Meteosat Second Generation

Als Nachfolger für die erste Generation geostationärer Wettersatelliten baute die ESA vier Satelliten MSG (Meteosat Second Generation). Die neue Serie (Meteosat-8 bis -11) liefert schärfere Multispektralbilder in doppelter Häufigkeit (alle 15 statt alle 30 Minuten) und dies mit zwölf Kanälen gegenüber den bisherigen drei Kanälen. Die MSG-Satelliten wurden im französischen Cannes von einem europäischen Konsortium unter der Leitung von Thales Alenia Space France gebaut. Insgesamt sind mehr als 50 Unterauftragnehmer aus 13 europäischen Ländern beteiligt. Die MSG wurden zwischen 2002 und 2015 ins All gebracht, drei von ihnen verrichten (Juli 2022) noch ihren Dienst (vgl. Tabelle).

Wie die erste Version des Meteosat ist MSG spin-stabilisiert (drallstabilisiert). Auf seinem geostationären Orbit dreht sich der Satellit entgegen dem Uhrzeigersinn mit 100 Umdrehungen pro Minute um seine Längsachse, die parallel zur Erdachse ausgerichtet ist. Die MSG-Satelliten sind wie die ersten Meteosats auf 0 ° Länge positioniert, aber sie können bei Bedarf bis zu 50 Grad nach Osten oder Westen verlagert werden.

Das System MSG besteht aus einem Bodensegment und im Endausbau aus vier identischen Satelliten, deren erster am 28. August 2002 von Kourou aus gestartet wurde (Meteosat-8). Damit soll eine kontinuierliche und zuverlässige Verfügbarkeit von MSG-Daten bis ca. 2020 erreicht werden. Das zweite Exemplar (MSG-2) wurde am 21. Dezember 2005 gestartet. Er ist als Meteosat-9 im operationellen Betrieb.

MSG Künstlerische Darstellung des MSG im Orbit Während man die Trommel-Gestalt der ersten Generation beibehalten hat, ist die zweite Meteosat-Generation aber zweieinhalb mal größer und ist mit einer Vielzahl zusätzlicher Fähigkeiten zur Bildgebung ausgestattet. Quellen: ESA eoportal

MSG-1 wurde von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) im Auftrag von EUMETSAT, der Europäischen Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten, entwickelt und von der Firma Alcatel Space Industries unter Mitwirkung eines aus über 50 europäischen Unternehmen bestehenden Konsortiums gebaut. Mit der Aufnahme des operationellen Betriebes wurde er in Meteosat-8 umbenannt. Mittlerweile dient er als Ersatzsatellit für Meteosat-10 und ist auf 3,4° W über dem Äquator positioniert. Der inzwischen auf 9,5° E positionierte Meteosat-9 gewährleistet den Rapid Scanning Service und liefert alle fünf Minuten Bilder von Teilen Europas, Afrikas und den angrenzenden Meeren. Der 2012 gestartete und auf 0° positionierte Meteosat-10 ist der wichtigste operationelle geostationäre Satellit der Reihe und liefert alle 15 Minuten ein Bild der gesamten, für ihn sichtbaren Erdscheibe.

Am 15. Juli 2015 wurde der letzte MSG-Satellit (MSG-4) erfolgreich gestartet und nach einer kurzen Verifikationsphase bis zu seiner späteren Aktivierung wieder abgeschaltet.

Die MSG-Satelliten sind wie Meteosat 1 bis 7 zylindrische Satelliten, mit 3,22 m Durchmesser und 3,74 m Höhe aber zweieinhalb Mal so groß. Ihre Masse beim Start beträgt rund 2 t, wovon fast die Hälfte auf den für die Bahn- und Lageregelung während des siebenjährigen Betriebs notwendigen Treibstoff entfällt.
MSG liefert Bilder in höherer Auflösung und in einem größeren Spektralbereich als seine Vorgänger und dies mit größerer Geschwindigkeit.

Die MSG-Satelliten bewegen sich auf einem geostationären Orbit in 36.000 km Höhe. Sie bewegen sich mit einer solchen Geschwindigkeit, die es erlaubt, immer den gleichen Bereich der Erdoberfläche zu "sehen". Die Position der MSG-Satelliten befindet sich wie der seiner Meteosat-Vorgänger über dem Schnittpunkt von Äquator und Nullmeridian. Dies gestattet die dauerhafte Beobachtung von Europa, Afrika und des Atlantik, wobei lediglich die nördlichsten und südlichsten Partien des Globus ausgeschlossen sind.

Wie die früheren Meteosat-Generationen stabilisieren die MSG-Satelliten ihre Position mit Hilfe ihrer eigenen Drehbewegung. Sie drehen sich 100mal pro Minute entgegen dem Uhrzeigersinn um ihre Längsachse, die parallel zur Erdachse ausgerichtet ist.

MSG Komposit-Abbildung der Spur des Hurrikans Isabel, aufgenommen von Meteosat-8. Die am 5. September 2003 vor der Westküste Afrikas erkennbare tropische Depression entwickelte sich bis zum 7. September zum tropischen Wirbelsturm Isabel und verschwand aus dem Blickfeld des Satelliten am 17. September 2003. Quelle: EUMETSAT

Die Instrumente der MSG-Satelliten

• Das Hauptinstrument Spinning Enhanced Visible and InfraRed Imager (SEVIRI) ist ein zeilenweise scannendes Radiometer mit einem Durchmesser von 50 cm und verfügt über zwölf Spektralkanäle, im Gegensatz zu drei beim vorherigen System. Die gelieferten Bilddaten über die gesamte Atmosphäre in vier sichtbaren und Nah-Infrarot (VNIR) Kanälen und acht Infrarot (IR)-Kanälen sind präziser als im alten System, was die Qualität der Ausgangsbedingungen für numerische Wettervorhersagemodelle verbessert.
  Acht der Kanäle sind im thermischen Infrarot angesiedelt und liefern unter anderem permanente Daten über die Temperaturen von Wolken, Land- und Meeresoberflächen. Einer der Kanäle wird als hochauflösender sichtbarer Kanal (High Resolution Visible, HRV) bezeichnet und hat eine Abtastdistanz im Nadir von 1 km, im Gegensatz zu der 3 km-Auflösung der anderen sichtbaren Kanäle.
  Mit Hilfe von Kanälen, die Ozon, Wasserdampf und Kohlendioxid aufnehmen, können Meteorologen mit Hilfe der MSG-Satelliten die Eigenschaften der atmosphärischen Luftmassen analysieren und ein dreidimensionales Bild der Atmosphäre rekonstruieren.
  Die verbesserte horizontale Bildauflösung für den Spektralkanal des sichtbaren Lichts (1 km gegenüber 2,5 km) hilft den Meteorologen auch bei der Erkennung und Vorhersage des Beginns oder Endes von Unwettern.
• Das zweite Instrument, bezeichnet als Geostationary Earth Radiation Budget (GERB), nimmt genaue Messungen der kurzwelligen (SW) und langwelligen (LW) Komponenten des Strahlungshaushalts an der Oberseite der Atmosphäre vor. GERB liefert wertvolle Daten über die reflektierte Sonnenstrahlung und die von der Erde und der Atmosphäre emittierte Wärmestrahlung.
  Das GERB-Instrument verfügt über zwei Breitbandkanäle - einer deckt das Sonnenspektrum ab (0,32 bis 4,0 µm), der andere einen größeren Teil des elektromagnetischen Spektrums (0,32 bis 30 µm). Aus diesen Kanälen wird die von der Erde emittierte Wärmestrahlung im Spektralbereich von 4,0 bis 30 µm abgeleitet. Die GERB-Breitbandkanäle überdecken die 12 wesentlich schmaleren Kanäle, die vom anderen Instrument der MSG, dem Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager (SEVIRI), gemessen werden. GERB füllt die Lücken im Wärmestrahlungsspektrum, die von den SEVIRI-Kanälen nicht erfasst werden, misst aber die Wärmestrahlung mit einer gröberen räumlichen Auflösung.
  Die Daten werden an Bord kalibriert, um die Strahlungsflüsse der reflektierten Sonnenstrahlung und der emittierten Wärmestrahlung an der Oberseite der Atmosphäre mit einer Genauigkeit von 1 % zu ermitteln. Das Strahlungsbudget stellt das Gleichgewicht zwischen der von der Sonne einfallenden Energie und der von der Erde ausgehenden thermischen (langwelligen) und reflektierten (kurzwelligen) Energie dar. Zurück am Boden nutzen Wissenschaftler die feinere räumliche Auflösung der SEVIRI-Daten, um die räumliche Auflösung der GERB-Bilder zu verbessern.
• Mission Communication Payload (MCP) bezeichnet die Gesamtheit der für die Kommunikationszwecke der Mission wesentlichen Antennen und Transponder
• Der Search and Rescue Signal Repeater (SARR) überwacht kontinuierlich die Erde, um sofortige Warnungen bei Notsignalen zu liefern. Als Teil des Cospas-Sarsat-Programms leitet es Notsignale von 406-MHz-Baken innerhalb der MSG-Abdeckungszone in Europa, Afrika und dem Atlantischen Ozean weiter.
  Die Signale werden an lokale GEOLUT-Terminals (Geostationary Earth Orbit Local User Terminals) gesendet und schließlich an die Rettungskoordinationszentren (RCC) weitergeleitet, um eine schnelle Organisation der Rettungsmaßnahmen zu ermöglichen.
  Geostationäre Satelliten wie MSG überblicken ständig große Gebiete der Erde und können eine 406-MHz-Bake nahezu sofort alarmieren. Im Idealfall wird ein LEOSAR- oder Sarsat-Satellit (ein speziell ausgerüsteter polumlaufender Satellit) die Bake innerhalb der nächsten Stunde überfliegen und ihre Position berechnen.

MSG-Architektur IDie MSG bestehen hauptsächlich aus einem dreiteiligen Zylinder mit einem Durchmesser von 3,20 m und einer Höhe von 2,40 m. Der obere Bereich beinhaltet die Systeme zur Kommunikation, der untere Bereich die Steuerungselemente. Im zentralen Bereich liegen das Radiometer. Quelle: EUMETSAT

Die Aufgaben der zweiten Generation METEOSAT in der Übersicht:

• Erzeugung von Bilddaten in zwölf Spektralbereichen mit dem abbildenden Instrument SEVIRI
• Messung des Strahlungsbilanz am Oberrand der Erdatmosphäre (GERB)
• Übermittlung der Daten zum Nutzer
  Die ursprüngliche Planung sah vor, dass MSG die von EUMETSAT in Darmstadt aufbereiteten Daten in hoher (HRIT, High Rate Information Transmission) bzw. niedriger (LRIT, Low Rate Information Transmission) Übertragungsgeschwindigkeit zum Nutzer überträgt. Wegen Ausfalls des Senders an Bord von METEOSAT 8 werden die Daten über EUMETCast zum Nutzer übertragen. Bei den Satelliten der Ersten Generation erfolgt die Übertragung der aufbereiteten Daten digital oder analog über METEOSAT zu den Nutzern
• Übermittlung von Daten automatischer Wetterstationen (DCP, Data Collection Platform), z.B. von Bojen
• Übermittlung von weltweiten Wetterbeobachtungsdaten und Vorhersagen an Wetterdienste, insbesondere in Afrika (MDD, Meteorological Data Distribution)
• Übermittlung von Signalen von Notfallsendern für Such- und Rettungsdienst (Search & Rescue) über ein Relais des SARSAT-Systems
• Archivierung der Daten

MSG-Bilder Das Kompositbild vom 25.3.2013 15h, setzt sich aus den Infrarot-Daten der geostationären Satelliten MET-10, MET-9, MTSAT1R, GOES11 und GOES13 zusammen. Die Bilder werden erstmals erstellt, sobald die Daten von mindestens vier der Satelliten vorliegen. Daher kann bei dem aktuellen Termin noch jeweils ein Satellit fehlen. Sobald diese Daten vorliegen, wird das aktuelle Bild ergänzt. In den etwa 6 Wochen rund um die Tag- und Nachtgleiche fehlen die Termine zur lokalen Mitternacht (Eklipse). Das Infrarotbild links wurde transparent über ein topographisches Hintergrundbild gelegt. Quelle: DWD

Beim Satellitenkontroll- und Betriebszentrum von EUMETSAT in Darmstadt werden die vom Satelliten empfangen Rohdaten aufbereitet. Dazu gehört die korrekte geographische Zuordnung der einzelnen Bildpunkte und die Kalibrierung. Aus den Daten werden zudem auch geophysikalische Zustandsparameter abgeleitet, wie z.B. Windvektoren aus der Verlagerung von Wolken- oder Wasserdampfstrukturen, Meeresoberflächentemperaturen, Wolkenart, -verteilung und höhe, Wasserdampfverteilung in der oberen Troposphäre, Niederschlagsabschätzung, sowie Datensätze für klimatologische Zwecke. Alle Datensätze werden archiviert.

MSG-Bodensystem Die Hauptbodenstation, die die Daten der Satelliten der zweiten Meteosat-Generation, z. B. von Meteosat-10, empfängt, liegt im deutschen Usingen. Eine Reservestation befindet sich in Maspalomas auf Gran Canaria. Die Hauptbodenstation für den letzten Satelliten der ersten Generation, Meteosat-7 , liegt im italienischen Fucino, die wiederum über eine Reservestation in Cheia, Rumänien, abgesichert ist. Diese dient zudem als Reserve für die MSG-Satelliten. Die Bodenstationen bilden den Hauptkommunikationskanal zwischen den Meteosat-Satelliten und dem EUMETSAT-Kontrollzentrum in Darmstadt. Die Rohdaten werden von den Bodenstationen an das Kontrollzentrum übermittelt, dort verarbeitet und schließlich an die Nutzer weitergeleitet. Quellen: EUMETSAT

Weitere Informationen:

• EUMETSAT - Startseite
• Rapid Scan Applications and Benefits (COMET MetEd)
• Meteosat Second Generation - Startseite (ESA)
• Meteosat Second Generation (eoPortal Directory)