Tune me up – eine bessere Kommunikation im Kuipergürtel

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Ein Grund warum man nach dem Vorbeiflug von New Horizons so wenige Bilder von Pluto sieht, auch in den tagen vorher ist das Kommunikationssystem der Sonde. New Horizons hat eine Hauptantenne von 2,1 m Durchmesser und einen Sender von 12 Watt Leistung. Ihre Datenrate ist daher kleiner als die der Voyagers (3,66 m durchmessende Antenne, 23 Watt Sender). Je nach Quelle hat sie bei Pluto eine Datenrate von 1-2 KBit pro Sekunde. Komprimiert man nicht, so braucht ein LORRI Bild mit 8,368 MBit so über zwei Stunden zur Übertragung, Das Datensystem wurde auf eine Datenrate von 600 Bit in 36 AE Entfernung ausgelegt. Verbesserungen im Bodennetzwerk seit der Entwicklung vor 12 Jahren Start lassen eine etwas höhere Datenrate zu.

Die Sonde hat nur wenig Zeit die Objekte zu untersuchen. Pluto füllt das Kamerafeld der Telekamera LORRI erst 469.000 km vor der Begegnung, das sind 9 1/4 Stunden vor dem Vorbeiflug und bei der Farbkamera Ralph ist es sogar erst in 23.217 km Entfernung, das ist 13 Minuten vor dem Vorbeiflug der Fäll. So arbeitet die Sonde seit dem 13.Juli ein Jahre vorher festgelegtes Messprogramm ab, das nach den Plänen die veröffentlicht wurden, 107,8 GBit Messdaten erzeugt. Continue reading „Tune me up – eine bessere Kommunikation im Kuipergürtel“

Wie sieht es mit der Laserkommunikation aus dem Deep Space aus?

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Wie versprochen mache ich mich gerade an die Aufsätze über die Raumsonden die in den letzten 1-2 Jahren gestartet sind, und über die es noch nichts gibt (mit Ausnahme von Curiosity, es sollen ja auch noch welche das Buch kaufen). Gerade bin ich bei LADEE und da ist eine der Hauptnutzlasten eine weitere Laser Communication Testumgebung. In einer verbesserten Form wird dieses auch bald auf einem Kommunikationssatelliten eingesetzt werden. Schon das nur 30 kg schwere Terminal an Bord von LADEE kann 622 MBit aus Mondentfernung senden. Ist damit das Problem der geringen Datenraten für Deep Space Missionen gelöst?

Leider noch nicht. Derzeit können wir 10 Gigabit/s mit Lasern aus dem GEO Orbit übertragen. Das klingt beeindruckend, doch aus Marsentfernung ist es noch 100 Bit/s und aus Pluto Entfernung 0,25 Bits/s. Kurzum, man braucht 40 db mehr.

Wie kommt man zu 40 db mehr? Continue reading „Wie sieht es mit der Laserkommunikation aus dem Deep Space aus?“

Kommunikation über interstellare Distanzen

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Ich bin doch noch auf ein Thema gekommen, dass vielleicht den einen oder anderen interessiert. Kann man über interstellare Distanzen miteinander kommunizieren?

Nun man kann das sich exakt ausrechnen, ich habe da auch eine Formel von Ruppe aus den frühen Achtzigern. Sie liefert aber etwas niedrige Datenraten, wenn man sie auf bekannte Systeme von Raumsonden/Empfänger anwendet. Daher versuche ich mal eine Extrapolation aus bekannten Daten. Zuerst mal die Fakten:

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Der DSN Satellit

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Die Frage zum vorletzten Blogeintrag bringt mich auf eine neue Idee: Warum nicht die Empfangsstation für eine Raumsonde ins Weltall auslagern? Wie schon erläutert gibt es eine Problematik: Je höher die Wellenlänge von Radiowellen ist, desto stärker die Abschwächung durch die Atmosphäre. Satelliten benutzen für Satellitenfernsehen schon seit langem nur den unteren Bereich des Frequenzbandes von 11-14 GHz für den Downlink und den oberen nur für leistungsfähige Empfangsstationen oder den Uplink. Auch die NASA scheint sehr langsam die Umrüstung des DSN auf das Ka Band bei rund 30 GHz anzugehen, obwohl seit 2001 Sender dafür an Bord von Raumsonden vorhanden sind. Viel langsamer als die schnelle Umstellung Mitte der siebziger Jahre vom S-Band (2,1/2.3 GHZ) auf das X-Band (7,3/8,4 GHz).

Im Weltall spielt die Atmosphäre keine Rolle und man kann noch höhere Frequenzen nutzen. Im folgenden einige Spekulationen, spekulativer als sonst bei mir, weil ich mich weder gut bei Kommunikationssatelliten noch überhaupt in der Hochfrequenztechnik auskenne. Erst mal: Welches Band kann man benutzen? Der Übergang von Radiowellen zu thermischen Infrarot beginnt etwa bei 1 mm Wellenlänge, also rund 300 GHz. Genutzt werden heute bis zu 98 GHz bei Wetteradar (kurze Reichweite) und experimentell wurde der Funk mit 60 GHz zwischen zwei Satelliten erprobt. Da eine Verdopplung der Frequenz eine Halbierung des Öffnungswinkels bewirkt bedeutet dies bei gleichem Durchmesser von Sende- und Empfangsantenne eine viermal höhere Datenrate oder eine der beiden Antennen kann nur den halben Durchmesser aufweisen. Continue reading „Der DSN Satellit“