GRAIL lunar gravity field recovery simulations based on short-arc analysis

Abstract

The Moon is a fascinating planet with a great importance to planetary science. Due to the lack of geological activities on the Moon, it keeps the historical record of the early Solar System. The knowledge gained from the evolution of the Moon can be extended to other planets. The Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) mission is the lunar analog of the successful terrestrial Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) mission to unlock secrets of the Moon. It will provide data to derive the global lunar gravity field with a vast improvement on both the near side and the far side by the implementation of low-low satellite-to-satellite tracking (ll-SST) principle. Global gravity field recovery aims at deriving the spherical harmonic coefficients to represent the gravitational potential. In this thesis, the short-arc approach is applied and discussed for GRAIL simulation studies.

Der Mond ist ein faszinierender Himmelskörper und hat eine große Bedeutung in der Planetologie. Aufgrund fehlender geologischer Aktivitäten kann der Mond die Geschichte des Frühstadiums unseres Sonnensystems wiedergeben. Das Wissen über die Entwicklung des Mondes kann auf andere Planeten übertragen werden. Die GRAIL-Mission (Gravity Recovery and Interior Laboratory) ist eine zu GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) analoge Mission zur Erforschung des Mondes. Dabei werden Daten zur Bestimmung des lunaren Gravitationsfeldes basierend auf dem Prinzip des low-low Satellite-to-Satellite Tracking (ll-SST) erzeugt, die zu einer deutlichen Genauigkeitssteigerung des Gravitationsfeldes der Vorder- und Rückseite des Mondes führen sollen. Bei der globalen Gravitationsfeldbestimmung wird das Gravitationsfeld als eine Entwicklung in Kugelflächenfunktionen repräsentiert, wobei die Kugelfunktionskoeffizienten bestimmt werden müssen. In dieser Arbeit wird im Rahmen von Simulationsstudien das Randwertproblem für kurze Bahnbögen für die Anwendung bei GRAIL getestet.