Voyager war, wie praktisch alle frühen Raumsonden, eine Sonde die alles in Realzeit machte. Das heißt, sie hatte nur begrenzte Möglichkeiten an Bord Bilder und Daten zu speichern und das Schreiben auf Band war bei Jupiter nicht schneller als das direkte Senden. Das machte Anpassungen nötig, denn die Datenrate nahm ja mit steigender Entfernung ab. Heute geht es um einige Details des FDS und der Kameras die ich bei meiner Recherche gefunden habe und die sich so nicht im Buch finden, auch weil sie zu weit gehen.
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\nAber damit wir alle auf dem gleichen Stand sind. Das zentrale Computersystem von Voyager für die Verarbeitung aller Messdaten, aber auch der internen Telemetrie ist das FDS, das Flight Data Subsystem. Es ist der leistungsfähigste Computer an Bord. Leider findet man auch bei der NASA fast nichts über die interne Arbeitswesire des FDS. Aber einiges habe ich herausgefunden.<\/p>\n
| \n Datentyp<\/p>\n<\/th>\n | \n Modi<\/p>\n<\/th>\n | \n Format<\/p>\n<\/th>\n | \n Datenrate Baud<\/p>\n<\/th>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| \n Encounter Imaging, General Science and Engineering<\/p>\n<\/td>\n | \n 13<\/p>\n<\/td>\n | \n Encounter General Science + Engineering + Imaging volle Auflösung<\/p>\n<\/td>\n | \n 115.200 oder 115.200 Playback oder 7.200 und 115.200 Aufzeichnung<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n | ||||||||||||||||||||||||||||||
| \n 3<\/sup>\/4<\/sub> Bild<\/p>\n<\/td>\n 89.600<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n 1<\/sup>\/2<\/sub> Bild<\/p>\n<\/td>\n 67.200<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n 1<\/sup>\/3<\/sub> Bild<\/p>\n<\/td>\n 44.800<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n 1<\/sup>\/5<\/sub> Bild<\/p>\n<\/td>\n 29.866 2<\/sup>\/3<\/sub><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n 1<\/sup>\/10<\/sub> Bild<\/p>\n<\/td>\n 19.200<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n 2:1 Slow Scan<\/p>\n<\/td>\n 67.200<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n 3:1 Slow Scan<\/p>\n<\/td>\n 44.800<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n 5:1 Slow Scan<\/p>\n<\/td>\n 29.866 2<\/sup>\/3<\/sub><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n 10:1 Slow Scan<\/p>\n<\/td>\n 19.200<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n 5:1 Slow Scan, halbes Bild<\/p>\n<\/td>\n 19.200<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n Das FDS konnte sich über zwei Arten an sinkende Datenraten anpassen. Es konnte die Bilder langsamer auslesen. Das geschah indem die Pause beim Stahlrücklauf nach jeder Zeit verlängert wurde. Sie konnte von 4,3 ms auf 604,3 ms beim Modus 10:1 verlängert werden. Die zweite Anpassung war, dass man Spalten links und rechts wegließ. Beim halben Bild wurden die mittleren 440 Pixel übertragen. Das man ganze Zeilen wegließ, was programmtechnisch eigentlich einfacher ist, kam erst in der erweiterten Mission bei Uranus und Neptun auf.<\/p>\n Vorgang<\/p>\n<\/th>\n Zeit<\/p>\n<\/th>\n<\/tr>\n Verschluss schließen<\/p>\n<\/td>\n 2,5 ms<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n Mit Licht fluten<\/p>\n<\/td>\n 0,1 \u2013 2,1 s<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n Altes Bild mit 14 Löschbilden löschen<\/p>\n<\/td>\n 2,2 \u2013 29,5 s<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n Filterrad bewegen<\/p>\n<\/td>\n 3,5125 \u2013 11,3525 s<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n Verschluss öffnen<\/p>\n<\/td>\n 30,84 \u2013 45,995 s<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n Daraus ergibt sich als maximale Belichtungszeit<\/p>\n<\/td>\n 15,36 s<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n An dem minimalen Abstand von zwei FDS-Counts ändert sich auch nichts beim Speichern auf Band, da dieses auch die maximale Datenrate von 115,2 kbit\/s hat. Die einzige Ausnahme die es gibt, ist es wenn beide Zyklen auf getrennten Kameras stattfinden, man also alternierend WAC (Weitwinkelkamera) und NAC (Telekamera) betreibt dann kann eine Kamera im Readout-Zyklus sein und eine im Prepare Zyklus. Das wäre eine Erklärung für die zahlreichen Weitwinkelaufnahmen, die man bei Voyager findet, und die in dem Kontext oft keinen Sinn machen weil ihr Blickfeld achtmal größer ist, sodass das Ziel in ihr relativ klein ist. Eine andere Begründung fand ich in einem Bericht über das Neptun Encounter: NAC und IRIS sollen nicht parallel arbeiten können. Leider ist das aber die einzige Erwähnung sodass ich dies nicht verifizieren kann. Bei Jupiter und Saturn ist eine dritte Erklärung, dass die Planeten (bei Saturn auch mit Ringsystem) so groß sind das sie das Blickfeld der NAC 15 Tage (Jupiter) bzw. 24 Tage vor der Begegnung.<\/p>\n Bei Jupiter konnten die beiden Sonden noch mit der höchsten Datenrate senden. Hier würde ich also erwarten das die meisten Bilder 2 Zyklen auseinander liegen, 1 wenn WAC \/ NAC alternierend betrieben werden. Bei Jupiter verliert man beim alternierenden betrieb nichts, weil in der Zeit eines Prepare Zyklus einer NAC ein kompletter WAC Frame übertragen wird. Voyager 2 war deutlich weiter von der Erde bei der Begegnung von Jupiter entfernt, sodass für sie auch der Framemodus 1:2 infrage kommt. Weitere Abstände sind natürlich möglich, wenn es eine Pause zwischen Bildern gibt oder geben muss, z.B. wenn die Sonde bei einer Bodenstation nahe des Horizonts ist bei der anderen noch gar nicht aufgegangen ist. Außerdem teilen sich die Bilder in Beobachtungsprogramme auf, zwischen denen es Pausen gibt.<\/p>\n Bei Saturn war es so, das es zwei Datenraten gab. In der Observationsphase 29,9 kbaud entsprechend dem Mode 5:1 (mit Prepare-Zyklus dann 6 FDS-Zyklen) und danach 44,8 kbaud entsprechend dem Mode 3:1. So würde ich einen Peak bei 4:1 erwarten, dann noch 3:1 und 5:1 \/ 6:1. Genau das ist der Fall. Die große Zahl von 2 FDS Zählern führe ich auf Bandaufnahmen zurück, die schnell aufgezeichnet werden und dann später langsam ausgelesen werden. So bekommt man möglichst kleine Veränderungen der Position bei Mosaiken die man in den frühen Achtzigern nur mit großem rechnerischen Aufwand sonst entzerren konnte.<\/p>\n Dieser Modus 2:1 für Bandaufzeichnungen wird man dann auch bei Uranus und Neptun finden. Bei Uranus waren durch Datenkompression die gleichen Bildmodi wie bei Saturn aktiv also 5:1 und 3:1. 3:1 ging nur über Australien, sodass 5:1 vorherrschen müsste. Bei Neptun kamen die Modi von Uranus ebenfalls zum Einsatz daneben in der Observationsphase noch 10:1. Auch das trifft zu. Mich wunderte nur der Peak bei 7:1 bei Neptun, der so nicht direkt passt. Er passt auch bei angepasster Frameauslesezeit zu keiner Datenrate. Es wurden für Uranus und Neptun neue Modi eingeführt, doch die unterscheiden sich im Weglassen von Zeilen, nicht neuen Framemodi wie 4:1 oder 6:1.<\/p>\n |
![](\"\/img\/fds-jupiter.jpg\")
Nicht ganz klar ist, ob dieser Zyklus immer bis zum Schluss durchlief, auch wenn die Belichtungszeit deutlich kürzer als 15,36 s ist, bei Jupiter und Saturn waren typisch 1 Sekunde üblich. Wenn dem der Fall ist, dann trennen bei Jupiter mindestens zwei FDS-Zyklen (96 Sekunden) zwei Bilder, wenn nicht, so müsste es dazwischen auch Abstände von einem FDS-Zyklen geben. Längere Belichtungszeiten \u2013 in der Primärmission eigentlich nur für Navigationsaufnahmen vorgesehen \u2013 erhält man durch Verlängern der Belichtungszeit um je einen Prepare- und Readout-Zyklus, also 96 Sekunden. Bei der Neuprogrammierung des FDS zwischen Saturn- und Uranusvorbeiflug wurde dies flexibler, sodass auch eine Verlängerung um 48 Sekunden möglich war.<\/p>\n![](\"\/img\/fds-saturn.jpg\")
Das Bild der Verteilung (gekürzt) zeigt das die Vermutung richtig ist. Die meisten Bilder gibt es mit 2 FDS-Zyklen Abstand und bei Voyager 2 sind die Abstände größer, es gibt auch zahlreiche mit Abstand 3:1 was für den FDS-Mode 2:1 + Prepare-Zyklus steht.<\/p>\n![](\"\/img\/fds-uranus-neptun.jpg\")
Man sieht hier einen Vorteil den CCD-Detektoren haben und der sonst kaum auftaucht. Die aufwendige Löschung des Vidicons ist nicht nötig, ein CCD ist sofort wieder aufnahmebereit. Bestimmte CCD-Typen, die Frametransfer-CCD haben sogar einen lokalen Zwischenspeicher. Bei diesen ist eine Hälfte des CCD abgedeckt. In diese Hälfte kann der Inhalt schnell umkopiert werden. Das ist besonders von Nutzen, wenn man wie dies heute öfters vorkommt, mit Verschlusslosen Kameras arbeitet. Jeder Verschluss kann als mechanisches Bauteil ausfallen. Dann würde beim meist zu langsamen Auslesen des CCD dauernd weiteres Licht auf den CCD fallen und das Bild überlichten und verschmieren. Voyagers Verschlüsse durchliefen 97.000 Zyklen ohne Ausfall. Einem Reserveexemplar der Wide Angle Camera, die