Schlagwort: Laser

Vergleich – optische und „herkömmliche“ Datenkommunikation

Posted on by Bernd Leitenberger

Loading

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

Posted on by Bernd Leitenberger

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“ →

Die interplanetare Laserkommunikation

Posted on by Bernd Leitenberger

Technisch gesehen ist es ja relativ einfach:  Laserkommunikation ist enormen Faktor effektiver als die Kommunikation mit Radiowellen. Hervorgehoben werden zwei Dinge. Das eine ist das die Bandbreite viel höher ist. Kommunikationssatelliten haben typischerweise einen 30 MHz Bereich pro Transponder. Bei 2 GHz die man pro Frequenzband frei hat, sind das dann nicht mal 70 Transponder und diesen Bereich darf meistens ein Satellit nicht alleine nutzen. Laserkommunikation erfolgt dagegen im nahen Infrarot bei 1000-1500 nm Wellenlänge, was einer Frequenz von 200 bis 300 Teraherz entspricht. Ein genutzter Bereich von 1 nm entspricht dann 132 GHz, also rund das 4000-fache des 30 MHz Bandes.

Das zweite ist das ein Laser viel stärker fokussiert werden kann, dass beim Empfänger mehr Photonen pro Flächeneinheit ankommen. Für die Satelliten im geostationären Orbit würde dies z.B. heißen dass man sie näher zusammenrücken kann ohne das sie sich stören. Entsprechend braucht man auch einen kleineren Empfänger (hier Teleskop, anstatt Radioantenne) Erstaunlicherweise gibt es kaum Informationen über die Eignung dieser Technologie für interplanetare Kommunikation. Continue reading „Die interplanetare Laserkommunikation“ →

Weltraumwaffen

Posted on by Bernd Leitenberger

Heute mal ein etwas anderes Raumfahrtthema: Weltraumwaffen. Es ist nicht gerade mal mein Spezialgebiet, daher nur eine kleine Einführung in das Thema. Den Anfang macht das FOBS: Fractional Orbit bombardement System. Es ist ein Serie die Mitte der sechziger Jahre von der UdSSR erprobt wurde. Die erste Version der Zyklon schickte Satelliten auf einen Kurs rund um die Erde und die Nutzlasten bremsten noch vor Ende des ersten Umlaufs ab und landeten. Den USA war bald klar, was darunter zu verstehen war: Russland hatte eine ICBM mit einer Reichweite von über 20.000 km angekündigt. Statt eines ballistischen Profils wurde die Nutzlast aber in einen Orbit gebracht und dann vor dem ziel wieder abgebremst.

Was war der Sinn des Manövers. Nun ein Blick auf einen Globus bringt die Aufklärung. Der kürzeste Weg einer ICBM zwischen Russland und den USA führt über den Nordpol. Da am Nordpol aber alle Längengrade zusammenführen können wenige US Radarfrühwarnstationen in Nordnorwegen, Grönland und Alaska alle startenden russischen Raketen bald nach dem Start entdecken – da sie über 1000 km hoch bei ballistischen Bahnen aufsteigen entgehen sie auch nicht dem Radar. Anders sieht es aus wenn eine Rakete von Russland aus nach Süden schwenkt und einen Orbit erreicht – der Start entgeht so den US-Radarstationen und in nur 200 km Höhe reduziert sich dann auch die Vorwarnzeit beim Wiedereintritt von 20-25 auf 3-5 Minuten: Die Nutzlasten kommen zudem vom Süden auf die USA zugeflogen. Continue reading „Weltraumwaffen“ →

Vergleiche die ich nicht ausstehen kann

Posted on by Bernd Leitenberger

Astronaut bei 28.000 km/hEs gibt Dinge über die kann ich mich immer wieder aufregen. Eines sind Vergleiche die nicht passen oder Vereinfachungen die extrem suggestiv wirken. Gerade in der Raumfahrt sind die ja oft gängig. Hier mal zwei Beispiele:

„Die Astronauten verließen die Raumstation um bei einer Geschwindigkeit von 28.000 km/h Außenarbeiten durchzuführen“ oder „Die Entwicklung eines Raumgefährts das mit einer 28.000 km/h schnellen Raumstation ankoppeln kann ist eben so teuer“.

Okay ich denke jeder der sich auskennt weiß was hier die suggestive Unterstellung ist. Was wir seit Einstein theoretisch untermauert haben, aber intuitiv wahrscheinlich auch so wissen ist, dass in einem sich mit unveränderlicher Geschwindigkeit bewegenden System es keinen Unterschied zu den Zustand ohne Bewegung gibt, die ein Beobachter feststellen kann – logisch sonst wäre das Bewegen im Zug oder im Flugzeug etwas problematisch. Die Stewardessen hätten einen harten Job wenn der Kaffee sich mit 900 km/h von der Kanne wegbewegen würde. So auch im Weltall, ja dort gibt es sogar noch idealere Bedingungen als wie auf der Erde – keine Turbulenzen, keine Verbindungen zwischen den Schwellen… Continue reading „Vergleiche die ich nicht ausstehen kann“ →