De originele GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) was een gezamenlijk project van de US Space Agency (NASA) en het German Aerospace Center (DLR). De twee identieke satellieten, die elkaar op een kleine afstand van ongeveer 200 km op hetzelfde pad volgden, werden op 17 maart 2002 vanuit Plesetsk in Rusland in een baan om de aarde gebracht.
De satellieten gebruikten microgolven om continu de onderlinge afstand te meten. De massale aantrekkingskracht beïnvloedde de baan van de satellieten en hun snelheid. De resulterende minimale veranderingen in afstand maakten het mogelijk om nauwkeurige conclusies te trekken over de verdeling van massa's op aarde en de veranderingen die ze ondergingen. Dit leverde belangrijke informatie op, bijvoorbeeld over het smelten van de poolkap, de afname van grondwaterreservoirs en voor het schatten van de zeespiegelstijging.
Na ongeveer 15 jaar hadden de twee satellieten het einde van hun levensduur bereikt - batterijproblemen en het opraken van de brandstof leidde tot de beëindiging van de missie. Vanwege de grote relevantie voor onderzoek naar het aardsysteem, lanceerden het Duitse onderzoekscentrum voor geowetenschappen Potsdam (GFZ) en NASA in mei 2018 de vervolgmissie GRACE-FO (Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On), die bedoeld is om de doelstellingen van het oorspronkelijke project voort te zetten.
Nieuwe technologie voor een succesvolle missie
De "tweeling" satellieten van GRACE en hun vervangers zijn gebouwd door Airbus. Beide satellieten hebben stersensoren en accelerometers aan boord voor controle en het bepalen van (niet-gravitatie) verstorende krachten.
De positie en snelheid van de satellieten worden bepaald door GPS-ontvangers en door satelliet-laser variërende retroreflectoren. Bovendien zijn de twee satellieten uitgerust met een microgolfsysteem in de K-band, waarmee de afstand en vooral de verandering ervan met een nauwkeurigheid van meer dan 0,1 µm / s kan worden bepaald. GRACE-FO heeft ook een Laser Ranging Interferometer (LRI) aan boord voor een technologiedemonstratie.
Het door Althen geleverde verplaatsingsmeetsysteem KD-5100 maakt deel uit van de Laser Communication Terminal (LCT), die wordt gebruikt om licht of laserstralen over lange afstanden door te geven. De Eddy Current Sensor wordt gebruikt om de laserspiegels uit te lijnen binnen de LCT's van beide GRACE-FO-satellieten.
KD-5100: Nanometer nauwkeurige afbuiging van laserstralen
Om ervoor te zorgen dat de satellieten met elkaar kunnen communiceren door middel van laser, worden twee nauwkeurig op elkaar afgestemde KD-5100 Eddy Current Sensoren op de achterkant van de respectievelijke servomotor gestuurde snelle stuurspiegels (FSM) in twee coördinaatassen geplaatst. Als een van de spiegels beweegt, wordt de andere overeenkomstig aangepast. Het uitgangssignaal van de KD5-100 wordt gebruikt om de spiegelpositie actief te regelen. Het uiterst nauwkeurige meetsysteem werkt met een resolutie tot op de nanometer. Naast gebruik in satellieten wordt de KD-5100 ook gebruikt in grondstations en in beeldstabilisatiesystemen.
Elk van de twee huidige satellieten levert dagelijks tot 200 profielen van temperatuurverdeling en waterdampconcentratie in de atmosfeer en de ionosfeer. Deze worden onder meer gebruikt om weersvoorspellingen te verbeteren.
Dankzij GRACE-FO zijn voor het eerst sinds 2020 wereldwijd gegevens over het vochtgehalte van de bodem en de toestand van het grondwater regelmatig beschikbaar.