Envisat

Envisat er en forkortelse for «Environmental Satellite», en miljøsatellitt bygget av ESA. Envisat ble skutt opp med Ariane 5G 1. mars 2002 fra Kourou i Fransk Guyana og er med sine 8211 kg pr. dags dato den største satellitten som er skutt opp. Den sirkulerer i en solsynkron polar bane i ca. 790 km høyde og sveiper rundt Jorda på 101 minutter. Satellitten er en videreføring av ERS-programmene. Ny teknologi gir mer presise instrumenter og vi får bedre resultater enn med ERS-satellittene. Dette sikrer god kunnskap om miljøet og prosesser på Jorda samt overvåkning og styring av Jordas ressurser.

Bruksområder

Envisat blir blant annet benyttet til GLOBCOVER-prosjektet der MERIS-instrumentet tar detaljerte bilder av jordoverflaten og setter det sammen til et kart. Bildene som nå blir tatt med Envisat gir en oppløsning på ca. 300 m og dette kartet har tre ganger høyere oppløsning enn tidligere satellittkart. Når kartet er ferdig vil det få mange bruksområder, blant annet for studier av menneskeskapte økosystemer og studier av klimaendringer. Totalt regner man 20 terabyte bildemateriale for å sette sammen hele GLOBCOVER-kartet.
Da orkanene Katrina (28. august 2005) og Rita (22. september 2005) herjet over Mexico-gulfen ga bilder tatt med ASAR og MERIS informasjon om vindhastighet og retning og bidro til økt beredskap før orkanene slo til for fullt. Bildene tatt med instrumentene MERIS OG ASAR dekker et areal på 100 x 75 km.

Instrumentering

Envisat inneholder ni instrumenter for jordobservasjon og gir oss informasjon om Jorda (land, vann, is og atmosfære). De fleste av Envisats instrumenter er videreutviklede modeller av instrumenteringen fra andre satellitter, hovedsakelig ERS-1 og ERS-2. Instrumenteringen veier 2118 kg og instrumenteringsinnkapslingen opptar 3099 kg på massebudsjettet. Envisat inneholder også en rekke kontrollmoduler (bl.a. nyttelaststyringsmodul, servicemodul og fremdriftsmodul) og kommunikasjonsantenner i tillegg til instrumenteringen.
Følgende instrumentering finnes på Envisat:

DORIS

Doppler Orbitography and Radiopostioning Integrated by Satellite
DORIS er et trackingsystem som kommuniserer med et tett nettverk av bakkemerker. På bakkestasjonene og i satellitten blir målingene presisjonsbearbeidet slik at Envisat får en omløpsbane med bare få centimeters avvik. I tillegg gir DORIS data som hjelper oss å forstå dynamikken til Jorda, overvåke isbreer, jord-ras og vulkaner. Den hjelper også med å bedre modelleringen av Jordas gravitasjonsfelt og ionosfæren. For å studere Jordas ionosfære brukes et dobbelt frekvenssystem som estimerer antallet frie elektroner.
DORIS ble opprinnelig laget for å utføre en presis omløpsanalyse av LEO-satellitter. Den ble konstruert for å gi en nøyaktighet på 10 cm eller mindre, og det realiseres ved hjelp av dopplerskifte som referanse. DORIS ble første gang brukt om bord på SPOT2-satellitten som ble sendt opp i 1990. Siden den gang har det blitt sendt opp flere satellitter med DORIS installert.
DORIS-instrumentet består av en ultrastabil krystalloscillator (USO) som er identisk med USOen som blir brukt på bakkemerkene til DORIS. Den har også dobbel frekvensantenne som sender i alle retninger. Hvert signal som sendes fra en bakkestasjon inneholder ID, som gir meteorologiske data og informasjon om stasjonens operasjonsstatus. Meldingen varer i 0,8 sekunder og blir sendt hvert 10. sekund. Toulouse og Kourou fungerer som tidsreferanse til DORIS. Her benyttes atomklokker for å få nøyaktig tid. Hovedkvarteret for posisjoneringen av DORIS ligger Toulouse.

MERIS

MERIS (MEdium Resolution Imaging Spectrometerer) et spektrometer som måler solstrålingen som reflekteres fra skyer og jordoverflaten. Instrumentet analyserer 15 spektralbånd i det synlige og infrarøde spekteret, fra 390 til 1040 nanometer, har en synsvinkel på 68,5° og en oppløsning på 300 m. Ved hjelp av et spektrometer og en todimensjonal CCD-matrise gir den både romlig- og spektral sampling. Dette spektrometeret kan for eksempel overvåke algeoppblomstringer og vannkvalitet langt kysten.
Den primære oppgaven er å observere fargen og sirkulasjonen i havet. Dette reflekterer biologisk aktivitet. Instrumentets målinger er et viktig bidrag til forskere som vil forstå havet og dets systemet. Den sekundære oppgaven er undersøkelser av atmosfæriske parametere i skyer, vanndamp og aerosoler. I tillegg kommer jordoverflateparametere som vegetasjonsprosesser der den spektrale signaturen til vegetasjonen gir informasjon om vekstfase og klorofyllnivå.

MIPAS

Michelson Interferometer for Passiv Atmospheric Sounding
Dette er et såkalt Fourier-transform-spektrometer, som måler termisk stråling fra gasser i den midlere og øvre atmosfæren. Målingene foretas i bølgelengdeområdet fra ca. 4 μm til 15 μm.
Instrumentet kan kartlegge global distribusjon av opptil 20 forskjellige gasser, bl.a. O₃, HNO₃, H₂O, N₂O, CH₄, og KFK-gasser. Instrumentet veier 320 kg, har et effektforbruk på 210 W og en datarate på 550 kbit/s. MIPAS kan registrere og spektralt løse opp store mengder emisjoner som opptrer i atmosfæren. Fordelen med dette instrumentet er at alle gassene kan måles samtidig, men dette fører til at analysemetodene for å skille ut og bestemme konsentrasjonen til den enkelte gassen blir svært ressurskrevende.
Data fra MIPAS gjør det enklere å forstå ozonproblematikken og klimaoppvarmingen. Målinger fra MIPAS gir data med en unik global dekning, uavhengig av lysforhold eller årstid. MIPAS-instrumentet kan også observere loddrett i forhold til omløpsbanen.

MWR

MicroWave Radiometer
Hovedoppgaven til mikrobølgeradiometeret er måling av den totale vannmengden som er i atmosfæren og vanninnholdet i skyene. Dette brukes for å korrigere RA-2 signalet. MWR er et tokanals radiometer som opererer på frekvensene 23,8 GHz og 36,5 GHz. Disse frekvensene brukes for å måle styrken av den svake vanndampsemisjonslinjen. MWR veier 25 kg, har et effektforbruk på 23 W og en datarate på 16,7 kbit/s.

RA-2

Radar Altimeter-2
RA-2 er en radarhøydemåler som bruker en nadir-rettet-puls for å bestemme en toveis forsinkelse av radarekkoet fra Jordens overflate. Den har en hovedfrekvens på 13,575 GHz og har en veldig høy presisjon på målingene. En kanal med frekvens 3,2 GHz, beregner feil i rekkeviddemålinger, forårsaket av gjenomløpstid av radarsignalet gjennom ionosfæren. Nøyaktigheten på målingen avhenger av karakteristikken til Jordoverflaten. Best nøyaktighet fåes ved målinger rett over havet, fordi det er tilnærmet homogent. Tida fra utsending av puls til mottak av ekko, er proporsjonal med høyden til satellitten. Styrken og formen til ekkoet inneholder informasjon om karakteristikken til overflaten som forårsaket refleksjonen.

SCIAMACHY

SCanning Imaging Absorption spectroMeter for Atmospheric CHartographY.
Primæroppgaven til instrumentet er å utføre globale målinger av gasser i troposfæren og stratosfæren. SCIAMACHY tar målinger av solspektre, topografi, egenskaper til skyer, hav- og bakkerefleksjon. SCIAMACHY er en fortsettelse av GOME-instrumentet som så «verdensrommet» på nært hold første gang i 1995 om bord på ERS-2. Forskjellen er de fire første kanalene på SCIAMACHY som dekker de samme bølgelengdene i UV og synlig lys som GOME dekker. Det som også er nytt i forhold til GOME er at SCIAMACHY har muligheten til å kalkulere sfærisk geometri, og kan ta høyoppløselige bilder av H₂O, O₃ og CH₄. SCIAMACHY kan også brukes til å lage ozonkart.

LRR

Laser Retro Reflector
LRR er et passivt speil og kan derfor ikke betraktes som et instrument. Den brukes som støtte til posisjonsbestemmelse og til RA-2 instrumentet som høydekalibrering. Ved hjelp av ILRS-stasjoner, som er et globalt nettverk av bakkebaserte laserstasjoner, kan man få en veldig nøyaktig posisjonsbestemmelse til satellitten. Laserstasjonene sender korte pulser opp mot Envisat, og måler deretter tiden det tar til ekkoet mottas. Dermed kan posisjonen til Envisat beregnes.

Fremdriftsmodul

Envisat benytter enkomponentdrivstoff av typen hydrazin, N₂H₄, for banekorreksjon. Envisat bærer 319 kg drivstoff og dette er fordelt på fire tanker. Fremdriftssystemet drives av en termisk kontroll og et solcellepanel med modifisert maskinvare fra SPOT-4, alt forbundet med servicemodulen. Det forventes et drivstofforbruk på 1/3 innen ti år.

Banekontrollmodul

Banekontrollmodulen (OCM) sørger for at Envisat holder seg innenfor de krav som er stilt til avvik fra sin planlagte rute. Dette kravet er satt til 1 km og med minimal forstyrrelse av målinger og Envisats oppdrag generelt. Såkalte in-plane-manøvreringer korrigerer høyde for å kompensere luftmotstand. Viktige faktorer her er baneforsinkelsen, lufttettheten og solaktiviteten. Dette er faktorer som henger direkte sammen og bestemmer hyppigheten til in-plane-manøvreringene (normalt to ganger pr. mnd.). Out-of-plane-manøvrering kompenserer for inklinasjonsavvik forårsaket av sol- og månegravitasjon. Solvind påvirker også inklinasjonen, men i mindre grad enn sol- og månegravitasjon. Manøvreringene skjer i ellipse for å unngå og skade optiske sensorer i direkte solstråling.
Høyde- og banekontrollsystemet bruker en stjernesensor og flere gyroer sammen med solsensorer og jordsensorer. RA-2 og MWR måler, ved hjelp av en dobbel frekvensmodulert puls, satellittens høyde over Jordas overflate med 4,5 cm nøyaktighet. Den første frekvensen er hovedsignalet og den andre frekvensen brukes til ionosfæregjennomløpstidskorreksjoner. DORIS og LRR måler eksakt baneposisjon til satellitten med 4,5 cm nøyaktighet og banehastighet med nøyaktighet 0,4 mm/s. Dette er basert på nøyaktig måling av dopplerskift i radiofrekvenssignaler sendt fra bakkepunktene til satellitten. Dopplermålingene gjøres ved 2,03625 GHz og de ionosfæriske korreksjoner måles ved 401,25 MHz. DORIS er et standardsystem brukt på flere satellitter som trenger høy posisjonsnøyaktighet.

Servicemodul

Envisats servicemodul (SVM) er en videreføring av SPOT-4 hvor designet er nytt, men prinsippet er det samme. SVM veier 2673 kg, har et effektforbruk mellom 684 W og 859 W avhengig av posisjon og er utviklet av Astrium (Dornier).