Welche Flugbahnen haben die Fengyun-Satelliten, die täglich in der Wettervorhersage erscheinen?

Wir sind es gewohnt, vor dem Ausgehen das Wetter zu prüfen. Aber wissen Sie, wie wir angesichts unregelmäßiger Wetteränderungen zeitnahe Prognosen erstellen? Dies bringt uns zu Wettersatelliten, wie etwa den bekannten Wettersatelliten der „Fengyun-Serie“.

Im Spätsommer und Frühherbst kommt der September und das Wetter wird allmählich kühler. Zufälligerweise wurde der Satellit Fengyun ursprünglich im September gestartet.

Am 7. September 1988 wurde der Satellit Fengyun-1A (FY-1A) gestartet; Am 3. September 1990 wurde der Satellit Fengyun-1B (FY-1B) gestartet. Heute sind die Fengyun-Satelliten zu einer Serie angewachsen.

Wer sind die Mitglieder der chinesischen Fengyun-Satellitenfamilie? Wie sind ihre jeweiligen Flugrouten? Warum dies wählen?

Satellitenbild der Wolken von Fengyun (Quelle: China National Meteorological Administration)

Die vier großen Familien im Fengyun-Satelliten

Der Satellit ermöglichte erstmals eine umfassende Erfassung und Anwendung der meteorologischen, ozeanischen und Weltraumumgebung meines Landes und leitete eine neue Ära in der Raumfahrtindustrie meines Landes ein. Fengyun-Satelliten haben Namen wie „Nr. 1“, „Nr. 2“ und „Nr. 3“, aber jeder Name bezieht sich nicht auf einen einzelnen Satelliten.

Beispielsweise ist bei den Satelliten Fengyun-1A (FY-1A) und Fengyun-1B (FY-1B) „FY“ die Abkürzung für „Fengyun“, „1“ steht für „Nr. 1“ und A und B sind ihre weiteren Codes.

Fengyun-1 ist die erste Generation eines „sonnensynchronen Wettersatelliten“ meines Landes, der hauptsächlich zur Gewinnung globaler meteorologischer Wolkenkarten und Ozeandaten verwendet wird. Gleichzeitig kann es auch sichtbares Licht bei Tag und Nacht sowie Infrarotbilder von Wolken, Eis- und Schneebedeckung, Vegetation, Meeresfarbe, Meeresoberflächentemperatur usw. erfassen und so die notwendigen Basisdaten für mittel- und langfristige Wettervorhersagen, meteorologische und meereswissenschaftliche Forschung sowie Klimavorhersagen liefern und spielt auch eine große Rolle bei der Katastrophenüberwachung und Umweltfernerkundung.

Bereits 1977 wurde der vorläufige Gesamtplan für den Wettersatelliten Fengyun-1 erstellt und anschließend wurden umfassende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchgeführt. Im Oktober 1985 wurde das Wettersatellitenprojekt Fengyun-1 als Schlüsselprojekt für die Entwicklung von Satellitenmodellen während des Siebten Fünfjahresplans aufgeführt, und Fengyun-1A wurde 1988 erfolgreich gestartet.

Das Paket der Satellitenserie Fengyun-1 enthält insgesamt 4 Satelliten. Etwa 10 Jahre nach dem Start der Satelliten A und B wurden 1999 und 2002 die Satelliten C und D gestartet. Derzeit sind alle vier Satelliten ausgefallen und außer Betrieb genommen worden. Erwähnenswert ist, dass der ursprünglich gestartete Satellit A nur 39 Tage im Einsatz war, der Satellit D jedoch volle 10 Jahre lang als „Wettervorhersager“ diente.

Satellit Fengyun-1 (Fotoquelle: National Satellite Meteorological Center)

Fengyun-2 ist zudem nicht nur ein Satellit, sondern besteht aus zwei Experimentalsatelliten (FY-2A und FY-2B) und einer Reihe von Businesssatelliten (FY-2C, FY-2D, FY-2E, FY-2F, FY-2G, FY-2H usw.).

Die Satellitenserie Fengyun-2 kann tagsüber Wolkenbilder im sichtbaren Licht, Tag- und Nacht-Infrarot-Wolkenbilder und Wasserdampfverteilungskarten aufnehmen, Wetterkarten per Fax senden und meteorologische Überwachungsdaten von meteorologischen, hydrologischen und ozeanografischen Datenerfassungsplattformen sammeln. Bei dieser Serie handelt es sich um „Satelliten mit geosynchroner Umlaufbahn“.

Satellit Fengyun-2 (Fotoquelle: National Satellite Meteorological Center)

Die häufigen Iterationen von Fengyun-2 gewährleisten den kontinuierlichen Betrieb des Satelliten-Boden-Systems 24 Stunden am Tag, 365 Tage im Jahr. Nach FY-2D wurde fast alle 2 bis 4 Jahre ein neuer Fengyun-2-Satellit gestartet. Der Satellit 2H wurde 2018 gestartet und umfasst fast die gesamte Adoleszenz unserer jungen Menschen. Kein Wunder, dass es in den Wettervorhersagesendungen immer wieder vorkommt.

Die Designs und Funktionen dieser Satelliten der Fengyun-2-Serie sind sehr ähnlich. Der erste Satellit war noch in Betrieb, und der zweite wurde ins All geschossen und begann mit der Beobachtung. Es ist diese Art der „Sicherung“, die im letzten Jahrzehnt eine nahtlose Verbindung gewährleistet hat.

In Wettervorhersagen hört man manchmal „Fengyun-3“. Fengyun-3 besteht aus drei Satelliten (FY-3A, FY-3B und FY-3C). Obwohl sie den Spitznamen „Olympia-Stars“ tragen, wurde tatsächlich nur der erste kurz vor den Olympischen Spielen 2008 auf den Markt gebracht. Die letzten beiden wurden 2010 und 2013 eingeführt.

Sein damaliges Missionsziel bestand darin, zusammen mit dem Wettersatelliten Fengyun-2 meteorologische Unterstützungsdienste für die Olympischen Spiele bereitzustellen. Zu den Erfassungsobjekten zählen dreidimensionale, globale, wetterunabhängige, quantitative und hochpräzise Daten der atmosphärischen Umgebung der Erde. Fengyun-3 ist der „polarumlaufende, sonnensynchrone Satellit“, der die Nachfolge von Fengyun-1 antritt.

FY-3 Batch 1 (Fotoquelle: National Satellite Meteorological Center)

Was den neuesten Satelliten Fengyun-4 betrifft, wurde Star A am 11. Dezember 2016 gestartet und Star B wird natürlich folgen. Sie sind ebenfalls Satelliten mit geosynchroner Umlaufbahn und übernehmen die Rolle von Fengyun-2.

Am 27. Februar 2017 hat Fengyun-4A die ersten Bilder und Daten erfasst. China hat die weltweit erste geostationäre Hyperspektralkarte der Erdatmosphäre erhalten und veröffentlicht und außerdem erstmals farbige Satelliten-Wolkenkarten und Karten zur Blitzverteilung erhalten.

Fengyun-4A (Fotoquelle: Nationales Satellitenmeteorologisches Zentrum)

Die Umlaufbahnen dieser Satelliten sind sehr leicht zu merken: Die ungeraden Nummern, Nr. 1 und Nr. 3, sind Satelliten mit polarer Umlaufbahn und sonnensynchroner Umlaufbahn, und die geraden Nummern, Nr. 2 und Nr. 4, sind stationäre Satelliten mit geosynchroner Umlaufbahn.

„Sonnensynchron“, wie synchronisiert man?

Fengyun-1 und Fengyun-3 sind polarumlaufende, sonnensynchrone Satelliten. Die sogenannte „polare Umlaufbahn“ bedeutet, dass die Umlaufbahn über den Nord- und Südpol der Erde verläuft und die Umlaufbahnebene senkrecht zur Äquatorebene der Erde steht.

Doch in der Realität verläuft die Umlaufbahn des Satelliten meist nicht exakt durch den Südpol oder Nordpol, sondern ist leicht geneigt. Genauer gesagt handelt es sich um eine „nahezu polare Umlaufbahn“, und der Winkel zwischen der Umlaufbahnebene und der Äquatorebene beträgt nahezu 90 Grad.

Stellen wir uns einen Globus vor, der sich an Ort und Stelle dreht, wobei die Stütze an der Seite des Globus wie die Orbitalebene angeordnet ist. Wenn es im Universum keine besondere Kraft gäbe, wäre diese Ebene so bewegungslos wie eine Klammer. Während sich die Erde dreht, wird die Umlaufbahn des Satelliten dann alle Gebiete der Erde überqueren.

Globus (Bildquelle: justglobes.uk)

Aber bewegt sich die Satelliten-Orbitalebene wirklich nicht?

Wenn die Erde eine gleichmäßige Kugel ist, sind die Kräfte auf dem Satelliten in einer Umlaufbahn mit einer Neigung von 90 Grad ausgeglichen und die Umlaufbahnebene rotiert nicht. Dies wird als „Übersetzung“ mit der Erde bezeichnet.

Allerdings ist die Erde ein abgeplattetes Sphäroid, und die auf den Satelliten wirkende Gravitationskraft ist nicht an jedem Punkt des abgeplatteten Sphäroids gleich groß, und die Erdachse ist geneigt. Dies führt dazu, dass sich die Umlaufbahn des Satelliten in entgegengesetzter Richtung um die Erdachse dreht. Dies wird als „Präzession“ der Umlaufbahn bezeichnet. Daher sollte für die sonnensynchrone Umlaufbahn eine Bahnneigung von etwas mehr als 90° gewählt werden.

Berechnungen zufolge beträgt die Präzessionsrate etwa 1°, was gerade ausreicht, um die Orbitalebene in einer festen Ausrichtung zur Sonne zu halten. Mit anderen Worten: Auch die Umlaufbahn des Satelliten dreht sich jährlich um 360° und steht dabei immer senkrecht auf der Verbindungslinie zwischen Sonne und Erde. Dann wird der Satellit, der die Erde umkreist, nicht von der Erde blockiert und kann vollständig dem Sonnenlicht ausgesetzt werden, was als „Sonnensynchronisation“ bezeichnet wird.

Was die sonnensynchrone Umlaufbahn also tatsächlich synchronisiert, ist die Erdumdrehung.

Der Satellit Fengyun hat diese Umlaufbahn gewählt, die für die Gewinnung von Wettervorhersageinformationen sehr vorteilhaft ist. Erstens kann die Nutzung der Sonnenenergie zur Stromerzeugung maximiert werden. Zweitens scheint die Sonne jedes Mal, wenn ein Satellit über ein bestimmtes Gebiet fliegt, aus demselben Winkel auf dieses Gebiet. Durch den Vergleich der aufgenommenen Fotos können weitere Informationen gewonnen werden.

„Geosynchrone Station“, kann diese auch stationär am Himmel stehen?

Fengyun-2 und Fengyun-4 sind „stationäre“ Satelliten in „geosynchroner Umlaufbahn“. Wie bleiben sie also still?

Tatsächlich verharren sie im Universum nicht still. Es ist nur so, dass wenn wir auf der Erde in den Himmel schauen, der Satellit immer über unseren Köpfen ist und nicht wegfliegt, als ob er stillstehen würde.

Von der Erde aus gesehen geht die Sonne im Osten auf und im Westen unter, da sich die Erde von Westen nach Osten dreht. Die sogenannte „geosynchrone Umlaufbahn“ ist mit der Erdrotation synchronisiert. Die Umlaufzeit des Satelliten entspricht der Rotationsperiode der Erde im Trägheitsraum (23 Stunden, 56 Minuten und 4 Sekunden) und seine Richtung stimmt damit überein. Daher dreht sich der Satellit immer mit der Erde und seine Position relativ zum Boden bleibt unverändert.

Animation der geosynchronen Umlaufbahn (Bildquelle: Wikipedia)

Da die Bahnebene der geosynchronen Umlaufbahn mit der Äquatorebene zusammenfällt, beträgt die Bahnneigung 0 Grad. Der Satellit kann sich daher nicht direkt über einem beliebigen Gebiet (wie etwa Peking) aufhalten, sondern befindet sich immer über einem Ort auf dem Äquator.

Obwohl sich Chinas Fengyun-Satelliten nicht direkt über dem riesigen chinesischen Festland befinden, haben sie Längengrade gewählt, die mit denen der chinesischen Satelliten übereinstimmen. Beispielsweise wählten wir einmal Positionen wie 105 Grad, 99,5 Grad und 79 Grad östlicher Länge, aber als wir aufblickten, konnten wir nicht einmal einen Blick auf ihre Zahlen erhaschen.

Allerdings sind es diese Satelliten, die mit bloßem Auge nur schwer zu erkennen sind, die nicht nur das Satellitensystem bilden, das Chinas Wettervorhersage dient, sondern auch eine wichtige Rolle bei der Klimaüberwachung, der Katastrophenüberwachung und der Umweltfernerkundung spielen und einen großen Beitrag zur gesellschaftlichen Entwicklung leisten.

Produziert von: Science Popularization China

Produziert von: Wang Zheng

Hersteller: Computer Network Information Center, Chinesische Akademie der Wissenschaften