Da ich gerade an der Erweiterung der Aufsätze über Galileo arbeite, will ich heute mal auf eine Idee kommen, die aufkam als man entdeckte das die HGA blockiert ist: Die einen Kommunikationssatelliten hinter Galileo hinterher zu schicken und über diesen die Signale zur Erde zu senden. Diese Idee wurde nie wirklich verfolgt, weil es einfach keine Mittel gab und auch die Zeit knapp war. Doch ich möchte sie mal kurz durchdiskutieren. Zum ersten: Ist es technisch möglich?<\/p>\n
Nun man muss zuerst einmal die Datenrate beachten: Ein Kommunikationssatellit muss nicht die vollen 134.4 KBit\/s von Galileo erreichen. Der Grund dafür ist, dass man in einer regulären Mission niemals einen 24 Stundenkontakt zur Sonde hätte, sondern normalerweise etwa 4-6 Stunden pro Tag, schließlich gibt es auch noch andere Raumsonden, die Unterstützung brauchen. Bei 6 h pro Tag würde ein Viertel der Datenrate reichen, da man allerdings dann auch nur 18 Stunden pro Tag Zeit um Daten zu sammeln kann sind es effektiv 44.8 KBit\/s (6\/18) und bei 4 Stunden müsste der Kommunikationssatellit 26.8 Kbit erreichen (4\/20).<\/p>\n
<\/p>\n
Als Antenne käme die gleiche Antenne wie bei Galileo in Frage: Sie war die größte damals serienmäßig produzierte (denselben Typ setzten die TDRS Satelliten ein). Diese hat 4.9 m Durchmesser. Auf der Erde kann man mit 34 m Antennen noch 10 Bits von Galileos Niedriggewinnantenne empfangen. Natürlich unterscheiden sich die Empfänger an Bord eines Kommunikationssatelliten und auf der Erde. Aufwendige Kühlung mit flüssigem Wasserstoff ist auf dem Satelliten nicht möglich. Dafür ist die gesamte Antenne auf 100-120 K bei Jupiter gekühlt und es gibt keinerlei Störsender in der Nähe. Auch muss keine Atmosphäre passiert werden. Nehmen wir vereinfacht an, dass sich diese positiven und negativen Effekte ausgleichen. Die Berechnung der maximalen Distanz wird dann zum Dreisatz wenn man die mittlere Distanz Jupiters von der Erde kennt. Letztere liegt bei 750 Millionen km. Dann gilt:<\/p>\n
(Distanz Galileo-Erde \/ Distanz Galileo-Satellit)? = (Durchmesser Sendeantenne \/ Durchmesser Satellitenantenne)?<\/p>\n
Bei gleicher Datenrate. wie zur Erde (10 Bit\/s) erhalten dann 108 Millionen km. Das ist schon mal positiv – Galileo entfernt sich niemals mehr als 20 Millionen km von Jupiter, d.h. selbst wenn sich der Kommunikationsorbiter sich auf der anderen Seite befinden würde, wäre die Datenrate höher.<\/p>\n
Nun will man aber mehr Daten senden. Dann gilt:<\/p>\n
Max Distanz = 108 Mill km\/ Sqrt(gewünschte Datenrate\/10 Bit\/s)<\/p>\n
Da die Energie quadratisch mit der Entfernung abnimmt (doppelte Entfernung = ein Viertel der Datenrate) erhält man 2.08 Millionen km bei 26.8 kbit\/s und 1.61 Millionen km bei 44.8 kbit\/s. Wenn man die bislang größte gebaute Kommunikationsantenne, das mit derselben Technologie gebaute 9.15 m durchmessende Modell des Experimentalsatelliten ATS-6 nimmt, dann werden die Distanzen noch größer. Diese hat fast den doppelten Durchmesser und erlaubt so die Datenrate von 26.8 \/ 44.8 KBit\/s noch aus 3.88 \/ 3.00 Millionen km zu empfangen.<\/p>\n
Das sind doch recht komfortable Distanzen, die es auch erlauben, das Der Orbiter nicht Galileo auf dem Flugpfad folgen muss, sondern z.B. sich nach dem Einschuss niemals mehr als bis zu Ganymed ins innere Jupitersystem bewegen muss. Es gibt natürlich auch für den Kommunikationssatelliten das Problem der Strahlenbelastung. Sie könnte so minimiert werden. (Eine ESA Studie für einen Europa Orbiter geht z.B. davon aus zwei Satelliten zu bauen – einen der Europa umkreist und einen zweiten der sich im äußeren Jupitersystem befindet. Dieser soll neben wissenschaftlichen Messungen auch als Relay fungieren. Der Vorteil liegt darin, dass man Antenne und Sender viel kleiner dimensionieren kann und Strom für leistungsfähigere Sender spart. So wird der Europa Orbiter der auch viel Treibstoff mitführen muss leichter.<\/p>\n
Es wäre also möglich die Daten zu sammeln und weiterzuleiten, selbst wenn der Kommunikationssatellit nicht Galileos Tour zu 100 % folgt.<\/p>\n
Es geht nur die Relay Funktion, d.h. der Satellit selbst sollte möglichst klein sein. Die Anforderungen an Kurskorrekturvermögen für Galileo liegen deutlich unter denen eines geostationären Satelliten mit einem Apogäumsantrieb. Für die beiden wesentlichen Manöver beim Jupiter: Das Einschwenken in den Orbit und das Anheben dessen brauchte Galileo weniger als 1000 m\/s. Danach hatte die Sonde noch etwa Treibstoff um die Geschwindigkeit um 200 m\/s zu ändern. Ein Satellit braucht 1500 m\/s um in einen geostationären Orbit zu gelangen wenn er von Kourou aus gestartet wird und sogar 1800 m\/s wenn er von Cape aus startet. Dazu kommen Reserven um die Bahn zu halten: 50-75 m\/s pro Jahr und dies sind bei 5-7 Jahren nomineller Betriebsdauer dann auch nochmal 250-500 m\/s.<\/p>\n
Daher wäre es sinnvoll einen normalen Kommunikationssatelliten der Delta 3920 Klasse zu nehmen und bei diesem die Antennen durch die einzelne Kommunikationsantenne zu ersetzen. Ein Großteil der Verstärker und Sender entfällt so auch, so dass man eher Gewicht einsparen kann. (Die 4.9 m Antenne von Galileo ist mit 24 kg Gewicht eine sehr leichtgewichtige Konstruktion). Strom kommt dann durch einen RTG wie bei Galileo. Es müsste ein einzelner GPHS RTG müsste reichen, schließlich gibt es keine Experimente zu versorgen. Dafür spart man sich die Solarpanels ein. Nimmt man 1300 kg an (Delta 3920 Nutzlastgrenze: 1200 kg) so liegt man sicher in einer Region mit Sicherheitsreserven (die Kommunikationssatelliten werden ja schwerer weil immer mehr Sender an Bord sind – und hier ist es nur einer anstatt 6-10 wie bei dieser Klasse üblich).<\/p>\n