Ein optisches DSN

Dieses Jahr wird die Raumsonde Psyche starten. Sie hat als Experiment ein optisches Terminal an Bord. Optische Datenübertragung gilt seit langem als Zukunftstechnologie und ist dem Erdorbit schon dem Versuchsstadium entwachsen. Satelliten im LEO-Orbit, vor allem Satelliten zur Erdbeobachtung, sowohl ziviler wie militärischer Natur senden zu einem optischen Terminal an Bord eines Kommunikationssatelliten, der die Daten dann über die Funkverbindung zu einer Bodenstation überträgt. Ohne die Erdatmosphäre gibt es hier ideale Bedingungen – keine Lufthülle die Signale verzerrt und absorbiert, oder Sonnenlicht das streut. Gleichzeitig ist die Distanz so klein, dass man die hohe Bandbreite einer optischen Übertragung voll ausnutzen kann, die man so mit einem Funksender nie hinbekommen würde, bzw. es nicht so freie Frequenzbänder gibt.

Die optische Kommunikation über große Distanzen hinkt im Einsatz hinterher. Das liegt daran dass nun die Atmosphäre ins Spiel kommt, aber auch daran das alle Weltraumagenturen ein Netz von großen Empfangsstationen von 34 bis 70 m Durchmesser aufgebaut haben, mit rauscharmen Empfängern. Der Vorteil gegenüber einer einfacheren Bodenstation für Satelliten ist daher nicht so groß. Continue reading „Ein optisches DSN“

Vergleich – optische und „herkömmliche“ Datenkommunikation

Optische Kommunikation ist in den letzten Jahrzehnten den Kinderschuhen entwachsen, wird aber vor allem noch im Erdorbit genutzt, so zwischen Erdbeobachtungssatelliten im LEO und einem Kommunikationssatelliten im GEO Orbit. Jenseits des GEO gab es bisher wenige Versuche mit der optischen Datenkommunikation. Ich gehe, nachdem für die Raumsonde Psyche ein weiterer Versuch geplant ist mal auf das dortige Experiment DSOC (Deep Space Optical Communications Technology Demonstration) ein.

Bisher haben Raumsonden ausschließlich für die Kommunikation Funkverbindungen genutzt. Das gängige Kommunikationsband ist seit 1977 das X-Band mit Uplinkfrequenzen (von der Bodenstation zur Raumsonde) von 7,2 GHz und Downlinkfrequenzen (von der Raumsonde zur Bodenstation) von 8,4 GHz. Seit 2005 wird es sukzessive durch das K-Band (Uplink 34,2 – 34,7, Downlink bei 31,8 – 32,2 GHz) ergänzt. Das Ka-Band lässt höhere Datenraten bei gleicher Sendestärke zu, da die Auffächerung der Antennenkeule von der Frequenz abhängt, bei der viermal höheren Frequenz ist also der Ausstrahlwinkel viermal kleiner und die Signalstärke pro Flächeneinheit beim Empfänger entsprechend höher. Das K-Band ist aber stark wetterabhängig und wird bisher nur wenigen Sonden als primäres Sendeband verwendet, unter anderem der Parker Solar Probe. Es könnten mehr Raumsonden sein, wenn Sonden mehr übergehen große Datenmengen an Bord zu speichern und auf Anforderung zu übertragen, da man so Schlechtwetterperioden überbrücken kann. Psyche setzt daher wie bisher auf das bewährte X-Band als Hauptkommunikationsband. Continue reading „Vergleich – optische und „herkömmliche“ Datenkommunikation“

Die Sache mit der optischen Datenübertragung

Ebenso lange, wie Ionentriebwerke als Antrieb postuliert werden, denkt man über optische Datenübertragung nach und in den letzten Jahren gab es da auch vermehrt Ansätze. Allerdings beschränkt auf den Erdorbit. Was mich viel mehr interessiert, ist natürlich, wie es bei der interplanetaren Kommunikation aussieht, denn natürlich ist die Datenrate bei Raumsonden ein wichtiger Parameter.

Fangen wir mit den Grundlagen an. Für die Praxis gibt es vier wichtige Größen eines Kommunikationssystems: Continue reading „Die Sache mit der optischen Datenübertragung“

LADEE: Die Trägerrakete und die Diskussion um sie

LADEE ist so „leichtgewichtig“, dass ein Start mit den großen Trägerraketen der USA, beispielsweise der Atlas 401 viel zu teuer wäre. Die letzte Raumsonde mit etwa gleichem Sondengewicht war 1994 Lunar Prospektor. Doch die Athena, die ihn damals startete ist seit über einem Jahrzehnt nicht mehr geflogen, auch wenn sie nach Lockheeds Angaben noch verfügbar ist.

Bei den kleinen Trägerraketen wäre die Taurus 3210 die erforderliche Nutzlast aufweisen, jedoch erreicht sie ohne Oberstufen keine Mondbahn. Eine Taurus 3110 mit einer zusätzlichen Star 37FM Oberstufe könnte allerdings 430 kg auf eine Fluchtbahn befördern. Die NASA entschied sich gegen diese Variante. Eventuell war auch der Fehlstart eines NASA Observatoriums (OCO) 2009 dran schuld. Nach der Auftragsvergabe für die Minotaur V versagte die Taurus erneut. Continue reading „LADEE: Die Trägerrakete und die Diskussion um sie“

SpaceX vs OSC – Teil 2

Ich habe mich nochmals mit der Auseinandersetzung Air Force / OSC / SpaceX beschäftigt und es scheint so zu sein, als läge es wohl von der Auslegung der entsprechenden Paragraphen ab. Zuerst einmal: Es gibt seit 1988 eine gesetzliche Bestimmung, dass die NASA auf kommerzielle Services zurückgreifen soll, wann immer es geht. Neu für mich war, dass dies auch für die Air Force gilt, da die Air Force auch nach 1988 sowohl die Entwicklung von Trägern mitfinanzierte wie auch Sonderrechte beanspruchte, die z.B. die kommerzielle Vermarktung beeinträchtigten. Dafür wurden Satelliten mit Trägern gestartet die eigentlich nicht dafür notwendig waren, z.b. auf der Titan wenn auch eine Atlas ausreichte. Daher nahm ich an dass die Vereinbarung nur die NASA betrifft und nicht die Air Force.

Der entscheidende Punkt:

SpaceX claims Orbitals contract award violates the Commercial Space Act of 1998, which among other things requires the U.S. government to buy launch services from U.S. commercial providers whenever possible. Exceptions can be made on a case-by-case basis provided the secretary of defense certifies to Congress that the requirements of the mission in question preclude the use of commercial services“ Continue reading „SpaceX vs OSC – Teil 2“