Erdfernerkundung - Numerische Physik: Modellierung

6.5. ANHANG: TECHNISCHE ANMERKUNGEN 321
6.5.1 Überblick
§ 1073 Die technischen Probleme bei der Kommunikation mit Raumfahrzeugen sind wesentlich
größer als die Probleme bei der passiven Datenübertragung (Telefon, Fernsehen).
Die wichtigsten Probleme sind:
(A) sehr große Abstände des Senders von der Erde führen zu einem geringen Signal-Rausch-
Verhältnis. Zur Illustration: interplanetare Raumsonden wie Voyager und Pioneer befinden
sich in Abständen von einigen zehn AU (entsprechend etlichen Milliarden Kilometern)
von der Erde. Dadurch ist die Signalleistung extrem gering, d.h. bordseitig muss
viel Leistung pro Bit investiert werden. Kann die Leistung bei zunehmendem Abstand
nicht erhöht werden, muss entsprechend die Bitrate verkleinert werden, d.h. es kann (bei
vorhandenem Zwischenspeicher) u.U. sehr lange dauern, bis die volle Information eines
Bildes zur Erde übertragen ist.
(B) Das schlechte Signal-Rausch-Verhältnis ist aus Gewichts- und Leistungsgründen auch
bestimmt durch die Begrenzung der bordseitigen Sendeleistung sowie der bordseitigen
Antennengröße. Die sehr kleinen Antennen sind auf Satellitenseite auch für den Empfang
von Steuerbefehlen ein Problem, allerdings kann hier durch eine Erhöhung der Sendeleistung
auf der Erde gegen gesteuert werden.
(C) Die Leistungsbegrenzung führt sowohl bord- als auch bodenseitig auf die Notwendigkeit
von Richtantennen.
(D) Die Begrenzung der Sendeleistung erzwingt eine optimale Nutzung der zur Verfügung
stehenden begrenzten Übertragungsrate (Bitrate). Daher besteht die Notwendigkeit zur
Datenkompression, d.h. Entfernung von Redundanz aus den Daten.
(E) Das schlechte Signal-Rausch-Verhältnis ebenso wie die Störung des Übertragungskanals
durch meteorologische oder ionosphärische Ereignisse bergen das Risiko von Übertragungsfehlern.
Daher ist die Möglichkeit der Fehlererkennung und -beseitigung bei der
Kommunikation mit Satelliten von Bedeutung.
(F) Die Satelliten sind gegenüber der Erde als Ganzem ebenso wie gegenüber den Empfangsstationen
auf der Erde in Bewegung. Dadurch kann es sich ergeben, dass sich nicht
zu allen Zeiten eine terrestrische Empfangsstation im Blickfeld des Satelliten befindet.
Dadurch ergibt sich die Notwendigkeit der Speicherung von Daten, früher in der Regel
durch ein Magnetband. 10
(G) Beim Versenden von Telekommandos (d.h. Anweisungen an den Satelliten) ist insbesondere
bei den planetaren Missionen die lange Laufzeit des Signals zu berücksichtigen.
So erreicht der Befehl eine Raumsonde am Jupiter erst nach ca. 45 min, eine am Neptun
dagegen erst nach 4 Stunden. Die Rückmeldung der Raumsonde ist entsprechend
genauso lange unterwegs, d.h. alle Manöver müssen sehr sorgfältig im voraus geplant
werden. Kommandos sind gerade in der Nähe der Planeten wichtig, z.B. zur Kurskorrektur
für ein geplantes Swingby-Manöver oder zum genaueren Ausrichten der Kameras
bei Planeten- oder Mondaufnahmen, aber auch zum Abschalten einzelner Instrumente,
da sich in den Strahlungsgürteln der Planeten so große Teilchenflüsse ergeben können,
dass es bei eingeschalteten Instrumenten zu einer Beschädigung von Sensoren oder anderen
Instrumentbestandteilen kommen kann. Ist also ein Manöverbedarf erkannt, so
dauert es erst einmal die einfache Signallaufzeit, bis der Satellit diesen Befehl erhält.
Die Rückmeldung, ob dieser Befehl ausgeführt werden konnte oder nicht, kommt dann
erst Stunden, nachdem der Befehl gegeben wurde. Andererseits haben z.B. die Voyager-
Sonden Geschwindigkeiten, die im Bereich von Hunderttausend km/h liegen, d.h. falls
der Befehl zu einer Kurskorrektur gegeben wurde, muss er schon im voraus sehr sorgfältig
geplant werden, spontane Reaktionen auf kleine Fehler sind aufgrund der langen Signallaufzeiten
nachher nicht mehr möglich (das ist ungefähr so, als würde man sich hier in
10 Hierbei handelt es sich übrigens um ein interessantes technisches Problem, da das Einschalten eines Magnetbandes
aufgrund der Drehimpulserhaltung auf eine Rotation des Satelliten in entgegengesetzter Richtung
führt. Dieser Effekt ist aber aufgrund der genau ausgerichteten Instrumente und Antennen unerwünscht und
daher zu vermeiden.
c○ M.-B. Kallenrode 2. Juli 2008