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EISCAT_3D: A European three-dimensional imaging radar for atmospheric and geospace research (Preparatory Phase)

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Neues polares Radarnetz im Bau

Eine Phased-Array-Radartechnologie der nächsten Generation verspricht einen Durchbruch in der Art, wie Umweltwissenschaftler Veränderungen in der Erdatmosphäre überwachen werden können.

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Das Messen und Verstehen der vom Menschen zu verantwortenden Veränderungen auf die Erde ist für die Umweltwissenschaftler ein wesentlicher Schwerpunkt. Die meisten dieser Änderungen sind nicht mit bloßem Auge oder auf der Oberfläche unseres Planeten sichtbar. Sie müssen in der oberen Erdatmosphäre und dem umgebenden interplanetaren Raum der Erde, im Geospace, untersucht werden. Dieser Bereich wird seit mehr als 30 Jahren unter Einsatz von inkohärentem Streuradar erforscht, das die Umgebung der Erde aus der Ferne erfasst. Die European Incoherent Scatter Scientific Association (EISCAT, deutsch etwa: Europäische Vereinigung für Forschung mit inkohärentem Streuradar) betreibt Radaranlagen in Skandinavien und auf den norwegischen Inselgruppen. Seit deren Bau ist die Radartechnik jedoch weiter fortgeschritten. EISCAT und Partners initiierten das EU-finanzierte Projekt EISCAT_3D_2 (A European three-dimensional imaging radar for atmospheric and geospace research (Preparatory Phase)), um den Weg hin zu einem verbesserten Modell des bewährten Radarsystems zu bereiten. Das sogenannte EISCAT_3D wird bei einer neuen Frequenz arbeiten und zur Realisierung von Beobachtungen Phased-Array-Technologie nutzen, die weit über das hinausgehen, was derzeit für die wissenschaftliche Gemeinschaft verfügbar ist. Das neue Radarsystem wird dem Bedürfnis der modernen Gesellschaft entsprechen, die georäumliche Umgebung der Erde als ein System zu verstehen und Effekte verherzusagen, die durch Weltraumwetterschwankungen verursacht werden. EISCAT_3D stellt eine Verbesserung gegenüber traditionellen Radaranlagen mit inkohärenter Streuung dar, die nicht in der Lage sind, kontinuierlich als geophysikalische Messinstrumente zu arbeiten. Es wird aus mehreren großen Antennenfeldern, sogenannten Phased-Arrays, bestehen, von denen einige derart ausgestattet sein werden, dass sowohl Signale übertragen als auch empfangen können. Die EISCAT-Wissenschaftler haben bereits mindestens fünf Radaranlagen konzipiert, wobei eine von diesen der zentrale Standort sein und einen Sender enthalten wird. Die Radaranlagen werden in den nördlichen Regionen Finnlands, Norwegens und Schwedens verteilt sein sowie sich innerhalb der Polarlichtzone befinden. Diese Standorte bieten einzigartige Forschungsmöglichkeiten, da die Kopplung des Sonnenwinds an Magnetosphäre, Ionosphäre und Atmosphäre dort am stärksten sind. EISCAT_3D_2 repräsentiert die Vorbereitungsphase, die planmäßig bis 2014 laufen sollte. Das Projektteam arbeitete an der Lösung von Problemen, die den Beginn des Baus des neuen Radars verzögerten. Unter anderem wurden die Standortwahl und Frequenzzuweisung abgeschlossen, wobei man wissenschaftliche Einschränkungen und Umweltauflagen berücksichtigte. Auf Grundlage der Simulationsarbeit empfahl man das optimale Antennen-Array-Layout und die passendste Empfängerkonfiguration. Die Montage von Prototypen der Schlüsselantennenelemente gestattete den Wissenschaftlern die Ermittlung von deren Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit. Überdies bestimmte man industrielle Partner für den Bau der relevanten Bauteile. Neben der Beschaffung von Hardwarekomponenten sind speziell dafür vorgesehene Signalverarbeitungsverfahren entwickelt worden. Der Umgang mit den zu erwartenden großen Mengen an zu sammelnden Daten (mehrere Billionen Bytes pro Sekunde) wird eine enge Zusammenarbeit mit regionalen und globalen E-Infrastrukturen für die Umwelt erfordern. EISCAT wird durch ihre Beteiligung an zahlreichen Konsortien den Austausch und die gemeinsame Nutzung von Daten mit anderen Geospace-Observatorien und Umweltforschungseinrichtungen erleichtern. In der nächsten Bauphase wird man alle Rechen-, Speicher- und Netzwerkanlagen einrichten und das Radarsystem einer strengen Erprobung unterziehen. Krönender Abschluss aller Arbeiten innerhalb von EISCAT_3D_2 und der Bauphase wird letztlich das Eintreten des Projekts in seine operative Phase sein. Das neue EISCAT_3D wird wesentliche Beiträge zur Ermittlung und Überwachung solar-terrestrischer Wechselwirkungen leisten.

Schlüsselbegriffe

Phased-Array, obere Atmosphäre, Geospace, Umgebung der Erde, incoherent scatter radars, Radar mit inkohärenter Streuung, inkohärentes Streuradar, EISCAT

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