Die Dynamik von Satellitenbahnen wird bestimmt durch konservative (Schwerefeld) und nicht-konservative (Widerstand der Hochatmosphäre, Strahlungsdruck, etc.) Kräfte. Alle Kräfte sind in unserem zentralen „Earth Parameter and Orbit System” Software-Paket EPOS modelliert und parametrisiert. Durch Auswertung von Beobachtungen wie „Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite“ (DORIS), „Global Navigation Satellite System“ (GNSS), „Satellite Laser Ranging“ (SLR) und anderen Techniken wie Intersatelliten-Abstandsmessungen auf GRACE oder GRACE-FO können wir mit EPOS im Sinne der Methode der kleinsten Quadrate die uns interessierenden Parameter (Erdorientierungsparameter, Stationskoordinaten, Schwerefeldkoeffizienten, Satellitenbahnparameter, etc.) mit höchster Genauigkeit berechnen und erhalten gleichzeitig hochgenaue Satellitenbahnen. 

Die Ergebnisse stellen wir den IAG-Diensten „International Earth Rotation and Reference Systems Service“ (IERS), „International Laser Ranging Service“ (ILRS) und „International DORIS Service“ (IDS) zur Verfügung und veröffentlichen die berechneten Satellitenbahnen für die wissenschaftlichen Nutzergemeinschaft über das GFZ ISDC. Gleichzeitig bieten wir auch verschiedenen Projektpartnern wie GMV, ESA oder DLR unsere präzisen Satellitenbahnen oder Basislinien zwischen Satelliten im Rahmen von Drittmittelprojekten zur Verfügung. Da EPOS auch einen Simulationsmodus besitzt, können wir die Auswirkungen von künftigen Instrumentierungen auf verschiedenen von der ESA geplanten Satellitenmissionen (z.B. Next Generation Galileo oder GENESIS) auf die geodätischen Zielparameter untersuchen.

Von besonderem Interesse ist für uns das Verfahren der Abstandsmessung mit Satelliten-Laserradar (SLR). Hier stellen wir regelmäßig verschiedene Produkte operationell im Rahmen eines offiziellen SLR-Analysezentrums für den International Laser Ranging Service (ILRS) zur Verfügung und tragen damit auch zur Entwicklung neuer internationaler Koordinatensysteme wie dem „International Terrestrial Reference Frame“ (ITRF) bei. Zusätzlich betreiben wir eine eigene SLR-Station auf dem Telegrafenberg als Teil des weltweiten Netzwerkes des ILRS. 

Ähnlich dem ILRS-Analysezentrum betreiben wir seit einigen Jahren auch ein assoziiertes Analysezentrum für den International Doris Service (IDS). Zur Auswertung von GNSS Radio-Okkultationsdaten für die Verbesserung von Wettervorhersagen bei verschiedenen Europäischen Wetterdiensten betreiben wir seit 2000 für Low Earth Orbiter (LEO) wie CHAMP, GRACE, GRACE-FO, TerraSAR-X oder TanDEM-X eine operationelle 24/7 Rapid Science (RSO) und Near Realtime Orbit (NRT) Bahnbestimmung. 

Für die genannten und verschiedene andere LEOs berechnen wir auch Bahnvorhersagen, die wesentlich zum Erfolg dieser Missionen beitragen, da sie Grundlage für die Planung des Herunterladens von Satellitendaten (z.B. mit Hilfe unserer Satellitenempfangsstation in Ny-Ålesund) oder für die Steuerung von Instrumenten auf Satelliten notwendig sind. Die anspruchsvollste Anwendung ist die Steuerung der SLR-Bodenstationen des ILRS. Für diese ist eine Genauigkeit von ca. 70 m in Bahnrichtung erforderlich, was einer Abweichung von 10 ms von dem Zeitpunkt entspricht, zu dem der Satellit über einer Station sichtbar wird (d.h. der Satellit ist zu früh oder zu spät). Die Genauigkeit der vorhergesagten Bahnen wird ständig überwacht und z.B. mit den erwähnten RSOs verglichen, die als hochgenaue (einige Zentimeter) Referenzbahnen dienen.

Der Lense-Thirring-Effekt, der die Präzession des Bahnknotens eines Partikels, das um eine rotierende Masse fliegt, beschreibt und eine Manifestation des Phänomens der Allgemeinen Relativitätstheorie ist, wurde von uns aus den Knotendriften der LAGEOS- und dem LARES-Satelliten mit Hilfe der GRACE-Schwerefelder mit einer Genauigkeit von ca. 10% gemessen. 

Neben diesen Themen arbeiten wir an einer Reihe von Drittmittel-finanzieren Projekten um z.B. 

• mit unserer SLR-Station uns an Zeitübertragungsexperimenten  über große Entfernungen zu beteiligen,
• den Nutzen zukünftiger globaler Satellitennavigationssysteme (NextGNSS), die eine Weiterentwicklung der derzeitigen GPS-, GLONASS-, Galileo- oder Beidou-Konstellationen sein werden, zu untersuchen, damit einige wichtige Ziele des Global Geodetic Observing Systems (GGOS) besser erreichen zu können,
• routinemäßig hochpräzise Bahnen für die Sentinel-Satelliten des Copernicus -Erdbeobachtungsprogramms der Europäischen Kommission und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) zu berechnen, oder
• routinemäßig hochpräzise Basislinienberechnungen zwischen den beiden Radarsatelliten TanDEM-X und TerraSAR-X im Auftrag des DLR durchzuführen.

Nachfolgend findet man einige aktuelle Veröffentlichungen der Arbeitsgruppe 3. Die vollständige Literaturliste der Sektion findet sich hier.

Neumayer, K. H., Schreiner, P. A., König, R., Dahle, C., Glaser, S., Mammadaliyev, N., Flechtner, F. (2024 online): EPOS-OC, a Universal Software Tool for Satellite Geodesy at GFZ. - In: (International Association of Geodesy Symposia), Berlin, Heidelberg: Springer.
https://doi.org/10.1007/1345_2024_260

Schreiner, P. A., König, R., Neumayer, K., Reinhold, A. (2023): On precise orbit determination based on DORIS, GPS and SLR using Sentinel-3A/B and -6A and subsequent reference frame determination based on DORIS-only. - Advances in Space Research, 72, 1, 47-64.
https://doi.org/10.1016/j.asr.2023.04.002

Testa, A., Michalak, G., Dassie, M., Neumayer, K., Giorgi, G. (2023): Estimating Satellite Navigation Broadcast Ephemeris via Inter-Satellite and Ground-to-Satellite Ranging. - Engineering proceedings, 54, 1, 15.
https://doi.org/10.3390/ENC2023-15463

König, R., Reinhold, A., Dobslaw, H., Esselborn, S., Neumayer, K., Dill, R., Michalak, A. (2021): On the effect of non-tidal atmospheric and oceanic loading on the orbits of the altimetry satellites ENVISAT, Jason-1 and Jason-2. - Advances in Space Research, 68, 2, 1048-1058.
https://doi.org/10.1016/j.asr.2020.05.047

Glaser, S., Michalak, G., Männel, B., König, R., Neumayer, K., Schuh, H. (2020): Reference system origin and scale realization within the future GNSS constellation "Kepler". - Journal of Geodesy, 94, 117.
https://doi.org/10.1007/s00190-020-01441-0

Glaser, S., König, R., Neumayer, K., Balidakis, K., Schuh, H. (2019): Future SLR station networks in the framework of simulated multi-technique terrestrial reference frames. - Journal of Geodesy, 93, 11, 2275-2291.
https://doi.org/10.1007/s00190-019-01256-8

Glaser, S., König, R., Neumayer, K., Nilsson, T., Heinkelmann, R., Flechtner, F., Schuh, H. (2019): On the impact of local ties on the datum realization of global terrestrial reference frames. - Journal of Geodesy, 93, 5, 655-667.
https://doi.org/10.1007/s00190-018-1189-0