Potenzial-Differenzen durch Frequenzübertragung mit ACES

Das „Atomic Clock Experiment in Space“ (ACES) der Europäischen Raumfahrt Agentur ESA soll Zeit- und Frequenzübertragung zwischen Atomuhren auf der ISS (International Space Station) und Bodenterminals mit einer relativen Genauigkeit von 10-17 ermöglichen. Damit ließen sich zwischen zwei Bodenterminals Potenzialdifferenzen ableiten, die einer Höhendifferenz von 10 cm entsprechen. Mit diesem Projekt soll grundsätzlich die Durchführbarkeit und die erzielbare Genauigkeit für die Ableitung von Potenzialdifferenzen durch Frequenzübertragung zwischen Atomuhren untersucht werden. Dabei sollen unter verschiedenen Bedingungen Boden-zu-Boden Uhrenvergleiche mit gleichzeitiger Verbindung zum ACES Raumsegment („common view“) durchgeführt werden.

: Bodenspur der ISS mit möglichen Aufstellungsorten der festen Bodenterminals (©ESA)

ACES sieht ca. sieben fest stationierte Bodenterminals vor. Weitere mobile Bodenterminals soll eingesetzt werden.

Auf wenigen Kalibrationspunkten, deren Potenzialwerte sich deutlich unterscheiden aber möglichst genau bekannt sind und die einen hoch präzisen Frequenzvergleich zulassen. Als Kalibrationspunkte kommen a) die Zugspitze (ca. 3000 m über Meeresniveau), b) die Fundamentalstation Wettzell (ca. 800 m über Meeresniveau) und c) das AWI in Bremerhaven (auf Meeresniveau) in Frage. Die Messungen auf den Kalibrationspunkten sollen eine realistische Fehlerabschätzung erbringen.

Auf dem deutschen Forschungsschiffs Polarstern, um entlang einer Schiffsroute von Bremerhaven in die Antarktis Potenzialdifferenzen der dynamischen Ozeantopographie (DOT) zu bestimmen und diese mit unabhängigen Schätzungen der DOT vergleichen zu können. Dieser Einsatz eines Bodenterminals auf einer bewegten Plattform ist ausgesprochen experimentell.

Auf bzw. in unmittelbarer Nachbarschaft von Pegelstationen in Europa und Südamerika, die traditionell zur Festlegung des Nullpunktes nationaler Höhensysteme verwendet wurden. Die Zeit- und Frequenzübertragung mit Hilfe von Atomuhren stellt eine völlig neue und einzigartige Strategie zur Vereinheitlichung nationaler Höhensysteme dar.