zu überwinden, wird CYGNSS das oberflächennahe Windfeld über dem Ozean mit einem Scatterometer, dem Delay Doppler Mapping Instrument (DDMI) auf der Basis von GPS-Signalen erkunden. Jeder Satellit empfängt direkte GPS-Signale und Signale, die von der Erdoberfläche reflektiert werden. Die direkten Signale bestimmen die Position des Satelliten und geben einen Zeitbezug, wohingegen die reflektierten oder gestreuten Signale Informationen über den Zustand der Ozeanoberfläche liefern. Die Rauigkeit der Meeresoberfläche korrespondiert mit der Windgeschwindigkeit. Die Satelliten messen die Geschwindigkeit des Winds über den Wellengang. Dieser verändert das Reflektions- und Streuverhalten von Radiowellen von der Meeresoberfläche, wobei als Quelle für die Funksignale die GPS-Navigationssatelliten verwendet werden. Dazu wird bei passender Konstellation das von der Meeresoberfläche reflektierte Signal mit dem direkt empfangenen des GPS-Satelliten verglichen, woraus sich dann die Windstärke berechnen lässt. Das Messinstrument kann durch drei Empfänger (zwei für die Meeresoberfläche und einer für den Direktempfang von den GPS-Satelliten) die Signale von vier verschiedenen GPS-Satelliten gleichzeitig und bis zu 32 Messungen pro Sekunde ausführen.

Das DDMI wird Bilder des Windfeldes von Hurikanen in noch nie erreichter temporaler Auflösung erzeugen. Die häufigeren Messungen werden durch den gleichzeitigen Einsatz von acht Satelliten möglich. Die mittlere Wiederholrate (mean revisit time) der Beobachtungen liegt bei sieben Stunden. Im Schnitt soll jeder Punkt zwischen 35° nördlicher und südlicher Breite, in der Wirbelstürme überwiegend auftreten, alle sieben Stunden erfasst werden.

CYGNSS-Konstellation von Kleinsatelliten CYGNSS-Konstellation von Kleinsatelliten, mit hervorgehobenen Spiegelreflexionsspuren Sechs Jahre sind vergangen, seit die CYGNSS-Konstellation gestartet wurde. In dieser Zeit hat sie sich von einer zweijährigen Mission zur Messung der Winde in großen Ozeanstürmen zu einer Mission mit einer breiten und wachsenden Vielfalt von Zielen entwickelt. Sie reichen von der Frage, wie der Wärmefluss an der Ozeanoberfläche die mesoskalige Konvektion und den Niederschlag beeinflusst, über die Frage, wie unter dichter Vegetation verborgene Feuchtgebiete Methan in der Atmosphäre erzeugen, bis hin zu der Frage, wie die Unterdrückung der Rauheit der Ozeanoberfläche dazu beiträgt, die Schadstoffmenge im Großen Pazifischen Müllteppich (Great Pacific Garbage Patch) zu ermitteln, und wie feuchter Boden unter dichter Vegetation dazu beiträgt, Heuschreckenbrutplätze in Ostafrika zu lokalisieren. Neben diesen wissenschaftlichen Errungenschaften hat das CYGNSS-Engineering auch gezeigt, was mit einer Konstellation von kleinen, kostengünstigen Satelliten möglich ist. Quelle: Earth Observatory (NASA)

Weitere Informationen:

• CYGNSS (NASA)
• CYGNSS Mission - Startseite
• CYGNSS (eoPortal Directory)
• Eight Microsatellites, One Mission: CYGNSS (The Earth Observer 2016)