Obwohl er ursprünglich nur als Technologiedemonstrator für eine zukünftige Satellitenkonstellation gedacht war, hat der kleine arktische Wettersatellit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) bereits einen Erfolg erzielt, der alle Erwartungen übertrifft. Das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF), eine der weltweit führenden Institutionen in diesem Bereich, hat begonnen, seine Daten operativ in seinen Systemen zur Erstellung von Vorhersagemodellen zu nutzen. Dieser Schritt stellt eine außerordentlich starke Bestätigung der Qualität und des Werts der Mission dar und beweist, dass auch kleinere, agil entwickelte Satelliten revolutionäre Fortschritte in der Wissenschaft und im täglichen Leben bringen können.

Diese Mission, die vom Konzept bis zum Start in einer Rekordzeit von nur drei Jahren und mit einem deutlich geringeren Budget im Vergleich zu traditionellen Weltraumprojekten realisiert wurde, liefert außerordentlich wertvolle Daten über die Feuchtigkeit und Temperatur der Atmosphäre. Die von diesem kompakten Satelliten gesammelten Daten werden nun mit zahlreichen anderen Beobachtungen aus verschiedenen Quellen integriert. Sie werden mit kurzfristigen Vorhersagen, die auf früheren Messungen basieren, zusammengeführt, um ein möglichst genaues Bild des aktuellen Zustands der Erdatmosphäre zu erstellen. Diese detaillierte Analyse dient als entscheidender Ausgangspunkt für die Erstellung aller zukünftigen Wettervorhersagen, von kurzfristigen bis hin zu langfristigen.

Revolution in der Sammlung meteorologischer Daten

Die Informationen, die das Mikrowellenradiometer des arktischen Wettersatelliten liefert, ergänzen die Daten von ähnlichen, aber wesentlich größeren und teureren Satelliten, die von Organisationen wie der Europäischen Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten (Eumetsat), der US-amerikanischen Nationalen Ozean- und Atmosphärenbehörde (NOAA) und der Chinesischen Meteorologischen Verwaltung (CMA) betrieben werden. Der entscheidende Vorteil dieses Satelliten liegt in seiner Agilität und seinen spezialisierten Sensoren, die neue Möglichkeiten in der Erdbeobachtung eröffnen.

Erstmals operiert der arktische Wettersatellit im sogenannten "Submillimeter"-Spektralbereich und verwendet Wellenlängen von weniger als einem Millimeter. Diese Technologie ermöglicht Wissenschaftlern einen völlig neuen Einblick in die Bildung und Struktur von Eiswolken, was bisher mit den vorhandenen Instrumenten äußerst schwer zu verfolgen war. Die Mission hat damit unbestreitbar bewiesen, dass qualitativ hochwertige, passive Mikrowellenmessungen mit einem kleinen und kostengünstigen Satelliten erzielt werden können. Dieser vor etwa anderthalb Jahren gestartete Prototyp, der für einen Bruchteil der Kosten einer traditionellen Erdbeobachtungsmission entwickelt wurde, hat bereits gezeigt, dass der "New Space"-Ansatz – der eine schnelle Entwicklung bei geringeren Kosten vorsieht – erfolgreich auf eine zukünftige Konstellation ähnlicher Satelliten angewendet werden kann.

Die Entscheidung des ECMWF, seine Daten in sein operatives Vorhersagesystem zu assimilieren, stellt die stärkste mögliche Anerkennung der Exzellenz dieser Mission dar. Analysen haben gezeigt, dass die Daten dieses Satelliten eine robuste Verbesserung der Vorhersagen bringen, insbesondere bei der Windvorhersage. Auf Vorhersagekarten sind die Bereiche mit Verbesserungen deutlich sichtbar. Darüber hinaus ermöglicht der neue 325-GHz-Kanal, den der Satellit verwendet, die Erfassung niedrigerer Strahlungstemperaturen, was eine deutlich klarere Darstellung und Analyse starker Zyklone wie Taifune ermöglicht und deren Entwicklung und Zugbahn genauer verfolgt werden kann.

Die "New Space"-Philosophie als Schlüssel zum Erfolg

Ville Kangas, Projektleiter des arktischen Wettersatelliten bei der ESA, äußerte seinen großen Stolz auf die Errungenschaften der Mission. "Obwohl wir zuversichtlich waren, dass unser 'New Space'-Ansatz bei der Entwicklung und dem Bau des Satelliten erfolgreich sein würde, hat seine Leistung im Orbit unsere Erwartungen bei weitem übertroffen", erklärte er. "Angesichts der Tatsache, dass dies nur ein Demonstrator ist – ein Vorläufer einer potenziellen Konstellation von Satelliten, die in der Lage sind, einen nahezu kontinuierlichen Datenstrom für die sehr kurzfristige Wettervorhersage in der Arktis und darüber hinaus zu liefern – könnten wir mit dem Erreichten nicht zufriedener sein."

Mit einer Masse von nur 125 kg und den Abmessungen 1,0 m × 5,3 m × 0,9 m gehört der arktische Wettersatellit zur Kategorie der Kleinsatelliten. Sein Schlüsselinstrument ist ein 19-Kanal-Mikrowellenradiometer mit Querscan, das hochauflösende vertikale Profile der atmosphärischen Temperatur und Feuchtigkeit bei allen Wetterbedingungen, unabhängig von der Bewölkung, liefert. Trotz seines Namens sammelt der Satellit Messungen auf der ganzen Welt. Seine Feuchtigkeitsdaten sind jedoch besonders wertvoll für die Wettervorhersage in der Arktis, wo sich die Wasserdampfkonzentrationen extrem schnell und dramatisch ändern können, was einen erheblichen Einfluss auf die Wetterbedingungen auf der gesamten Nordhalbkugel hat.

Die Arktis im Fokus: Die globale Bedeutung der Polarregion

Die Folgen der Klimakrise sind in der Arktis deutlich stärker zu spüren als in anderen Teilen der Welt, ein Phänomen, das als "arktische Verstärkung" bekannt ist. Doch was in der Arktis geschieht, bleibt nicht in der Arktis; diese Veränderungen beeinflussen das Erdsystem als Ganzes, indem sie Meeresströmungen und globale Wettermuster verändern. Informationen vom arktischen Wettersatelliten und einer potenziellen zukünftigen Konstellation namens EPS-Sterna werden eine unschätzbare Unterstützung für die Erforschung des Klimawandels und ein besseres Verständnis dieser komplexen Prozesse bieten.

Die vorgeschlagene EPS-Sterna-Konstellation würde aus sechs Satelliten bestehen, wodurch eine deutlich größere zeitliche Abdeckung und eine schnellere Datenaktualisierung gewährleistet würden. Es ist geplant, dass jeder Satellit in der Konstellation während seiner Betriebsdauer dreimal ersetzt wird, um eine kontinuierliche Datenlieferung über viele Jahre hinweg sicherzustellen. Es ist vorgesehen, dass die ESA die EPS-Sterna-Konstellation in Zusammenarbeit mit Eumetsat baut und dabei dem etablierten und bewährt erfolgreichen Modell folgt, das auch für andere europäische meteorologische Missionen wie die geostationären Meteosat-Satelliten und die polarumlaufenden MetOp-Satelliten verwendet wird.

Bestehende Systeme haben ihre Grenzen. Die geostationären Meteosat-Satelliten, die sich in einer Höhe von 36.000 km über dem Äquator befinden, senden alle 15 Minuten Bilder, haben aber keine Sicht auf höhere geografische Breiten in der Nähe der Pole, was sie für die Wettervorhersage in der Arktis ungeeignet macht. Andererseits liefern die MetOp-Satelliten Daten über die Pole, während sie die Erde in einer niedrigeren Umlaufbahn umkreisen, aber es kann bis zu 24 Stunden dauern, bis eine globale Abdeckung erreicht ist. Die EPS-Sterna-Konstellation aus sechs Satelliten würde genau diese kritische Lücke in der zeitlichen Abdeckung füllen und sogenanntes "Nowcasting" ermöglichen – die Überwachung und Vorhersage des Wetters in sehr kurzer Zeit. Wenn die EPS-Sterna-Konstellation Realität wird, würde sie bestehende Missionen wie MetOp Second Generation, das US-amerikanische JPSS-System und die chinesischen Fengyun-Polarwettermissionen ergänzen, die Anzahl der Orbitalebenen von drei auf sechs verdoppeln und damit das globale Beobachtungssystem dramatisch verbessern.