MetOp

Engl. Akronym für Meteorological Operational Polar Satellite; eine mit drei Exemplaren konzipierte Mission polarumlaufender Wettersatelliten der EUMETSAT. Der erste Satellit (MetOp-A) startete am 19.10.2006 von Baikonur aus, an Bord eines russischen Sojus-2/Fregat-Trägers, der von dem europäisch-russischen Unternehmen Starsem betrieben wird. MetOp-B folgte am 18. September 2012 vom gleichen Ort und auf dem gleichen Trägertyp und ist seit Januar 2013 im operationellen Betrieb. Im April 2013 übernahm MetOp-B die Aufgaben seines Vorgängers als EUMETSATs primärer Datenlieferant auf polarer Umlaufbahn. Der Start von MetOp-C erfolgte am 7. November 2018, wiederum mit einer Sojus-Rakete, dieses Mal aber von Kourou aus.

Der Wettersatellit MetOp-C Der von Airbus gebaute MetOp-C ist der letzte von drei polarumlaufenden Wettersatelliten des EUMETSAT-Systems. MetOp-C befindet sich wie seine Vorgänger MetOp-A und -B auf einer 817 Kilometer hohen Umlaufbahn. Das MetOp-Programm hat die Genauigkeit von einem 12 Stunden Vorhersage-Zeitraum auf eine 10 Tage Vorhersage enorm verbessert. Quelle: Airbus D&S

MetOp ist der europäische Beitrag zu dem europäisch-amerikanischen Polarsatelliten-System. Innerhalb dieser Kooperation übernimmt MetOp die Morgen-Beobachtung, während die NOAA-Satelliten die Nachmittagssituation abdecken.

MetOp wurde vom europäischen Wettersatelliten-Betreiber EUMETSAT und der europäischen Weltraumagentur ESA in Zusammenarbeit mit dem Unternehmen EADS (heute Airbus D&S), der französischen Weltraumagentur CNES und der US-Wetterbehörde NOAA für das EUMETSAT Polar System (EPS) entwickelt. Das EPS dient der operationellen Meteorologie und der Klimabeobachtung. Die Satellitenkonstruktion basiert auf einer Version der von Astrium gebauten 'Polaren Plattform' des Envisat Satelliten.

Jeder Satellit der MetOp-Reihe hat eine nominelle Lebenszeit im Orbit von 5 Jahren, einschließlich einer sechsmonatigen Zeitüberlappung von aufeinanderfolgenden Satelliten (d.h. zwischen MetOp-A und MetOp-B, und zwischen MetOp-B und MetOp-C) was zusammen eine Dienstzeit von über 14 Jahren ergibt. MetOp-C ist mit zehn Instrumenten ausgestattet, MetOp-A und -B verfügen über jeweils zwölf Instrumente – dies macht das System extrem vielseitig.

Die europäischen und amerikanischen Satelliten tragen jeweils einen Satz identischer Sensoren: AVHRR/3 und die ATOVS-Instrumentengruppe, bestehend aus AMSU-A, HIRS/4 und MHS. NOAA liefert die meisten der gemeinsamen Instrumente, und EUMETSAT beliefert NOAA mit dem Microwave Humidity Sounder (MHS). Zusätzlich tragen die MetOp-Satelliten eine Reihe europäischer Sensoren, wie IASI, ASCAT, GOME-2 and GRAS, welche die Atmosphärensondierungen verbessern, sowie das atmosphärische Ozon und die oberflächennahen Windvektoren über den Ozeanen messen sollen.

METOP-A mit ausgefahrenem Sonnensegel Quelle: ESA

MetOp-A mit einem Gewicht von 4,7 Tonnen führt an Bord zehn Instrumente mit. Beispielsweise vermag er mit seinem ASCAT Scatterometer die Oberflächenwinde über den Meeren zu messen. Die IR-Atmosphären-Sonde (IASI) benutzt die Techniken der Interferenzmessverfahren. Die Meteorologen erhalten von der Sonde Spektren der Emissionen aus der Atmosphäre, mittels der Temperatur- und Feuchtigkeitsprofile mit einer vertikalen Auflösung von 1 km und einer Präzision von 1 K (Kelvin) erstellt werden können.

Darüber hinaus stellt dieser Wettersatellit Bilddaten von Land- und Wasserflächen her und fungiert als Hilfsmittel bei der Suche und Rettung von Schiffen und Flugzeugen in Not. Auch ein Datenübertragungssystem befindet sich an Bord, das mit Messstationen und anderen Datenerfassungseinrichtungen verbunden ist.

MetOp-Satelliten umrunden die Erde auf einer sonnensynchronen polaren Umlaufbahn in 817 km Höhe (Inklination 98,7°). Damit kann praktisch jeder Punkt der Erdoberfläche bei ähnlichen Sonneneinstrahlungsbedingungen überflogen werden. Die Umlaufzeit beträgt 101,7 min, der Wiederholzyklus 5 Tage.

In der Zeit, die MetOp für eine Erdumrundung benötigt, hat sich die Erde um 25° weitergedreht. Dies bedeutet, daß er seine Beobachtungen bei jedem Orbit auf einem jeweils unterschiedlichen Beobachtungsstreifen macht. Zudem haben seine Instrumente unterschiedliche Schwadbreiten und brauchen daher verschieden lang um die gesamte Erde abzudecken. Alle Instrumente erzielen aber spätestens nach 5 Tagen eine globale Abdeckung.

Durch die relativ niedrige Umlaufbahn - 817 Kilometer im Vergleich zu rund 36.000 Kilometern bei geostationären Satelliten - messen die Metop-Instrumente eine Vielzahl von Beobachtungsgrößen mit deutlich höherer Genauigkeit als die geostationären Satelliten der Meteosat-Reihe. Die Metop-Satelliten überfliegen die Pole und sammeln für die Wettervorhersage wichtige Beobachtungen aus diesen Regionen. Geostationäre Satelliten liefern hier nur unzureichende Daten.

MetOp wird überwacht und kontrolliert über die EUMETSAT Polar System Command and Data Acquisition Station in Svalbard, Norway. Die Daten werden bei jedem Orbit einmal nach Svalbard heruntergeschickt und dann zu EUMETSAT übermittelt.

Basierend auf Messungen mit dem Sensor IASI auf MetOp konnten erstmals globale Konzentrationen von Ammoniak (NH₃) in der Atmosphäre gemessen werden. Ammoniak spielt eine Schlüsselrolle für die Umwelt (Versauerung, Reduktion der Biodiversität, atmosphärisch wirksam).

Die folgende Karte - basierend auf Satellitendaten aus 2008 - zeigt deutlich auf, dass regionale Konzentrationen vorkommen (hot spots). Diese Hot Spots treten erwartungsgemäß vor allem über landwirtschaftlich genutzten Flächen in Europa, N-Amerika und Asien auf. Die Messergebnisse von IASI wurden über Bilddaten des Sensors MODIS gelegt.

Von gelb bis rot zeigen die Farben zunehmend höhere Ammoniakkonzentrationen an. Die weißen Strukturen sind Wolken.

NH3-Verteilung (Europa mit Nordafrika) Ammoniak in der Umwelt (LUBW) Ammoniak und Ammonium - Umweltwissen (LfU) Quellen: CNES

Dieses Bild zeigt die Verteilung von Ammoniak über Norditalien im Jahr 2008, gemessen mit dem Instrument Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI) auf dem MetOp-Satelliten. Die gelben bis roten Farben zeigen Gebiete mit hohen Ammoniakkonzentrationen an.

Ammoniak über Norditalien im Jahr 2008 Quellen: ESA

MetOp wird überwacht und kontrolliert über die EUMETSAT Polar System Command and Data Acquisition station in Svalbard, Norway. Die Daten werden bei jedem Orbit einmal nach Svalbard heruntergeschickt und dann zu EUMETSAT in Darmstadt übermittelt. Von dort besteht ein Datenaustausch mit der NOAA in den USA. Nach der anschließenden Aufbereitung werden die Daten innerhalb von 2h15min nach der Datenaufnahme an die Nutzer weitergeleitet. Die Datenaufbereitung erfolgt durch EUMETSAT und NOAA.

Die drei Plattformen der MetOp-Reihe sollen qualitativ hochwertige Daten bis mindestens 2020 sicherstellen. Dazu trägt auch die Ausstattung der MetOp-Serie mit weitgehend identischen Instrumenten bei. Zusammen mit dem in einem Nachmittagsorbit - die lokale Zeit beim Überflug im absteigenden Knoten beträgt 14 Uhr - die Erde umkreisenden polaren Satelliten NOAA-18 ermöglicht MetOp-A eine umfassende Überwachung des globalen Wettergeschehens aus der Erdumlaufbahn.

MetOp-A unterstützte bis Anfang 2021 die Mission von MetOp-B und -C. Im Oktober 2021 wurde sein Deorbiting eingeleitet. Am 15. November wurde der Satellit so weit abgesenkt, dass sein der Erde am nächsten gelegener Punkt der Umlaufbahn von 817 km auf etwa 530 km sank. Der Satellit wird in immer niedrigeren Umlaufbahnen spiralförmig nach unten kreisen, bis er beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre zerfällt. Dieser Prozess wird voraussichtlich innerhalb der nächsten 25 Jahre abgeschlossen sein, wie es die internationalen Normen zur Eindämmung von Weltraummüll vorsehen.

Metop-B weist noch keine Ermüdungserscheinungen auf. Man hofft auf eine ähnlich lange Betriebsdauer. Deshalb wird Metop-C zusammen mit seinen beiden Geschwistern zunächst in der sogenannten Tristar-Konfiguration betrieben. Die Satelliten werden dabei auf der gleichen polaren Umlaufbahn in 817 Kilometern Höhe einen Abstand von 120 Grad haben, sodass der gleiche Ort auf der Erdoberfläche mehrfach am Tag erfasst wird.

Somit erhielt EUMETSAT über einen Zeitraum von drei Jahren sechsmal täglich ein komplettes globales Bild von jedem der Instrumente an Bord, eine außergewöhnliche Datenfülle für die Wettervorhersage. Die Datenreihen sind auch eine gute Grundlage für die Klimaforschung.

Die Nachfolgemissionen: Das erste von drei Satelliten-Paaren (MetOp-SG) der zweiten Generation soll 2023/24 starten. Das zweite werde voraussichtlich 2028/29 und das dritte 2035/36 ins All geschickt. Die Gesamtkosten für jedes der beiden Programme belaufen sich auf ungefähr drei Milliarden Euro.

Weitere Informationen:

• MetOp Brochure (ESA)
• Wettervorhersage mit Langzeitwirkung (Christian Brüns, DLR Nachrichten 114)
• An Introduction to the EUMETSAT Polar System (COMET Program)
• MetOp (ESA)
• EUMETSAT Polar System Second Generation - Startseite
• MetOp (eoPortal Directory)
• Metop-C Launch Closes Final Chapter On Historic POES Program (NOAA)