Satellieten - Delft Matters

Techniek & Innovatie Satellieten

Harmony satellieten

observeren klimaatprocessen

Tekst Jos Wassink
© Stephan Timmers

Ruimtevaartmissies hebben een lange aanlooptijd. De lancering van de twee Harmony observatiesatellieten die ruimtevaartorganisatie ESA vorig jaar selecteerde als tiende Earth Explorer, vindt pas in 2029 plaats vanaf Kourou in Frans-Guyana.

Het project van 420 miljoen euro is het geesteskind van geowetenschapper dr.ir. Paco López-Dekker en zijn team bij de afdeling geoscience and remote sensing (faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen). Hun voorstel behelst twee satellieten die, in goede harmonie uiteraard, samenwerken met ESA’s satelliet Sentinel-1D – een radarsatelliet die in een polaire baan om de aarde cirkelt.

Eigenlijk draait de aarde onder Sentinel door terwijl de satelliet steeds dezelfde baan beschrijft, 693 kilometer boven de noord- en zuidpool. Na 12 dagen is de satelliet 175 keer rond de aarde gevlogen (met een omlooptijd van ongeveer 90 minuten) en terug op het startpunt. Elk punt op de aarde is dus iedere 12 dagen te scannen, en punten dichter bij de polen vaker. De radarbundel die de aarde aftast is standaard 250 kilometer breed (en smaller voor een hogere resolutie).

Tekst Jos Wassink
© Stephan Timmers

Ruimtevaartmissies hebben een lange aanlooptijd. De lancering van de twee Harmony observatiesatellieten die ruimtevaartorganisatie ESA vorig jaar selecteerde als tiende Earth Explorer, vindt pas in 2029 plaats vanaf Kourou in Frans-Guyana.

Het project van 420 miljoen euro is het geesteskind van geowetenschapper dr.ir. Paco López-Dekker en zijn team bij de afdeling geoscience and remote sensing (faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen). Hun voorstel behelst twee satellieten die, in goede harmonie uiteraard, samenwerken met ESA’s satelliet Sentinel-1D – een radarsatelliet die in een polaire baan om de aarde cirkelt.

Eigenlijk draait de aarde onder Sentinel door terwijl de satelliet steeds dezelfde baan beschrijft, 693 kilometer boven de noord- en zuidpool. Na 12 dagen is de satelliet 175 keer rond de aarde gevlogen (met een omlooptijd van ongeveer 90 minuten) en terug op het startpunt. Elk punt op de aarde is dus iedere 12 dagen te scannen, en punten dichter bij de polen vaker. De radarbundel die de aarde aftast is standaard 250 kilometer breed (en smaller voor een hogere resolutie).

Sentinel 1 zendt radarpulsen uit, de Harmony-satellieten 2 ontvangen en verwerken de reflecties. Ze vliegen op 366 kilometer voor en achter de Sentinel 3, óf ze vliegen als duo vlak bij elkaar 4 op afstand van Sentinel. Harmony A en B kunnen zich terug laten vallen 5 in een lagere baan om de Sentinel-satelliet in te halen en ook weer in dezelfde baan terugkomen.

De waarneming werkt via radar-interferometrie – de beproefde techniek InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) om langzame verplaatsingen op de grond te bestuderen. De resolutie van radar ligt in de orde van (tientallen) meters maar door de interferometrie springen verschuivingen van enkele millimeters per jaar er duidelijk uit. Vooral in de kijkrichting, min of meer loodrecht op de bewegingsrichting, is InSAR heel gevoelig, dus in de oost-west en verticale richtingen 6. Dankzij Harmony A en B komt daar nu ook de noord-zuidrichting bij. Verschuivingen aan het aardoppervlak worden dus in één keer in drie richtingen vastgelegd 7. Denk aan oppervlaktemetingen van opzwellende vulkanen of 8 afsmeltende gletsjers 9. Door metingen van hoogteverandering en stroomsnelheid (tot meters per dag) te combineren is de snelheid van het ijsverlies te berekenen.

Energie-uitwisseling tussen oceaan en atmosfeer is het hoofdthema van Harmony. Uit infraroodmeting 10 bepaalt de satelliet de temperatuur van het oppervlaktewater. Stromingen worden met Doppler 11 gemeten, net als bij verkeerscontroles. De verstrooiing is een maat voor de ruwheid van de zee 12 en daarmee voor de heersende wind. Van wolken kan Harmony zowel de hoogte als de snelheid meten 13. Met al die gegevens kunnen weersmodellen getest worden. “We willen de uitwisseling tussen lucht en water die plaatsvindt tussen 100 meter en een kilometer vertalen in parameters voor klimaatmodellen”, vat López-Dekker de Harmony-missie samen.