{"id":722,"date":"2009-03-26T14:51:48","date_gmt":"2009-03-26T13:51:48","guid":{"rendered":"http:\/\/bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=722"},"modified":"2010-01-28T11:07:08","modified_gmt":"2010-01-28T10:07:08","slug":"ein-satellit-fuer-die-moon-hoaxer","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2009\/03\/26\/ein-satellit-fuer-die-moon-hoaxer\/","title":{"rendered":"Ein Satellit für die Moon Hoaxer…."},"content":{"rendered":"\n

Eine Mail über eine Diskussion über die Belichtungsbedingungen auf dem Mond hat mich mal wieder zum allzeit beliebten Thema Moon-Hoaxer oder in Deutsch: Verfechter der Idee, dass die Amis die Mondlandung im Filmstudio gedreht haben, gebracht. Daher heute mal ein Vorschlag für einen einfachen Satelliten welche die Profiteure dieses Themas (damit wird ordentlich Kohle gemacht durch den Verkauf von Büchern) bezahlen können. Entsprechend dem geistigen Niveau habe ich meinen Schreibstill etwas angepasst.<\/p>\n

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Also Leute: Ihr wollt beweisen, dass die Amis nicht auf dem Mond gelandet sind! Das geht am besten wenn man die angeblichen Landegebiete fotografiert. Alles andere ist nur Spekulation und meistens ist die nicht mal intelligent gemacht. Wie genau muss das sein? Da die Amis bestimmt schlau waren, haben die extra einen Mondlander dort abgesetzt (gestartet ist er ja von der Erde aus) wo man ihn erwartet. Aber die ganze Landung im Filmstudio gedreht! Es reicht also nicht nur den Mondlander aufzunehmen. Dass würde der NAS ja in die Hände spielen und deswegen starten die ja selbst bald eine Sonde die den Lander als Pixel zeigen kann. Damit man beweisen kann, dass die Amis nicht gelandet sind, muss die Auflösung so hoch sein, dass man die Ausrüstung erkennen kann: Die ALSEP Messstationen, Das Mondauto, am besten die angeblichen Fußspuren. Wenn man letztere als Kriterium nimmt, da sie das feinste Detail darstellen. Wie hoch muss da die Auflösung sein? Die Moon-Boots verändern die Oberfläche des Mondes. Das ändert die Helligkeit und so könnte man die Fußspuren schon erkennen bei einer Auflösung die unterhalb derer liegt, bei der ein Stiefelabdruck sichtbar ist. Doch um zweifelsfrei sicher zu sein, müsste die Auflösung in etwa so groß sein, dass ein bis zwei Pixel der Breite eines Fußabdrucks entsprechen. Das wären dann etwa 7.5-15 cm. Dann ist ein einzelner Abdruck erkennbar.<\/p>\n

\"LROSo, wie groß muss nun die Optik dafür sein? Nun das hängt vom Aufnahmeabstand ab. Es gilt: Aus 100 km Höhe braucht man eine Optik von etwa 60 mm Durchmesser um 1 m aufzulösen. Benötigt man eine andere Auflösung, so muss man den Durchmesser um Auflösung\/1m*60 mm<\/strong> erhöhen und schlägt man eine andere Bahn ein, so ist er um Distanz\/100 km* 60 mm<\/strong> anzupassen. Bei sinkendem Abstand steigt natürlich die Auflösung. Da der Mond keine Atmosphäre hat, ist es möglich sehr nahe an die Oberfläche heranzugehen, bis auf 10 km. Leider sind alle Mondbahnen instabil. Massekonzentrationen unter der Oberfläche, Störungen von Erde und Mond machen eine kreisförmige Bahn sehr schnell elliptisch. Die Abbildung links zeigt eine Simulation der Bahn eines Mondsatelliten mit Korrektur und ohne. Deutlich ist, dass schon mit Korrektur diese um 10 km um das Mittel von 50 km schwankt. Korrigiert man nicht, so wird sie innerhalb von 40 Tagen auf der Mondoberfläche aufschlagen.  Die sinnvollste niedrigste Höhe bei der diese Bahnkorrekturen nicht zu häufig werden sind etwa 50 km. Um 10 cm aus dieser Höhe aufzulösen bräuchte man ein Teleskop von 300 mm Durchmesser – mehr schadet auch nichts.<\/p>\n

Ein Teleskop in dieser Größe wiegt ungefähr 30 kg. Der Satellit aus Erfahrungswerten dann "trocken" etwa das fünffache, so um die 150 kg. Das liegt daran, dass dazu noch Sender\/Empfänger, Strukturen und Stromversorgung kommen, Tanks für Treibstoff und Triebwerke. Ein Nutzlastanteil von einem Fünftel ist bei Raumsonden üblich. Ein 30 cm Instrument ist aber nicht zu groß und durfte vom Platz her kein Problem darstellen.<\/p>\n

Die nächste Frage, die auftaucht, ist wie die Landeplätze abgelichtet werden. Es gibt hier ein Problem: Der Mondsatellit bewegt sich mit 1600 m\/s relativ zur Mondoberfläche. Die Bewegung erzeugt dann eine Bewegungsunschärfe, so wie wenn man aus einem fahrenden Auto aus ein fest stehendes nahes Objekt fotografiert. Belichtet man z.B. mit 1\/1000s so bewegt sich in dieser Zeit der Satellit um 1.6 m weiter. Ohne Kompensation würden also alle Details die in im Bereich von 1.6 m und kleiner sind, verschmiert werden. Das ist dumm. Die Lösung wäre es die Kamera der Bewegung nachzuführen. Das ist problematisch. Zum einen ist dies ein mechanisches System, und ein solches vermeidet man gerne, denn es kann verschleißen und ausfallen. Je weniger bewegliche Teile eine Raumsonde hat, desto besser. Das zweite: Die Nachführung muss sehr genau sein. Wenn die Auflösung z.B. 10 cm beträgt, so sollte der Restfehler kleiner als 10 cm sein z.B. 5 cm. 5 cm Nachführungsgenauigkeit bei 160 cm Bewegung in einer Tausendstel Sekunde entspricht einem Fehler von 5\/160*100 % = 3.1 %. Wer das Bild des Orbits ansieht, wird aber feststellen, dass der Abstand schwankt und damit auch die Bahngeschwindigkeit und die Bewegung relativ zur Mondoberfläche. In der Praxis bräuchte man ein System mit variabler Geschwindigkeit, das sehr aufwändig ist. Als letztes braucht man Zeit, um das System neu auszurichten um verschiedene Objekte zu verfolgen. In dieser Totzeit steht es nicht zur Verfügung.<\/p>\n

Heute arbeiten Beobachtungssatelliten daher mit einer anderen Technik. Das Teleskop wird nicht bewegt (oder nur quer zur Bahn). Es wird eine feste Scanzeile benutzt. Das Verschmieren wird kompensiert indem pro Zeile sehr kurz belichtet wird. Das dabei erzeugte sehr hohe Rauschen (wenig Licht fällt auf die Sensoren) wird kompensiert durch bis zu 128 Zeilen untereinander. Elektronisch wird dann parallel zur Bewegung über den Boden das Signal dieser 128 Zeilen addiert. Man erhält so die 128 fache Belichtungszeit. Die leistungsfähigsten Sensoren sind bei Erdbeobachtungssatelliten bis 40 cm Auflösung gut. Da ein Erdsatellit sich aber 5 mal schneller als ein Mondsatellit über die Oberfläche bewegt, entspricht dies auf dem Mond rund 8 cm Auflösung – also perfekt für unsere Zwecke.<\/p>\n

Das leitet über zum nächsten Punkt: Der Datenspeicherung und Übertragung. Bedingt durch die Fortschritte in der Mikroelektronik ist es heute möglich, einen Borcomputer auf einer Mini-ITX Platine (17 x 17 cm) unterzubringen. Ein Massespeicher als Solid-State Disk hat auch nur die Abmessungen einer 2.5 Zoll Platte und fast bis zu 256 GByte. Die einfachste Lösung ist es herkömmliche Embedded Computer zu nehmen und diese in einem massiven Aluminiumgehäuse (1 cm Wandstärke)  unterzubringen. Die Abschirmung wiegt dann bei den Abmessungen etwa 2 kg, doch die höheren Transportkosten für 2 kg mehr Masse sind niedriger als die Mehrkosten einer Spezialanfertigung der Elektronik für Raumfahrtzwecke.<\/p>\n

Das Senden der Daten ist schwieriger. Am einfachsten wäre eine Rundstrahlantenne. Eine solche Antenne sendet das Signal in alle Richtungen aus. Man muss sie nicht ausrichten. Nur ist dann die Sendeleistung pro Flächeneinheit sehr gering und die Datenrate auch. gering. Eine Rundstrahlantenne mit 20 W Leistung kann eine Datenrate von 50 KBit\/s zu einer 3 m Empfangsantenne senden. Natürlich werden es mehr, wenn die Empfangsantenne größer wird, doch dann werden diese auch teurer. 3 m Durchmesser ist so die Grenzgröße für Serienfertigung von Empfangsantennen. Eine Einzelanfertigung wird dann deutlich teurer. 50 KBit\/s bedeuten z.B. für ein 24000 x 24000 Pixel Bild (bei 8 cm\/Pixel rund 1920 x 1920 m abdecken) z.B. fast 26 Stunden Sendezeit. Damit kann man leben, wenn es nur um die wenigen Landeplätze geht. Besser wäre eine bewegliche Antenne mit einem Erdsensor, die der Erde nachgeführt wird. (Ein Erdsensor ist ein Sensor der auf die Helligkeit der Erde anspricht und bei Bewegung die Antenne nachführt). Eine 0.5 m große Sendeantenne hat einen Öffnungswinkel von 40 Grad, was große Fehler zulässt (Die Erde ist nur 2 Grad vom Mond aus groß) und erlaubt das Senden mit 3.5 MBit\/s, also 70 mal schneller. Es wird abzuwägen sein was einfacher ist. Die Runstrahllösung erlaubt es auch keine beweglichen teile am Satelliten zu haben und auch der Satellit als ganzes muss nicht gedreht werden. Das verinfacht die Konstruktion beträchtlich, so dass das eingesparte Geld in eine größere Empfangsantenne gesteckt werden kann. Ein Kompromiss wäre eine fast Rundstrahlantenne mit 120 Grad Öffnungswinkel. So hat man zwar nicht dauernd Funkkontakt sondern nur wenn die Erde etwa 30 Grad über dem Mondhorizont ist. Eine solche Antenne sendet im X-Band immerhin noch mit 300 KBit\/s.<\/p>\n

Die Stromversorgung sollte so ausgelegt sein, dass ein Maximum an Sicherheit gewährleistet ist. Der Satellit wird in einer Mondumlaufbahn wechselndem Sonnenstrand ausgesetzt sein und fast die Hälfte der Zeit ist er im Schatten. Wenn er quaderförmig mit 1 m Seitenlänge ist, so kann man die Oberfläche mit Solarzellen belegen. Bei 20 % Wirkungsgrad liefern diese bei 20 % Wirkungsgrad 270 Watt an Strom. Das ist ausreichend für die Mission. Ausfaltbare Solarpanels liefern mehr, erfordern aber auch eine aktive Ausrichtung. Die Begrenzung auf 270 Watt macht keine spezielle Ausrichtung zur Sonne notwendig. Nachts müssen Akkus den Strom liefern und die Systeme heruntergefahren werden um Strom zu sparen.<\/p>\n

Zuletzt: Unser Satellit muss noch in einen Mondorbit. Um von einem Fluchtkurs der Erde in eine Mondumlaufbahn einzuschwenken, braucht man etwa 800 m\/s. Weitere 100-200 m\/s benötigt man um die Umlaufbahn stabil über 1 Jahr zu halten. Dafür muss Treibstoff mitgeführt werden. Es kommt noch dicker: Eine Rakete wird unseren kleinen Satelliten in der Regel nicht auf eine Fluchtbahn befördern, außer wir ordern einen eigenen Raketenstart und das wird teuer. Es gibt zwei Möglichkeiten:<\/p>\n