Den ursprungliga GRACE-satelliten (Gravity Recovery and Climate Experiment) var ett samarbetsprojekt mellan den amerikanska rymdorganisationen NASA och det tyska rymdcentret DLR. De två identiska satelliterna, som följde varandra på ett litet avstånd på cirka 200 km i samma bana, sköts upp i omloppsbana från Plesetsk i Ryssland den 17 mars 2002.
Satelliterna använde mikrovågor för att kontinuerligt mäta avståndet mellan dem. Massattraktionen påverkade satelliternas omloppsbana och deras hastighet. De minimala avståndsförändringar som blev resultatet gjorde det möjligt att dra exakta slutsatser om massfördelningen på jorden och dess förändringar. Detta gav viktig information om omfattningen av avsmältningen av polarisarna, minskningen av grundvattenreservoarer och en uppskattning av havsnivåhöjningen.
Efter drygt 15 år hade de två satelliterna nått slutet av sin livslängd - batteriproblem och slut på bränsle ledde till att uppdraget avbröts. Men på grund av den höga relevansen för forskning om jordsystemet lanserade det tyska forskningscentret för geovetenskap i Potsdam (GFZ) och NASA uppföljningsuppdraget GRACE-FO (Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On) i maj 2018, som kommer att fortsätta att uppfylla målen för det ursprungliga projektet.
Ny teknik för ett beprövat uppdrag
GRACE-"tvillingarna" och deras efterföljare byggdes av Airbus Defence and Space. Båda satelliterna har stjärnsensorer och accelerometrar ombord för att övervaka sin position och bestämma icke-gravitationella störningskrafter. Satelliternas position och hastighet bestäms med hjälp av GPS-mottagare och retroreflektorer för laseravståndsmätning av satelliter. Dessutom är båda satelliterna utrustade med ett mikrovågssystem i K-bandet, vilket gör det möjligt att bestämma avståndet och i synnerhet dess förändring med en noggrannhet som är bättre än 0,1 µm/s. GRACE-FO har också en Laser Ranging Interferometer (LRI) ombord för en teknikdemonstration.
Avståndsmätningssystemet KD-5100 som levereras av Althen är en del av Laser Communication Terminal (LCT), som kan användas för att sända ljus eller laserstrålar över långa avstånd.
KD-5100: Styr laserstrålarna med nanometerprecision
KD-5100 används för att rikta in laserspeglarna i LCT:erna på de båda GRACE-FO-satelliterna. För att satelliterna ska kunna kommunicera med varandra via laser är två exakt synkroniserade virvelströmssensorer placerade på baksidan av respektive servodriven styrspegel (Fast Steering Mirror - FSM) i två koordinataxlar. Om en av speglarna rör sig, spåras den andra i motsvarande grad. Utsignalen från KD5-100 används för att aktivt kontrollera spegelpositionen. Mätsystemet med hög precision arbetar med en upplösning ner till nanometerområdet. KD-5100 används inte bara i satelliter, utan även i markstationer och bildstabiliseringssystem.
Var och en av de två nuvarande satelliterna levererar upp till 200 profiler av temperaturfördelning och vattenånghalt i atmosfären och jonosfären varje dag. Dessa används bl.a. för att förbättra väderprognoserna. Tack vare GRACE-FO har regelbundna globala data om markfuktighet och grundvattnets tillstånd varit tillgängliga för första gången sedan 2020.