Chinesische Wissenschaftlerin bringt Innovationen in der Weltraumforschung voran

Das chinesische BeiDou-Navigationssatelliten-System (BDS) ermöglicht nicht nur eine hochpräzise Positionsbestimmung und Navigation, sondern hat auch für die Genauigkeit von Wettervorhersagen an Bedeutung gewonnen.

Um die wissenschaftlichen Prinzipien dahinter zu erklären, zeichnet Sun Yueqiang, Direktorin des Key Laboratory for Space Environment Exploration des National Space Science Center der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, ein Diagramm mit der Erde in der Mitte, einem 800 Kilometer entfernten Fengyun-Satelliten an einem Ende und einem rund 20.000 Kilometer entfernten BDS-Satelliten am anderen Ende.

„Wenn der BDS-Satellit arbeitet, wird das Signal, das die Ionosphäre und die Atmosphäre der Erde durchquert, verzögert und gekrümmt, was zu Fehlern führt“, sagte Sun, die auch stellvertretende Chefdesignerin des Fengyun-3-Satelliten ist.

„Aber wenn wir die genauen Positionen der BDS- und Fengyun-Satelliten kennen, können wir durch eine Inversionsverarbeitung der Signalfehlerwerte die Parameter der Ionosphäre und der Atmosphäre der Erde abrufen, und das können wir für die meteorologische Überwachung beziehungsweise die Weltraumwetterüberwachung und Vorhersage verwenden“, erläutert sie.

Ein auf einem Fengyun-Satelliten platzierter GNSS-Signalempfänger (Global Navigation Satellite System) empfange Signale mit deren Hilfe atmosphärischen Profile ermittelt werden, die denen von mehr als 1.000 weltweit gestarteten Höhenforschungsballons entsprächen, erklärt die Wissenschaftlerin. „Die Beobachtungsdaten können innerhalb von drei Stunden an das numerische Wettervorhersagezentrum übermittelt werden“, betont Sun.

„Nach jahrelangen Bemühungen haben wir zahlreiche technische Schwierigkeiten überwunden, um diese Technik zu realisieren“, erklärt sie. Die Technik, die als Radiookkultation (RO) bezeichnet wird, biete zeitnahe Datenunterstützung für die Wettervorhersage und könne die Vorhersagegenauigkeit effektiv verbessern, führt sie weiter aus.

Die von Suns Team gesammelten Daten dienen nicht nur der Wettervorhersage in China, sondern wurden auch in das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF) sowie in internationale numerische Wettervorhersagesysteme in Deutschland, Kanada, Großbritannien, Japan und anderen Ländern integriert.

„Das zeigt, dass Chinas unabhängige und innovative Detektionstechnologie im RO-Bereich das weltweit fortschrittlichste Niveau erreicht hat“, betont Sun.

Als eine der führenden Persönlichkeiten in Chinas Weltraumforschung hat sich Sun für die Entwicklung innovativer Nutzlasttechnologien für die Weltraumforschung eingesetzt.

In den letzten Jahren hat sie ihr Team zu mehreren innovativen technologischen Durchbrüchen in den Bereichen Weltraumpartikeldetektion, Kurzwellenoptik und Detektion von Weltraumumgebungen geführt.

Bislang sind verschiedene von Suns Team entwickelte Umweltdetektionsgeräte in Hunderten von chinesischen Satelliten in der Umlaufbahn im Einsatz. Viele von ihnen haben eine wichtige Rolle in Chinas großen Raumfahrtprojekten gespielt, wie z. B. den Raumstationen Tianwen, Chang'e und Tiangong.

Der Neutronen- und Strahlungsdosisdetektor auf der Mondoberfläche, der auf Chang'e-4 installiert wurde, hat zum Beispiel eine beeindruckende Menge an wichtigen Messdaten geliefert. Mit Hilfe des Detektors, der von Suns Team in Zusammenarbeit mit deutschen Wissenschaftlern entwickelt wurde, konnte gemessen werden, dass die Strahlung auf der Mondoberfläche 200- bis 300-mal höher ist als auf der Erdoberfläche. Die Daten legten den Grundstein für ein strahlungssicheres Design für Chinas zukünftige bemannte Mondlandungen.

Darüber hinaus konnte mit dem von Suns Team entwickelten Detektor zum ersten Mal eine Plasmabildgebung auf der chinesischen Raumstation durchgeführt werden. Das Verfahren lieferte den Astronauten die notwendigen Daten zur Vermeidung des Risikos einer hochenergetischen Teilchenstrahlung bei Außenbordaktivitäten.

Auch die BDS/GNSS-Fernerkundungstechnologie hat Sun mit ihrem Team in den letzten Jahren auf ein neues Niveau gehoben.

Mit Hilfe des reflektierten Signals von BDS/GNSS zur Erfassung der Windgeschwindigkeit an der Meeresoberfläche haben Sun und ihr Team zum ersten Mal weltweit die operationelle Anwendung der numerischen Wettervorhersage realisiert. Zudem nutzten sie die Signale für die Überwachung der Schwerkraft des Ozeans, der Bodenfeuchtigkeit und des Meer-Eises.

Erst vor kurzem haben Sun und ihr Team zusammen mit der Universität Graz in Österreich und dem Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ) das Internationale Labor für Klima- und Atmosphärenforschung mit Okkultations- und Reflektometrie-Beobachtungssystemen gegründet. Ziel ist es, gemeinsam eine globale GNSS-Fernerkundungs-Klimadatenbank zu erstellen, neue GNSS-Fernerkundungstechnologien zu entwickeln und die Entwicklung der GNSS-Meteorologie zu fördern.

„Die Erforschung von Weltraumumgebungen ist für die Erforschung des Universums von entscheidender Bedeutung“, erklärt Sun.

„Ich hoffe, dass BDS eine größere Rolle bei der Fernerkundung spielen wird, und ich hoffe, dass China einen größeren Beitrag zur Erforschung des Klimawandels leisten kann", blickt sie optimistisch auf die Zukunft ihrer wissenschaftlichen Arbeit.