Quelle: OHB SE 28. März 2024.

München/Bremen, 28. März 2024. Der von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR beauftragte und von OHB realisierte sowie betriebene Kommunikationssatellit Heinrich Hertz hat erfolgreich den wissenschaftlichen Betrieb aufgenommen. Der am 6. Juli 2023 um 00:00 Uhr MESZ gestartete und auf 0,5 Grad Ost im geostationären Orbit platzierte Satellit wurde kürzlich genutzt, um die Funktionalität und Leistungsfähigkeit des mobilen Satellitenkommunikationssystems ILKA zu testen.

Bei ILKA (Integrierte, entfaltbare Leichtbau Manpack Komplett-Antenne) handelt es sich um eine unter Führung des Münchner Raumfahrtspezialisten HPS GmbH entwickelte tragbare KU-Band-Antenne für den Einsatz in Extremsituationen wie Naturkatastrophen, auf Expeditionen oder bei Spezialeinsätzen von Polizei, Nachrichtendiensten und Militär.

Im Feldversuch wurde die Antenne auf einem Gebäudedach aufgebaut und Kontakt mit dem Heinrich-Hertz-Satelliten hergestellt. Dabei wurden sowohl erfolgreich Signale an den Satelliten gesendet als auch von diesem empfangen, um die Performance der neu entwickelten Bodenantenne zu überprüfen.

Die jetzt durchgeführten Tests sind die ersten in einer Reihe von Experimenten, die für die kommenden Monate und Jahre mit Heinrich Hertz geplant sind. Verantwortlich für die Umsetzung war die Deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn. OHB Digital Connect unterstützte unter anderem durch die passende Konfiguration der Satellitennutzlast und die Überwachung der gesendeten und empfangenen Signale.

Die Heinrich-Hertz-Mission und ihre Partner
Mit der Heinrich-Hertz-Mission ist erstmals ein eigener deutscher Kommunikationssatellit zur Erforschung und Erprobung neuer Technologien und Kommunikationsszenarien gestartet. Die Mission leistet damit einen Beitrag zur Informationsgesellschaft in Deutschland. Die Heinrich-Hertz-Mission wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) und unter Beteiligung des Bundesministeriums der Verteidigung (BMVg) geführt.

Mit der Entwicklung und dem Bau des Satelliten wurde die OHB-System AG beauftragt. An der Entwicklung und dem Test des Satelliten sind zudem die Firmen IABG GmbH, MDA AG und TESAT GmbH & Co. KG beteiligt. Das Bodensegment wird von der OHB Digital Connect in Zusammenarbeit mit der Firma CGI verantwortet. Dabei wurde das Satellitenkontrollzentrum in Bonn realisiert. Die Standorte für die neuen Bodenstationen befinden sich in Hürth (Nordrhein-Westfalen) und Neustrelitz (Mecklenburg-Vorpommern). Für den Start der Mission an Bord der Ariane-5-Trägerrakete (VA261) war Arianespace verantwortlich. An der Mission sind insgesamt 42 Partner beteiligt – davon 14 an der wissenschaftlichen Nutzlast.

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• Syracuse-4B und Heinrich Hertz auf Ariane 5 ECA+ von Kourou

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Quelle: ESA, Science & Exploration 12. Mai 2023.

Beim ersten Versuch, die zusammengeklappte Antenne auszufahren, wurden nur die ersten Segmente jeder Hälfte ausgefahren. Die Flugkontrolleure vermuteten, dass ein winziger, festsitzender Stift die anderen Segmente verklemmt hatte.

Glücklicherweise hatten die Flugkontrollteams im Missionskontrollzentrum der ESA in Darmstadt eine Menge Ideen in petto.

Um den Stift zu lösen, versuchten sie Juice mit Hilfe der Schubdüsen zu schütteln und erwärmten sie dann mit Sonnenlicht. Jeden Tag zeigte die RIME-Antenne Anzeichen von Bewegung, aber keine vollständige Freigabe.

Am 12. Mai konnte RIME schließlich befreit werden, als das Flugkontrollteam ein mechanisches Gerät, einen so genannten „nicht-explosiven Aktuator“ (NEA), abfeuerten, der sich in der verklemmten Halterung befand. Dadurch wurde ein Schock ausgelöst, der den Stift um einige Millimeter bewegte und das Ausklappen der Antenne ermöglichte.

Das Bild unten zeigt den mechanischen Stoß, der durch das Zünden des Aktuators in der Halterung ausgelöst wird. Der Aktuator wurde zu dem Zeitpunkt ausgelöst, der mit „NEA 6 Release“ gekennzeichnet ist. Die daraus resultierende Dämpfungsschwingung zeigt, dass die Antenne entriegelt wird und dann hin und her wackelt, bevor sie sich in einer ausgefahrenen, verriegelten Position stabilisiert.

Ein letzter Teil der Antenne blieb jedoch eingeklappt. Die Bestätigung, dass die RIME-Antenne erfolgreich entfaltet wurde, kam erst, als das Flugkontrollteam einen weiteren Aktuator in der Halterung zündete, wodurch sich die RIME-Antenne nach Monaten, in denen sie für den Start zusammengeklappt war, vollständig ausstreckte.

Sobald die ESA-Sonde Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) am Jupiter angekommen ist, wird sie RIME einsetzen, um die Oberflächen- und Untergrundstruktur der Jupitermonde bis in eine Tiefe von 9 km zu untersuchen. RIME ist eines von zehn Instrumenten an Bord von Juice, mit denen die Entstehung lebensfreundlicher Welten um Gasriesen und die Entstehung unseres Sonnensystems untersucht werden soll.

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• JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) auf Ariane 5 ECA

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Quelle: Intelsat (28. Februar 2023) via Business Wire (1. März 2023).

McLean, Virginia –(BUSINESS WIRE)– Intelsat, Betreiber eines der größten integrierten satellitengestützten und terrestrischen Netze der Welt und führender Anbieter von Konnektivität an Bord (Inflight Connectivity, IFC), meldete heute den erfolgreichen Abschluss der Erprobung seiner neuen, auf einem elektronisch gesteuerten Array (ESA) basierenden Antenne an Bord. Diese Antenne ermöglicht einen weltweiten, streaming-schnellen WLAN-Dienst und steht Fluggesellschaften auf der ganzen Welt zur Verfügung.

Das ESA von Intelsat ist die einzige kommerziell verfügbare Antenne in der Luftfahrtindustrie, die zwischen niedrigfliegenden Satelliten und geostationären Satelliten operieren kann. Im Juni 2022 angekündigt, hat die neue Antenne bereits einige Flugstunden absolviert, in denen Ingenieure von Ball, Stellar Blu Solutions, Intelsat und OneWeb die Antennen- und Netzleistung geprüft haben.

Anfang 2023 demonstrierte Intelsat weltweiten Fluggesellschaften das neue System auf einem firmeneigenen Bombardier CRJ-700 Regional Jet, der mit der neuen Antenne und dem WLAN-System an Bord ausgestattet war. Mit an Bord gebotenen Spitzen-Download-Geschwindigkeiten von über 275 Mbit/s konnten die Kunden der Fluggesellschaften an virtuellen Live-Meetings teilnehmen, Medien streamen und ohne Unterbrechungen vernetzt bleiben.

Indem die Intelsat- und OneWeb-Satellitennetze genutzt werden, kann Intelsat die Vorteile der geringen Latenz von LEO und die Redundanz von GEO bieten, um Netz-Hotspots zu adressieren, die LEO-Netze allein nicht abdecken können. Ob Flugzeuge über die Polarregionen oder die am dichtesten besiedelten Städte der Welt fliegen, die ESA-Antenne wird eine nahtlose Versorgung vom Start bis zur Landung ermöglichen.

Mit nur 90 Pfund und ohne bewegliche Teile befindet sich die neue Antenne mit einer Höhe von nur 3,5 Zoll an der Oberseite des Flugzeugs. Das niedrige Profil des Terminals hat den geringsten Luftwiderstand aller Produkte, die Intelsat je angeboten hat, sodass die CO₂-Emissionen der Fluggesellschaften niedriger ausfallen.

„Nach dem Einbau des Systems im Dezember haben wir intensiv an der Perfektionierung dieser neuen Technologie gearbeitet und einige weltweit führende Fluggesellschaften für Testflüge in Anspruch genommen. Mithilfe einer Antenne ohne bewegliche Teile, die viel kleiner ist als ihre Vorgänger, können Fluggesellschaften sich auf dem Markt behaupten, ihre Gäste begeistern und darauf vertrauen, dass die Multi-Orbit-Antenne von Intelsat das optimalste Konnektivitätserlebnis des Marktes an Bord bietet“, sagte Jeff Sare, President von Intelsat Commercial Aviation.

Alaska Airlines kündigte kürzlich Pläne zur Nutzung der ESA-Terminal- und IFC-Dienste von Intelsat an Bord ihrer Flotte von Embraer-Regionaljets an. Intelsat führt derzeit Programme zur Erteilung von ergänzenden Musterzulassungen für eine große Bandbreite an Flugzeugen durch und geht davon aus, Anfang 2024 mit der Auslieferung und Installation von Shipsets zu beginnen.

Über Intelsat
Mit einem weltweiten Netzwerk und Managed Services der nächsten Generation spezialisiert sich das globale Expertenteam von Intelsat darauf, Regierungen, NGOs und Kunden in der Wirtschaft nahtlose und sichere satellitengestützte Kommunikation bereitzustellen. Durch den Betrieb einer der größten und fortschrittlichsten Satellitenflotten der Welt und Konnektivitätsinfrastrukturen überbrückt Intelsat die digitale Kluft und ermöglicht es Menschen und ihren Instrumenten über Meere hinweg zu sprechen, über Kontinente hinweg zu sehen und durch den Himmel zu hören, um zu kommunizieren, zu kooperieren und nebeneinander zu existieren. Seit seiner Gründung vor sechs Jahrzehnten ist das Unternehmen gleichbedeutend mit „Firsts“ in der Satellitenindustrie in Bezug auf Dienste für Kunden und den Planeten. Aufbauend auf einer langen Innovationsgeschichte und mit Fokus auf eine neue Generation an Herausforderungen visieren die Mitarbeiter von Intelsat die nächsten Neuheiten im Weltraum an, während sie die Branche grundlegend verändern und deren digitale Transformation anführen.

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• Intelsat

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Quelle: DeSK 11. Oktober 2022.

Backnang, 11. Oktober 2022: Die EPAK GmbH mit Sitz in Leipzig ist eine Hightech-Firma im Bereich Antennentechnik, die sich als führender Entwickler und Hersteller von automatisch nachführbaren Antennensystemen für eine sichere sowie stabile Kommunikation auf hoher See über Satellit etabliert hat.

EPAK garantiert jedoch nicht nur eine beständige Kommunikation auf den Weltmeeren, sondern auch von beweglichen Fahrzeugen jeglicher Art auf unwegsamen Gelände: So hat das Unternehmen für landmobile Anwendungen ein innovatives Ka-Band (Rx: 19,2 GHz bis 20,2 GHz; Tx: 29,0 GHz bis 30,0 GHz) Terminal mit planarem Horn-Antennen-Array im Portfolio.

Die Anlage basiert auf einer Apertur bestehend aus modular zusammengesetzten metallisierten Kunststoffsegmenten. Im Spritzgussverfahren gefertigt und anschließend galvanisch metallisiert wird die Apertur aus einem Array von Hornantennen mit überlappenden Einzelaperturen gebildet.

Das planare Design ermöglicht ein flaches Antennenprofil, essentiell für ein Landfahrzeug. Außerdem bietet dieses ausreichend Gewinn zur Unterstützung sowohl kommerzieller geostationärer Kommunikationsservices als auch für solche, die mit kommenden LEO- und MEO-Konstellationen aufgebaut werden. Die aktive Ausführung der Empfangs-Apertur ermöglicht den Ausgleich der Verluste des Speisenetzwerkes und durch geeignete Phasenansteuerung ein elektronisches Beamforming. Die Nachführung wird sowohl elektronisch als auch mechanisch realisiert. Die integrierte elektronische Polarisationsumschaltung für Sende- und Empfangsbetrieb erlaubt einen möglichst flexiblen Einsatz. Die Anlage ist für “On The Move”-Anwendungen entwickelt worden und speziell für ein landmobiles Fahrprofil auf schwer zugängliches Gelände optimiert. Ein niedrig liegender Schwerpunkt sowie die kompakte Bauweise ermöglichen hohe Beschleunigungen.

Das deutsche High-Tech Unternehmen entwickelt sich dynamisch weiter und ist somit auch selbst durchgehend ‚on-the-move‘: So positioniert sich EPAK mit seinen vielseitigen technischen Kompetenzen und hochspezialisierten Ingenieuren ebenso als kompetenter Entwicklungspartner für zukunftsträchtige Themenfelder, wie z.B. Robotik oder Sensorik – am Standort Deutschland.

Das Unternehmen ist außerdem bereits seit 2014 langjähriges Mitglied beim Deutschen Zentrum für Satelliten-Kommunikation e.V. (DeSK).

Weiterführende Informationen zum EPAK-Portfolio werden im DeSK-Showroom am Standort Backnang präsentiert und können auch gerne bei der Geschäftsstelle https://desk-sat.com/kontaktt oder unter https://epak.de/kontakt/ angefragt werden.

Über das DeSK
Unternehmen, wissenschaftliche Einrichtungen und Hochschulen aus dem Bereich der Satellitenkommunikation haben sich im Jahr 2008 im Deutschen Zentrum für Satelliten-Kommunikation e.V. (DeSK) zusammengeschlossen.

Ziel des DeSK ist es, die inzwischen über 40 Mitglieder zur Erweiterung der Geschäftsbeziehungen zusammenzuführen sowie zu einem schlagkräftigen Netzwerk zu bündeln und dabei Synergien zu erzeugen. Außerdem werden gemeinsame Aktivitäten zur Fachkräftegewinnung durchgeführt. Ferner obliegt dem DeSK der Betrieb eines Showrooms zum Thema ‚Satellitenkommunikation‘.

Als Teil der Kompetenzzentren Initiative der Region Stuttgart wird das DeSK von der Wirtschaftsförderung Region Stuttgart GmbH (WRS) gefördert.

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• DeSK

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Quelle: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) 7. Juli 2022.

7. Juli 2022 – W-LAN, Satellitennetze oder autonomes Fahren – die drahtlose Kommunikation nimmt zu und damit auch die Antennen in elektronischen Geräten. Spezielle Schutzkappen aus einem ultraleichten Material sollen eine störungsfreie Kommunikation ermöglichen – so die Idee von Dr. Fabian Schütt, Institut für Materialwissenschaft der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und Dr. Tino Schmiel, Institut für Luft- und Raumfahrttechnik der Technischen Universität Dresden (TUD). Mit ihrem Kooperationsprojekt haben sie jetzt den renommierten internationalen „INNOspace Masters“ gewonnen. Der von der Deutschen Raumfahrtagentur initiierte Wettbewerb zeichnet wegweisende Ideen für die Raumfahrt und andere Bereiche aus. Im Finale setzten sich Schütt und Schmiel gegen 14 andere Projekte durch, insgesamt waren über 150 Ideen aus 28 Ländern eingereicht worden. Für die Umsetzung ihres Forschungsvorhabens erhalten sie 400.000 Euro.

Um Elektronik gegen unerwünschte Signale und Störungen abzuschirmen, werden bislang Materialien auf Metallbasis verwendet. Diese sind zwar sehr sicher, aber auch schwergewichtig. Außerdem lassen sich Antennen damit nicht abdecken, da sie sonst selbst keine Signale mehr senden können. Die leichten Schutzkappen, die Materialwissenschaftler Dr. Fabian Schütt (CAU) und Raumfahrtingenieur Dr. Tino Schmiel (TUD) entwickeln wollen, sollen vor Störeinflüssen schützen, einfach anzubringen sein und eine Frequenzselektivität ermöglichen – also auch für Antennen funktionieren. Anpassbar an verschiedene Formen könnten sie die Sicherheit der digitalen Kommunikation in vielen Anwendungsbereichen erhöhen.

Eines der leichtesten Materialien der Welt
Grundlage ihres Projektes „AeroMulE“ (Aerostructure Multifunctional Cover Against Environmental Radiation) ist eine ultraleichte Materialklasse, sogenannte Aeromaterialien. „Wir rechnen damit, 80 Prozent Gewicht gegenüber herkömmlichen Materialien einzusparen und damit auch kleinste elektronische Bauteile vor fremden Frequenzen zu schützen“, sagt Schütt von der Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien. Er leitet die Entwicklung der Aeromaterialien an der CAU: „Mit einer Dichte von nur wenigen Milligramm pro Kubikzentimeter und einer Porosität von über 99,99 % zählt diese Materialklasse zu einer der leichtesten der Welt.“ Durch ihre außergewöhnliche Nano- und Mikrostruktur haben diese Materialien außerdem einzigartige mechanische, thermische und elektrische Eigenschaften.

„WiFi, Mobiltelefonie, Satellitenkommunikation, Internet of Things, autonomes Fahren, Smarte Elektronik – unsere Schutzkappen ermöglichen eine bessere Ausnutzung des Frequenzspektrums und könnten überall dort eingesetzt werden, wo Menschen und Maschinen störungsfrei miteinander kommunizieren müssen“, erläutert Schmiel, der an der TUD das Forschungsfeld Satellitensysteme und Weltraumwissenschaften leitet.

Internationaler Wettbewerb: 40 Fachleute entschieden über Ideen aus 28 Ländern
Der diesjährige Innovationswettbewerb der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) stand unter dem Motto „Nachhaltige und effiziente Innovationen für Weltraum und Erde“. Das Finale und die Preisverleihung fanden am 5. Juli 2022 bei der „INNOspace Masters“-Konferenz in Berlin statt. In einem mehrstufigen Verfahren hatten 40 Expertinnen und Experten visionäre Innovationsprojekte von Forschungseinrichtungen, KMUs und Start-ups ausgewählt, unter anderem in den Bereichen Satellitenerdbeobachtung und Satellitenkommunikation, Medizintechnik, Energieversorgung, Materialwissenschaften und Digitalisierung.

Mithilfe der Förderung und in enger Kooperation sollen die Aeromaterialien an der CAU jetzt weiter für die elektromagnetische Abschirmung optimiert und an der TUD so verändert werden, dass elektromagnetische Frequenzen selektiv gedämpft werden können. „Ich freue mich wirklich sehr über diesen Preis, der es uns ermöglicht, unsere gemeinsame Idee nun in die Realität zu bringen“, so Schütt.

Über den Innovationswettbewerb „INNOspace Masters“
Veranstalter des INNOspace Masters ist die Deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi). Der Wettbewerb ist Teil der Initiative INNOspace, die seit 2013 Innovationen und Technologietransfers zwischen Raumfahrt und raumfahrtfremden Industriezweigen fördert. Die Gewinner erhalten neben weltweiten Netzwerkkontakten technologische und wirtschaftliche Unterstützung sowie Hilfe bei der Umsetzung des Vorhabens. Partner des Wettbewerbs sind die ESA Business Incubation Centres (BIC) Bavaria & Northern Germany und ESA BIC Hessen & Baden-Württemberg sowie die Industriepartner Airbus, OHB und DB Netz AG. Organisiert wird der INNOspace Masters von der AZO Anwendungszentrum GmbH Oberpfaffenhofen.

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• DLR

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Quelle: ESA.

Die Bodenstationen der ESA helfen uns dabei, einige der größten wissenschaftlichen Fragen zu beantworten. Sie senden Anweisungen an Raumfahrzeuge im Sonnensystem und erhalten die von diesen gesammelten Daten über einen Rückkanal.

Die Anforderungen der Stationen an die Rückkanal-Kapazität sind höher als jemals zuvor. In den nächsten Jahren bereitet sich die Agentur darauf vor, ein neues Raumfahrzeug noch tiefer in unser Sonnensystem zu senden und Missionen von noch mehr Partner-Raumfahrtagenturen zu unterstützen.

Wie sehen die Erweiterungen aus?
Um die Rückkanal-Kapazität zu erhöhen, müssen entweder neue Antennen aufgebaut oder die Leistung der bestehenden verbessert werden. Die ESA macht beides.

Während in Australien eine neue und dringend benötigte Weltraumantenne aufgebaut wird, ist es ebenso wichtig – und wirtschaftlich -, so viel Leistung wie möglich aus den vorhandenen Satellitenschüsseln zu ziehen. Eine Reihe von Erweiterungen im Netzwerk der ESA-Bodenstationen macht genau das:

• Das Antennenhorn – die Technik, die die physikalische Antenne mit dem elektronischen Sender und Empfänger verbindet – wird bei den drei 35 Meter-Weltraumantennen der ESA auf nur 10 Grad über dem absoluten Nullpunkt gekühlt (etwa -263 °C).
• Die aktuellen Erweiterungen werden die Datenmenge, die vom Raumfahrzeug übermittelt werden können, um 40 % erhöhen. So können beispielsweise vom Solar Orbiter in einem Kommunikationsfenster mehr hochauflösende Bilder der Sonne empfangen werden.
• Zukünftige Erweiterungen in höheren Frequenzbändern bedeuten einen Anstieg von 80 % der Daten, die heruntergeladen werden können – das ist fast das Doppelte der Weltraumdaten, die Darmstadt erreichen!
• Diese clevere Technik erhöht auch die Empfindlichkeit der ESA-Weltraumantennen und erweitert ihre Reichweite, um zukünftige ESA-Missionen zu unterstützen, die sich sogar bis zum Uranus und Neptun wagen.

„Mit diesen Erweiterungen verschiebt die ESA die Grenzen des technisch Möglichen und ermöglicht es Wissenschaftlern, neue Welten zu erkunden und einzigartige Datenmengen zu sammeln“, sagt Stéphane Halté, Ingenieur auf der ESA-Bodenstation und gemeinsam mit Filippo Concaro zuständig für das Projekt.

„Die Erweiterungen kommen genau zur richtigen Zeit“, sagt Andrea Accomazzo, Leiter der Solarsystem- und Erkundungsmissionen im Weltraum-Kontrollzentrum der ESA in Darmstadt. „Sie bieten uns die Leistung, die wir brauchen, um den höheren Bedarf unseres Bodenstations-Netzwerks zu decken und weiterhin höchste Standards beim Datenrücklauf für immer mehr Wissenschaftler zu erfüllen.“

Die Details:

• Die Einbindung der neuen kryo-gekühlten Antennenhörner wurde im Mai 2021 in der Cebreros-Station der ESA in Spanien fertiggestellt.
• Die Erweiterung bei Cebreros verbessert die Rate, mit der Daten in X-Band-Frequenzen verarbeitet werden können, um 40 %.
• Die ESA-Station Malargüe erhält 2022 dasselbe X-Band-Antennenhorn neben einem neuen kryo-gekühlten ‚Ka-Band‘-Horn, bei der die Erhöhung der Datenrate sage und schreibe 80 % betragen wird. Dies wird bestehenden Missionen wie BepiColombo und zukünftigen wie Juice erheblich zugute kommen. Die Antennen in New Norcia erhalten die Erweiterung zu einem späteren Zeitpunkt.
• Das Kühlen der Antennenhorn-Elektronik minimiert die Auswirkungen des ‚thermischen Rauschens‘ und ermöglicht das Empfangen auch schwächerer Signale. Unter 10 K schränken Verunreinigungen in den für die Elektronik verwendeten Metallen die Vorteile einer weiteren Kühlung ein.
• Die kryo-gekühlten Antennenhörner werden vom französischen Unternehmen Callisto Space hergestellt, das während der 5-jährigen Entwicklung der Technologie Finanzmittel von der ESA erhalten hat. Das kanadische Unternehmen Calian leitet die Einbindung der neuen Technologie in die Antennen.
• Die Technologie wurde 2019 in der Testanlage für Hochleistungssender der NASA in Goldstone, Kalifornien, getestet, bei einer Leistungsabgabe von 30 Kilowatt. Das entspricht in etwa der Leistungsabgabe von 30.000 Mobiltelefonen, die gleichzeitig in Betrieb sind.
• Es wurde gemeinsam mit Universitätspartnern (Technische Hochschule Chalmers und ETH Zürich) eine spezielle Halbleitertechnologie mit besonders geringem Rauschen entwickelt, um das ultimative Rauschverhalten zu erreichen. Dieselbe Technologie wird heute für die Entwicklung von Quantencomputern verwendet. Dies ist ein Beispiel dafür, wie die ESA-Technologie die gesamte wissenschaftliche Gemeinschaft und die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Unternehmen unterstützen kann.

Weniger kühle Erweiterungen des Estrack-Netzwerks
Nicht ganz so cool, aber ebenso notwendig sind die verschiedenen leistungsverbessernden Erweiterungen, die die kleineren ESA-Satellitenschüsseln in Französisch Guayana und Schweden erhalten und die das gesamte Estrack-Netzwerk für die zukünftigen Pläne der ESA im Weltraum vorbereiten.

Im europäischen Weltraumbahnhof Kourou, Französisch Guayana, wird die 15 Meter-Antenne der ESA mit neuen ‚TTCP-Modems‘ ergänzt, die maximale Datenraten zur Vorbereitung auf zukünftige Missionen im Bereich Mond, Erde und ‚No-Name‘-Weltraumwetter ermöglichen.

In Kiruna, Schweden, findet eine Weiterentwicklung am grundlegenden ‚Überwachungs- und Kontrollsystem‘ bei zwei ESA-Antennen statt, zudem wird ein Ersatz-Antennenhorn eingebaut, die 13 Meter-Satellitenschüssel ‚Kiruna 2‘ wird instand gesetzt, und es werden verschiedene Verbesserungen an Kiruna-1 vorgenommen.

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• ESA

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Quelle: DLR.

„Bei dieser Auktion bekommen die Anbieter die Lizenzen nicht einfach gegen Geld. Sie müssen sehr strenge Auflagen einhalten. Kommunikationssatelliten können den Anbietern dabei helfen, diese Forderungen zu erfüllen“, betont Dr. Marc Hofmann, 5G-Experte in der Abteilung Satellitenkommunikation beim Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Große Hoffnungen – hohe Auflagen
Die Politik knüpft an den Zuschlag für das Netz der Zukunft hohe Auflagen: Bis Ende des Jahres 2022 müssen mindestens 98 Prozent aller Haushalte in jedem Bundesland, alle Schienenwege mit mehr als 2.000 Fahrgästen pro Tag sowie alle Autobahnen und wichtige Bundesstraßen mit einer mobilen Datengeschwindigkeit von mindestens 100 Mbit/s versorgt werden. Alle übrigen Bundesstraßen müssen bis Ende des Jahres 2024 mit derselben Geschwindigkeit folgen. Zu diesem Zeitpunkt sollen auch alle Landes- und Staatsstraßen, Seehäfen, Wasserstraßen und die übrigen Bahnverbindungen mit 50 Mbit/s abgedeckt werden. Von diesen Zielen sind die mitbietenden Unternehmen teilweise noch weit entfernt – das 360.000 Quadratkilometer große Territorium der Bundesrepublik und die darin lebenden 83 Millionen Einwohner mit schnellem Internet zu versorgen, ist eine Herkulesaufgabe.

Bei 5G sind die Hürden größer, denn diese Frequenzen sind höher als bei der bisherigen LTE-Technologie. Das bedeutet, sie übertragen zwar Daten mit noch schnellerer Geschwindigkeit, haben aber eine vergleichsweise geringe Reichweite von unter einem Kilometer. „Für eine Abdeckung in der Fläche müssten die Anbieter in den kommenden Jahren die Anzahl der Antennen um ein Vielfaches erhöhen. Kommunikationssatelliten können einen wichtigen Beitrag leisten, um die Auflagen im vorgegebenen Zeitrahmen und ohne explodierende Kosten zu erreichen“, erklärt DLR-5G-Koordinator Marc Hofmann.

Mobilfunknetz wird selbst mobil
In den bisherigen Mobilfunknetzen hat Raumfahrt eine untergeordnete oder gar keine Rolle gespielt. Satellitentechnologie kann den Mobilfunkausbau für 5G aber dort ergänzen und unterstützen, wo die bisherige Technologie an ihre Grenzen kommt und terrestrische Verfahren zu langsam oder zu teuer sind. So fördert das DLR Raumfahrtmanagement gemeinsam mit der europäischen Weltraumagentur ESA Entwicklungen, die das 5G-Netz noch leistungsfähiger machen. Das geschieht zum Beispiel mit einem mobilen 5G-Funkmast, der mit einer Satellitenverbindung ausgerüstet ist, sodass man an jedem Ort der Welt ein lokales Netz der nächsten Generation aufspannen und an das Kernnetz anschließen kann. Diese Technologie soll zum Beispiel das 5G-Netz an schwer zugänglichen Stellen ausbauen oder in Katastrophengebieten die Kommunikationsfähigkeit der Einsatzkräfte sicherstellen.

Um Satellitentechnologie im Mobilfunk einsetzen zu können, arbeiten deutsche Forschungseinrichtungen und Firmen mit internationalen Partnern daran, dass der Satellit fest im 5G-Standard verankert wird: „Das ist die Voraussetzung dafür, beide Technologien miteinander zu verflechten. Unser Ziel ist, dass innovative Satellitenkommunikationstechnologie zeitnah bereitsteht, um abgelegene 5G-Funkmasten ohne aufwändige Verlegearbeiten direkt an das Kernnetz der Mobilfunkbetreiber anzubinden. Auch bewegliche Plattformen wie Züge, Schiffe und Flugzeuge können dann mittels Satellitenkommunikation eine eigene 5G-Funkzelle mitführen, die über das All mit der restlichen Infrastruktur verbunden ist“, verdeutlicht Marc Hofmann. Das Mobilfunknetz würde also selbst mobil und der Endanwender könnte seine Geräte ohne Unterbrechungen nutzen.

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Quelle: DLR.

Auf dem diesjährigen Munich Satellite Navigation Summit vom 25. bis 27. März 2019 war das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) auch in den Diskussionsrunden der Konferenz vertreten. Prof. Christoph Günther, Direktor des DLR-Instituts für Kommunikation und Navigation und Professor an der TU München, nahm am Panel „The (R)Evolution of Global Navigation Satellite Systems“ teil. Im Interview erläutert er, wie die Zukunft der Satellitennavigationssysteme aussehen könnte.
Zurzeit wird das Satellitennavigationssystem Galileo auf- und ausgebaut. Was ist der derzeitige Status bei Galileo?
Galileo ist auf einem sehr gutem Weg: Die Satellitenkonstellation ist fast vollständig im All. Mit vier weiteren Satelliten, die 2020 starten, wird die volle Betriebsfähigkeit erreicht werden. Bereits heute ist das Qualitätsmaß „Signal in Space Accuracy“, auf einem Niveau, das vergleichbar ist mit dem amerikanischen GPS. Das ist eine beeindruckende Leistung. Dies ist auf verschiedene Faktoren zurückzuführen, zu denen die sehr stabilen Wasserstoff-Maser und auch die digitale Signalerzeugung gehören. Letzteres erlaubt es, die Signale mit weniger Verzerrungen zu erzeugen.

Warum muss dann schon jetzt für ein neues, zukünftiges System geforscht werden?
Die heutige Konstellation wurde über einen relativ kurzen Zeitraum aufgebaut. Die meisten Satelliten wurden in den Jahren 2015 bis 2018 gestartet. Mit einer geplanten Lebensdauer von circa zwölf Jahren müssen entsprechend zahlreiche Satelliten ab 2027 ersetzt werden. Dies legt den Zeitraum fest, in dem neue Satellitentechnologien entwickelt werden müssen. Zurzeit modernisieren gerade unsere amerikanischen Kollegen GPS. Der erste GPS III Satellit wurde letztes Jahr gestartet. Dasselbe gilt für Russland. China ist quasi synchron mit Europa. Wir versuchen alle in einem gesunden Wettbewerb den Nutzern die bestmöglichen Dienste anzubieten. Dies ist zusammen mit neuen technologischen Möglichkeiten ein wesentlicher Treiber für die Weiterentwicklung.

Was wird ein zukünftiges System zusätzlich zu den Leistungen des derzeitigen Galileo-Systems bieten müssen?
Meine Vorstellung ist es, eine Positionsgenauigkeit im Zentimeterbereich ohne externe Unterstützungssysteme anbieten zu können. Derzeit werden solche Genauigkeiten nur mit Zusatzdiensten erreicht, zu deren Betrieb umfangreiche Netze von Empfängern am Boden betrieben werden müssen. Die Genauigkeit direkt aus der Konstellation zu erhalten, hätte für die Nutzer und die Industrie klare Vorteile: Geräte würden überall und sofort „out off the box“ funktionieren. Ähnliches gilt für globale Integrität, wie man sie für sicherheitskritische Anwendungen, etwa das Landen von Flugzeugen, benötigt. Bei solchen Anwendungen dürfen substantielle Fehler nur ganz selten passieren, etwa alle 1000 Jahr beim heutigen Betrieb an einem Flughafen wie Frankfurt. Auch dies wollen wir direkt aus der Konstellation heraus ermöglichen, um somit unabhängig von lokal betriebenen Infrastrukturen zu werden.

Wie läuft die Positionsbestimmung in den derzeitigen Satellitennavigationssystemen ab?
Empfänger verwenden heute zur Positionsbestimmung Zeitdifferenzmessungen zu verschiedenen Satelliten. Hierfür senden die Satelliten ein Signal aus, das einer sprechenden Uhr ähnelt: „Beim dritten Ton ist es genau 12 Uhr: beep, beep, beep.“ Eine ähnliche Signalisierung verwenden die Satelliten, um den Empfänger darüber zu informieren, wann das Signal die Antenne des Satelliten verlassen hat. Der Empfänger misst dann die Ankunftszeit des Signals mit seiner lokalen Uhr. Wären alle Uhren synchronisiert und würde die Ausbreitung ohne Störung erfolgen, könnte der Empfänger aus der Differenz der Zeiten die Laufzeiten der Signale – also den Abstand zu den Satelliten – ermitteln und daraus seine Position bestimmen. Das Kontrollsystem kann allerdings auch nur auf diese Größen zurückgreifen und muss entsprechend ein komplexes Schätzproblem lösen, in das Uhrenversätze und Satellitenbahnen atmosphärische Parameter, Signalversätze und der Lichtdruck der Sonne eingehen. Dieses Problem ist nur durch die Betrachtung von Messungen über längere Zeiträume, durch die Verwendung von ausgefeilten Modellen und auf Grund der hohen Stabilität der Atomuhren überhaupt zu lösen.

Wie könnte ein zukünftiges System aussehen? Sie entwickeln derzeit ein Konzept für ein System mit dem Namen „Kepler“…
Beim Kepler-System wollen wir die Beobachtbarkeit der soeben genannten Größen deutlich verbessern. Viele kennen Lasermessgeräte aus dem Baumarkt. Sie werden verwendet, um Distanzen von einigen Metern sehr genau zu messen. Wir wollen verwandte Systeme bei Kepler auf Distanzen von circa 25.000 Kilometern einsetzen. Nicht nur, um die Distanz zu messen, sondern auch um die Zeitdifferenz, die die Satellitenuhren anzeigen, zu ermitteln. Ein solches System lässt sich dadurch jederzeit perfekt synchronisieren und benötigt nur noch Uhren, die über wenige Sekunden und nicht mehr über Stunden stabil sind. Zusätzlich sehen wir in unserem Konzept eine weitere Konstellation von sechs Satelliten vor, die in einer Höhe von 1200 Kilometern fliegen. Mit ihnen können wir die Signale ohne atmosphärische Störungen beobachten und damit die Signalversätze (signal biases) und die Bahnen hochgenau bestimmen.

Müssten Nutzer des Galileo-Systems bei einer Einführung des Kepler-Systems neue Endgeräte beschaffen?
Nein, die Struktur der abgestrahlten Signale bleibt die gleiche. Damit könnten auch älteste Galileo-Empfänger Kepler-Signale verarbeiten und würden dabei von den genaueren Bahnen und der genaueren Synchronisation profitieren. Den vollen Gewinn würden aber nur Empfänger einfahren, die Zusatzinformationen berücksichtigen und eine aufwendigere Signalverarbeitung umsetzen.

Was allerdings ausgetauscht werden müsste, wären die Satelliten – also Kepler-Satelliten, die die Galileo-Satelliten ersetzen müssten. Wie könnte dies ablaufen?
Die Kepler-Satelliten würden ihren Betrieb als Galileo-Satelliten aufnehmen. Erst wenn genügend viele Kepler-Satelliten im Umlauf wären, würde der neue Modus aktiviert. Stufenweise würde dann die Kontrolle an den Kepler-Modus übergeben, wobei die Bodeninfrastrukturen zu Beginn eine Zeit lang beobachtend in Betrieb bleiben würde. Die Gestaltung dieses Übergangs ist eine enorme Herausforderung, da zu dem Zeitpunkt nicht nur Milliarden von Empfängern in Betrieb sein werden, sondern auch zahlreiche sicherheitskritische Anwendungen die Signale verwenden werden. Die Nutzer dürften dabei nichts von dem Übergang merken, außer dass die Positionierung genauer wird.

Wann könnte ein Übergang von einem laufenden Galileo-Satellitennavigationssystem zu einem Kepler-System erfolgen?
Im Augenblick ist nichts entschieden! Idealerweise würden die neuen Kepler-Satelliten zu dem Zeitpunkt zur Verfügung stehen, zu dem viele der heutigen Galileo-Satelliten ersetzt werden müssen. Das ist Ende der 20er Jahre. Technologisch halte ich das in Partnerschaft mit ESA und Industrie für machbar. Es bleibt aber viel zu tun. Die Schaffung des Galileo Competence Centers am DLR ist ebenfalls eine klare Stütze. Die Forschung für Kepler soll dort ein Thema werden. Unser Bestreben ist es, die Reife der Schlüsseltechnologien voranzutreiben und auf Satelliten zu bringen. Daneben müssen wir das Systemkonzept weiter verfeinern und weiterentwickeln.

Was macht die Satellitennavigation denn so wichtig im heutigen und im zukünftigen Alltag, dass solche aufwendigen Konstellationen entstehen sollen?
Die Satellitennavigation ist heute eine der wichtigsten Infrastrukturen überhaupt! Es gibt kein Transportmittel, das sich nicht auf Satellitennavigation abstützt. Besonders darauf angewiesen sind Piloten und Kapitäne: Sie müssen ihre Flugzeuge und Schiffe bei schlechter Sicht navigieren, landen beziehungsweise anlegen. Auch für den zentimetergenauen Bau von Brücken und Wolkenkratzer oder für die Steuerung von landwirtschaftlichen Geräten sind wir darauf angewiesen. Daneben wird die Satellitennavigation auch zur Synchronisation von Telekommunikations- und Stromnetzen, aber auch von Börsenplätzen eingesetzt. Wir sind überzeugt, dass wir mit der Ausrichtung auf hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit und deren globale Verfügbarkeit, nicht nur die Nutzung bestehender Anwendungen vereinfachen, sondern auch zahlreiche, neue bisher nicht gedachte Anwendungen ermöglichen werden.

Das Interview führte Manuela Braun.

Der Beitrag Weiter forschen für Satellitennavigation erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Roland Rischer. Quelle: ESA, ESA-Blog, Raumcon.

Venus Express umkreist den zweiten Planeten in gegenwärtig 24 Stunden auf einer hochelliptischen Umlaufbahn. Der Venus-fernste Punkt des Orbits ist mit rund 66.000 Kilometer über dem Südpol erreicht. Der Venus am nächsten (Perizentrum) ist über dem Nordpol. Die noch unter „Routine“ fallenden Überflüge des Nordpols fanden in mindestens 190 Kilometer Höhe statt. Die nun anstehenden Atmosphärenbremsmanöver bringen beim European Space Operation Center in Darmstadt nochmal etwas Spannung ins Programm. Mit dem programmieren des Aerobrake-Flugmodus hat man bereits vor Monaten begonnen. Seit 20. Mai 2014 läuft die engere Vorbereitungsphase. Im Rahmen dieses „walk-in“ senkt man das Perizentrum schrittweise und testet die programmierten Aerobrake-Einstellungen zunächst in unproblematischen Höhen. Ab 18. Juni 2014 beginnen die eigentlichen Atmosphärenbremsversuche. Sie laufen, wenn alles gut geht, bis 11. Juli 2014. Begrenzt wird der Zeitraum durch die zu Ende gehenden Treibstoffvorräte. Sie sollen zwar dafür ausreichen, die Berechnungen sind aber durch erhebliche Unsicherheit geprägt.

Venus Express wird ab 18. Juni bei jedem Umlauf immer tiefer in die Venus-Atmosphäre eintauchen, von anfänglich 197 Kilometer bis hinab auf 130 Kilometer. Die Sonde wird dabei in begrenztem Maße Messungen durchführen. So soll die Atmosphärenzusammensetzung analysiert und Daten über das Magnetfeld, den Sonnenwind, die Temperaturen und den Atmosphärenwiderstand aufgezeichnet werden. Für Planetenforscher ist das eine fast einmalige Gelegenheit, weitere Erkenntnisse über die Zusammensetzung der oberen Atmosphärenschichten der Venus zu erlangen. Die Flugingenieure versprechen sich wichtige Erfahrungswerte zum Flugverhalten einer derartigen Sonde in einer im Vergleich zur Erde höchst andersartigen Atmosphäre. Diese könnten in das Design künftiger Missionen einfließen, denn eine Atmosphärenbremsung reduziert die für Bremsmanöver mitzuführenden Treibstoffvorräte. Venus Express bietet die seltene Möglichkeit, Programme für einen autonomen Flug in den hohen Atmosphärenschichten fremder Himmelskörper zu testen und die Unsicherheitsfaktoren einzugrenzen.

Während eines jeden Aerobraking-Manövers wird die Sonde so ausgerichtet, dass sie und ihre Solarpaneele einen möglichst hohen Luftwiderstand erzeugen (ESA-Video hier). Das bedeutet auf der anderen Seite, dass die Antenne nicht auf die Erde gerichtet und eine Kommunikation nicht möglich ist. Doch auch aufgrund der Entfernung zur Erde (momentan 164 Millionen Kilometer) und entsprechenden Signallaufzeiten muss sich die Sonde in jeder Situation selbstständig steuern können. Ganz unvorbereitet ging man beim ESOC nicht die jetzigen Aerobrake-Versuche. Im Rahmen einzelner Umläufe führte man Venus Express in den letzten Jahren auch schon mal unter die Sicherheitsgrenze von 175 Kilometer bis auf 165 Kilometer hinunter, um die auf die Sonde wirkenden Kräfte und ihr „Flugverhalten“ zu messen. Senkt man nun das Perizentrum noch weiter auf 130 Kilometer oder sogar noch darunter, erfordert dies laut Adam Williams, Venus Express Operations Manager am ESOC, eine spezielle und äußerst vorsichtige Flugkontrolle. Ob jedes der jeweiligen Aerobrake-Manöver gelingt, sei dabei keinesfalls gewiss und erst mit Zeitverzögerung feststellbar. Rund zwei Stunden nach jedem Aerobrake werden die gewonnenen Flugdaten über die Bodenstation Cerberos in Spanien abgerufen. Erst dann wird der Zustand von Venus Express klar sein.

Williams sieht eine nicht geringe Wahrscheinlichkeit, dass der verbliebene Treibstoff aufgrund unvorhergesehener, aber notwendiger Steuerbefehle vorzeitig zu Ende geht oder die Sonde aufgrund der auftretenden Reibungshitze und einer an die Grenzen angekommenen elektrischen Energieversorgung das Aerobraking nicht überlebt. Ein solches Manöver beanspruche die Batterien ganz erheblich. Letztendlich könnten Schäden an der Hochgewinn-(High-Gain-)Antenne die Kommunikation mit dem ESOC unmöglich machen.

Sollte Venus Express die Versuche bis zum 11. Juli 2014 ohne gravierende Schäden überstehen und noch Treibstoff vorhanden sein, wird sie wieder auf eine höhere Umlaufbahn gebracht und kann dort ihr wissenschaftliches Programm fortsetzen. Wenn im optimistischen Szenario gegen Ende 2014 der letzte Treibstoff verbraucht ist, wird Venus Express in der Venus-Atmosphäre verglühen.

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• Venus Express

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: ESO.

Das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (kurz „ALMA“) ist das größte derzeit auf der Erde verfügbare Radioteleskop. Es handelt sich hierbei um einen aus 66 einzelnen Antennen bestehenden Teleskopverbund, welcher sich in einer Höhe von 5.100 Metern über dem Meeresspiegel auf dem Chajnantor-Hochplateau in der nordchilenischen Atacama-Wüste befindet. Im Zentrum der Anlage befindet sich eine Anordnung von 50 Antennen mit einem Durchmesser von jeweils 12 Metern, welche im Verbund wie ein einziges Teleskop agieren. Ergänzt wird die Anlage durch weitere vier Antennen mit jeweils 12 Metern Durchmesser und zwölf Antennen mit sieben Metern Durchmesser. Die ALMA-Antennen sind beweglich und können mittels zwei spezieller Transporter so auf dem Hochplateau angeordnet werden, dass sich zwischen den Antennen Maximalabstände zwischen 150 Metern bis 16 Kilometern ergeben. Durch die Möglichkeit solcher Abstandsänderungen wird ALMA zu einer Art gigantischem „Zoomteleskop“.

Das ALMA ist in der Lage, das Universum bei Wellenlängen zwischen 0,3 und 9,6 Millimetern im Millimeter- und Submillimeterbereich des elektromagnetischen Spektrums mit noch nie da gewesener Empfindlichkeit und Auflösung zu erforschen. Der Teleskopverbund verfügt dabei über eine bis zu zehnmal bessere Auflösung als das Weltraumteleskop Hubble. Mit Hilfe der Millimeterstrahlung hoffen die Astronomen, einige der wichtigsten Fragen zur Entstehung und Entwicklung des Universums beantworten zu können.
So lassen sich zum Beispiel in diesem Wellenlängenbereich die chemischen und physikalischen Bedingungen im Inneren von Molekülwolken untersuchen – den dichten Gas- und Staubregionen, in denen sich neue Sterne bilden. Diese Gebiete des Universums sind oftmals dunkel und für das sichtbare Licht undurchdringlich. Im Millimeter- und Submillimeterbereich leuchten diese Wolken dagegen hell und ermöglichen einen Blick auf ihr Inneres. Weitere Strahlungsquellen sind einige der ältesten und am weitesten von unserem Sonnensystem entfernten Galaxien des Universums.

Diese zwischen Infrarot und Radiowellen im elektromagnetischen Spektrum angesiedelte Millimeter- und Submillimeterstrahlung, welche den professionellen Astronomen den Blick auf das immer noch rätselhafte „kalte Universum“ ermöglicht, wird beim Durchgang durch die Erdatmosphäre durch den in der Atmosphäre enthaltenen Wasserdampf stark abgeschwächt. Dies ist auch der Grund dafür, dass sich der ALMA-Komplex auf dem Chajnantor-Plateau befindet – einem der weltweit höchstgelegenen Beobachtungsstandorte.

Erste wissenschaftlich verwertbare Aufnahmen lieferte das ALMA bereits im Sommer 2011, obwohl sich die Anlage zu diesem Zeitpunkt noch im Aufbau befand. Aber bereits vor seiner Fertigstellung wurde ALMA intensiv für verschiedene wissenschaftliche Projekte genutzt und hat dabei sein großes Potenzial durch die Veröffentlichung diverser wissenschaftlicher Ergebnisse bewiesen. Die offizielle Einweihung der Teleskopanlage erfolgte schließlich am 13. März 2013. Dieser Festakt markierte die Fertigstellung aller Hauptsysteme der gigantischen Anlage und den formalen Übergang von einem Bauprojekt zu einem vollwertigen Observatorium.

Aber erst jetzt wurde auch die letzte der 66 Antennen an das ALMA-Observatorium übergeben. Die 12 Meter durchmessende Antenne wurde von dem europäischen AEM-Konsortium, welches sich aus den Firmen Thales Alenia Space, European Industrial Engineering und MT-Mechatronics zusammensetzt, hergestellt und schließt die Lieferung von insgesamt 25 europäischen Antennen erfolgreich ab. Nordamerika hat weitere 25 Antennenschüsseln mit 12 Metern Durchmesser zur Verfügung gestellt, während Ostasien 16 Antennen (vier mit 12 Metern und zwölf mit sieben Metern Durchmesser) bereitgestellt hat.

Die Übergabe der letzten Antennenschüssel beendet nun endgültig die Bauphase von ALMA und läutet die wissenschaftliche Nutzung aller 66 Antennenschüsseln ein, welche noch vor dem Ende dieses Jahres erfolgen soll. Mit diesem Schritt, so die Erwartungen der Astronomen, beginnt eine neue Ära von Entdeckungen in der Geschichte der Astronomie.

„Dies ist ein wichtiger Meilenstein für das ALMA-Observatorium, da es Astronomen in Europa und anderenorts die Möglichkeit eröffnet, das vollständige ALMA-Observatorium mit seiner ganzen Empfindlichkeit und Sammelfläche zu nutzen“, so Wolfgang Wild, der europäische ALMA-Projektmanager.

Der ALMA-Teleskopverbund ist eine internationale astronomische Forschungseinrichtung, welche gemeinsam von verschiedenen europäischen, nordamerikanischen und ostasiatischen Instituten in Zusammenarbeit mit der Republik Chile getragen wird. Von europäischer Seite aus wird ALMA über die Europäische Südsternwarte (ESO) finanziert. Den nordamerikanischen Beitrag stellt die National Science Foundation (NSF) der USA in Zusammenarbeit mit dem kanadischen National Research Council (NRC) und dem taiwanesischen National Science Council (NSC). Für Ostasien ist das japanische National Institute of Natural Sciences (NINS) in Kooperation mit der Academia Sinica (AS) in Taiwan zuständig. Im Betriebsmodus erreicht das ALMA ein Auflösungsvermögen, welches die Auflösung früherer Himmelsbeobachtungen um einen Faktor von mehr als 10 übersteigt.

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• ESO-Projekt ALMA

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ESA.

Die riesige Antennenanlage, kurz DSA 3 für Deep Space Antenna 3 genannt, ist Herzstück der Station in der Nähe der Stadt Malargüe in der argentinischen Provinz Mendoza und befindet sich rund 1.000 Kilometer westlich von Buenos Aires.

Zusammen mit den ESA-Bahnverfolgungsstationen in Australien und Spanien wird es das ESA-Netz zur Bahnverfolgung durch seine dann globale Abdeckung künftig erlauben, permanent Kontakt mit europäischen Tiefraummissionen zu halten.

Auch via DSA 3 mit ihrer rund 600 Tonnen schweren Antennenschüssel wird man Kommandos senden, Daten empfangen und radiometrische Messungen durchführen können und dabei Raumfahrzeuge wie BepiColombo, Gaia, ExoMars, Herschel, Juice, Mars Express, Planck, Rosetta, Solar Orbiter und Venus Express adressieren.

Die Arbeiten am Bau der Station sind im wesentlichen abgeschlossen und vor Ort tätige Arbeitsgruppen bereiten die Übergabe des Objekts mit einer offiziellen Einweihung Ende 2012 an die ESA vor. Die Aufnahme des Regelbetriebs von DSA 3 ist für Anfang 2013 vorgesehen.

Im Rahmen von Tests wurden erste Signale von einem weiter von der Erde entfernten Raumfahrzeug im Juni 2012 empfangen. Informationen von Mars Express erreichten die Station, nachdem sie eine Entfernung von rund 193 Millionen Kilometern zurückgelegt hatten, und erlaubten den Nachweis, dass die Station in der Lage sein wird, ihren Aufgaben nachzukommen.

Zwischenzeitlich erwies sich, dass es DSA 3 möglich ist, die jeweils erforderliche Ausrichtung der Antenne auf ein bestimmtes Raumfahrzeug sehr zügig durchzuführen und anschließend einen exakten Signalempfang vorzunehmen. Für verschiedene Raumfahrzeuge der ESA und der US-amerikanischen Raumfahrtagentur NASA hat man dies mehrfach exemplarisch durchexerzieren können und erzielte dabei bessere Ergebnisse als erwartet.

Die hervorragenden Leistungsdaten führt man auf den Einsatz fortschrittlicher Verstärker mit sehr geringen Betriebstemperaturen und den in klarer Luft gelegenen Standort auf rund 1.500 Metern über dem Meer zurück.

DSA 3 wird sich künftig wie DSA 1 in New Norcia im Westen Australiens und DSA 2 im spanischen Cebreros von Ingenieuren des Europäischen Raumfahrtkontrollzentrums (ESOC) in Darmstadt fernsteuern lassen.

Alle drei Stationen besitzen Antennen mit einem Durchmesser von jeweils 35 Metern und besonders rauscharme Verstärkeranlagen, die kryogenisch gekühlt werden, um auch den Empfang von extrem schwachen Signalen zu ermöglichen. Beim Senden von Kommandos zu im Sonnensystem aktiven Raumfahrzeugen können alle drei Stationen mit Leistungen von bis zu 20 Kilowatt arbeiten.

Die Stationen der ESA werden auch eingesetzt, um Missionen von Raumfahrzeugen der Partnerorganisationen wie der NASA und der japanischen JAXA zu unterstützen, so wie letztere es mit eigenen Stationen für europäische Missionen getan haben. Es ist das Ziel aller Beteiligten, so viele wissenschaftliche Daten wie möglich empfangen zu können, weshalb man sich gerne gegenseitig hilft.

Mittels eines delta-DOR für delta – Differential One-Way Ranging genannten Verfahrens können die europäischen Stationen die Position von im Sonnensystem unterwegs befindlichen Raumfahrzeugen mit sehr hoher Genauigkeit bestimmen und so einen Beitrag für eine möglichst exakte Navigation liefern. Dabei macht man sich quasi-stellare Radioquellen, die sehr aktiven Zentren weit entfernter Galaxien, als Bezugspunkte zur Kalibrierung zu Nutze. Die erreichte Genauigkeit liegt im Bereich einiger Meter.

Neben der Bestimmung der Postionen eines Raumfahrzeuges sowie dem Empfang von Daten und dem Senden von Kommandos, also der Kommunikation mit Raumfahrzeugen, haben die Stationen selbst zusätzliche wissenschaftliche Aufträge. Eine entsprechende Ausrüstung ermöglicht beispielsweise die Untersuchung des Einflusses der Atmosphäre von Planeten auf sie durchdringende Radiowellen. Man hofft beispielsweise, aufschlussreiche Informationen über die Zusammensetzung der Atmosphäre der Planeten von Mars und Venus und der Sonne zu gewinnen.

Der Beitrag DSA 3: ESA stellt große Bahnverfolgungsstation fertig erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: NASA/JPL. Vertont von Peter Rittinger.

Bisher verläuft die Curiosity-Mission seit der Landung am Montagmorgen auf unserem äußeren Nachbarplaneten bilderbuchmäßig: „Curiosity funktioniert weiterhin reibungslos und hat alle geplanten Aktionen für den gestrigen Tag ausgeführt“, so Mike Watkins, Missionsmanager des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA auf der Pressekonferenz am Donnerstagabend (MESZ). Mehrere wissenschaftliche Instrumente und Kameras an Bord des Rovers wurden zwischenzeitlich ersten Tests unterzogen, die allesamt ohne Beanstandungen absolviert wurden.

Mit der erfolgreichen Inbetriebnahme der Hochgewinn-Antenne sowie dem Aufrichten des 1,10 Meter hohen Kameramastes sind mittlerweile zwei weitere wichtige Meilensteine auf dem Weg zur vollen Einsatzbereitschaft des Rovers erreicht worden. Die schwenkbare, auf dem Rover-Deck montierte sechseckige Hochgewinn-Antenne erlaubt es, Status- und Telemetriedaten von Curiosity direkt zur Erde sowie Befehlssequenzen vom Missionskontrollzentrum in Pasadena (Kalifornien) direkt zum Rover zu senden. Damit gibt es nun drei voneinander unabhängige Kommunikationskanäle unterschiedlicher Leistungsfähigkeit zwischen dem Rover-Kontrollzentrum und Curiosity. Mehr dazu können Sie in unserem Artikel Curiosity: Kommunikation mit der Erde erfahren.

Mittlerweile laufen auch die Vorbereitungen für einen umfassenden „Software-Tausch“ im Rover-Bordcomputer. Die bisher aktive – und nun nicht mehr erforderliche – Software zur Steuerung des Fluges von der Erde zum Mars sowie des Landevorgangs wird in den kommenden Tagen schrittweise durch eine Software ersetzt, die für die anstehenden Bodenoperationen von Curiosity optimiert ist.

Das Aufrichten des Kameramastes war Voraussetzung für die Inbetriebnahme der dort angebrachten vier Navigations- und zwei hochauflösenden Mast-Kameras wie auch der sogenannten ChemCam; weiterhin ist auch die Wetterstation REMS an ihm befestigt. Nach dem Aufrichten des Kameramastes haben die dort angebrachten Navigationskameras eine ganze Reihe von Aufnahmen des Rovers und seiner Umgebung fabriziert, die mittlerweile mit Hilfe der beiden US-amerikanischen Mars-Orbiter Mars Odyssey sowie Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) zur Erde übertragen worden sind.

Neue und beeindruckende Bilder aus dem Gale-Krater
Das gestern veröffentlichte Selbstportrait von Curiosity zeigt unter anderem große Teile des Rover-Decks in beeindruckender Auflösung und Schärfe. Auf der aus mehreren Einzelaufnahmen zusammengesetzten Ansicht des Rovers sind unter anderem relativ viele, bis zu etwa einem Zentimeter große Geröllstücke und kleine Steine zu sehen, die auf dem Rover-Deck liegen. Offensichtlich sind sie während der Landung durch die Triebwerke des Sky Cranes aufgewirbelt worden. Die Mitarbeiter des EDL-Teams (= „Entry, Descent and Landing“, dt. „Eintauchen, Abstieg und Landung“) hatten derartig viele und große Geröllstücke vom Mars-Boden nach der Landung nicht auf dem Rover-Deck vermutet – möglicherweise ein Zeichen dafür, dass die auf dem Mars-Boden liegenden Geröllstücke und kleinen Steine leichter sind als angenommen. Ein Problem für die Funktionsfähigkeit der auf dem Rover-Deck angebrachten Geräte und Instrumente stellen sie jedoch nach bisherigem Erkenntnisstand nicht dar.

Ein anderes Highlight war ohne Frage das erste farbige 360-Grad-Panorama der Umgebung von Curiosity. Das Panorama setzt sich aus 130 Vorschaubildern zu je 144 x 144 Pixel zusammen, die von der 34 Millimeter Mast-Kamera aufgenommen wurden. Vor der Veröffentlichung wurden das Panorama etwas aufgehellt, da es an der Landestelle von Curiosity zum Zeitpunkt der Aufnahme bereits Nachmittag und deshalb nicht mehr besonders hell war.

Sehr gut sind auf dieser Aufnahme links und rechts im Mars-Boden die grau eingefärbten Furchen zu sehen, die die Abgase der Triebwerke des Sky Cranes während des Landevorgangs verursacht haben. In der Bildmitte ist am oberen Rand die Basis des „Mount Sharp“ genannten zentralen Kraterhügels zu sehen. Im Laufe der kommenden Wochen und Monate wird Curiosity zum Fuß des Kraterhügels fahren, um dort Sedimentschichten näher zu untersuchen. An den Bildrändern sind – aufgrund der großen Entfernung in leichten Dunst gehüllt – die Wände des Gale-Kraters zu sehen. Relativ nah beim linken Bildrand ist auch die sechseckige Hochgewinn-Antenne des Rovers erkennbar, und etwa in der Mitte des Panoramas wirft der Kopf des Kamera-Mastes von Curiosity einen deutlich identifizierbaren Schatten auf dem Mars-Boden.

Eine Vielzahl weiterer Fotos von Curiosity können Sie in unserer Mediengalerie entdecken. Immer aktuelle Neuigkeiten und interessante Diskussionen rund um den Fortgang der neuesten Rover-Mission auf dem Mars finden Sie auch in dem Curiosity-Diskussionsthread in unserem RaumCon-Forum.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter

Nach einem 254 Tage andauernden Flug über eine Distanz von 567 Millionen Kilometern durch den interplanetaren Raum wird die Cruise Stage des nächsten Marsrovers der NASA unseren äußeren Nachbarplaneten in den frühen Morgenstunden des 6. August 2012 erreichen. Unmittelbar darauf beginnt die Phase des Entritts in die Marsatmosphäre, des Abstieges und der Landung auf der Marsoberfläche (nähere Informationen zu dieser „EDL“-Phase finden Sie hier). Allerdings ist die Landung Curiositys nicht frei von einer Vielzahl an potentiellen Fehlerquellen. Prinzipiell stellt bisher absolut jede Landung auf einem fremden Himmelskörper aus technischer Sicht ein Risiko dar und kann nicht als eine simple „Routineoperation“ betrachtet werden. Speziell bei der Landung Curiositys kommen dabei verschiedene Hardware- und Software-Komponenten zum Einsatz, welche zuvor niemals unter realen Bedingungen getestet werden konnten.

Um die einzelnen Phasen der Landung besser nachvollziehen und eventuell auftretende Fehler rekonstruieren zu können wird die Abstiegsstufe des Rovers daher während der auch als die „Sieben Minuten des Terrors“ bezeichneten Landephase eine Vielzahl von Telemetriedaten aufzeichnen und diese in Echtzeit an die verschiedenen gegenwärtig aktiven Marsorbiter der NASA und der ESA sowie an das Deep Space Network (DSN) der NASA weiterleiten.

Direct to Earth-Kommunikation

Zum einen wird dabei eine Abstrahlung von einfachen Zustandssignalen erfolgen, welche allerdings keine genauen Telemetriedaten beinhalten. Diese im Bereich des X-Bandes ausgestrahlten Signaltöne werden mit den Antennen des DSN direkt auf der Erde empfangen und dienen der Verfolgung und Bestätigung der einzelnen, während der Landung autonom ablaufenden Einzelschritte (zum Beispiel „Der Landefallschirm wurde ausgelöst“). Allerdings wird die Erde von Curiositys Position aus gesehen noch vor dem erfolgenden „Touchdown“, dem Aufsetzen des Rovers auf der Marsoberfläche, unter den Horizont sinken. Dies hat zur Folge, dass ab diesem Zeitpunkt keine direkte Übermittlung von Statussignalen zur Erde mehr möglich sein wird.

Gleichzeitig wird die Abstiegsstufe allerdings auch Zustandssignale und detaillierte Telemetriewerte an die drei in Marsumlaufbahnen befindlichen Marsorbiter Mars Reconnaissance Orbiter (kurz „MRO“), Mars Odyssey und Mars Express übertragen, welche zum Zeitpunkt des Atmosphäreneintritts der Abstiegsstufe Curiositys und der Landung alle über eine direkte Sichtverbindung zu dem Rover verfügen werden. Für die Übertragung dieser Telemetriedaten soll der Frequenzbereich des UHF-Bandes genutzt werden.

Mars Reconnaissance Orbiter

Der MRO wird diese Daten zunächst jedoch lediglich in seinem Bordcomputersystem ablegen können. Der Grund hierfür ist, dass sich der Orbiter während der Landephase von der Erde aus gesehen „hinter“ dem Mars befindet und somit keine Möglichkeit einer direkten Weiterleitung der Daten in Richtung Erde besteht. Der Mars Reconnaissance Orbiter wird die aufgezeichneten Telemetriedaten erst während eines späteren Marsorbits an die Erde übertragen, wo sie dann etwa vier bis fünf Stunden nach der erfolgten Landung empfangen werden.

Mars Odyssey

Vielmehr wird die Direktübermittlung der EDL-Daten durch den zweiten Marsorbiter der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA, den Orbiter Mars Odyssey, erfolgen. Dieser Orbiter hatte erst am 24. Juli 2012 im Rahmen einer kurzen Zündung seiner Manövriertriebwerke ein Obitkorrekturmanöver durchgeführt. Aufgrund der sich durch das Manöver ergebenen „Vorverlagerung“ des Orbits wird sich Mars Odyssey während der gesamten Landephase in einer direkten Funkverbindung mit der Abstiegsstufe befinden und die empfangenen Daten unverzüglich an die ebenfalls in Sicht befindliche Erde weiterleiten, wo sie von der bei Canberra/Australien gelegenen DSN-Station der NASA empfangen werden sollen.

Der „Touchdown“ Curiositys im Gale-Krater wird am 6. August 2012 gegen 07:17 MESZ erfolgen, was einer lokalen Marszeit im Gale-Krater, dem vorgesehenen Landegebiet des Rovers, von etwa 15:00 Uhr entspricht. Aufgrund der an diesem Tag gegebenen Signallaufzeit von 13 Minuten und 48 Sekunden zwischen dem Mars und der Erde wird der Eingang der Daten, welche die erfolgte Landung bestätigen, jedoch erst gegen 07:31 MESZ erfolgen. Während der EDL-Phase – und auch während der anschließenden Stunden – wird dabei die 70-Meter-Antenne „DSS-43“ für den Empfang der Curiosity-Daten zur Verfügung stehen. Eine weitere DSN-Antenne, die 34-Meter-Antenne „DSS-34“, steht zudem als Backup-System für den Fall des Auftretens technischer Probleme mit der 70-Meter-Antenne bereit.

Mars Express

Aber auch der von der Europäischen Weltraumagentur ESA betriebene Marsorbiter Mars Express ist in die Landung Curiositys involviert.

„Wir haben bereits vor einigen Monaten damit begonnen, den Orbit [der Raumsonde] dahingehend anzupassen, dass sich Mars Express während der Abstiegsphase in einer exakt synchronisierten Umlaufbahn befindet und einen guten Blickwinkel auf die geplante Flugbahn des MSL haben wird“, so Michel Denis, der für Mars Express verantwortliche Spacecraft Operations Manager der ESA.

Die am ESA-Raumfahrtkontrollzentrum ESOC in Darmstadt beschäftigten Spezialisten für Flugbetrieb und Flugdynamik haben anlässlich der bevorstehenden Landung des Marsrovers auch einen speziellen Flugmodus für Mars Express entwickelt und getestet. Dieser „EDL-Pointing-Mode“ ist dafür verantwortlich, dass sich das Lander-Kommunikationssystem von Mars Express – dieses war ursprünglich für die Kommunikation mit dem bei der Landung auf dem Mars verloren gegangenen ESA-Marslander Beagle 2 vorgesehen – während der gesamten Landephase exakt auf die Abstiegsstufe Curiositys ausrichten wird.

In den frühen Morgenstunden des 6. August wird sich Mars Express dazu um 06:06 MESZ in den EDL-Pointing-Mode begeben und das Lander-Kommunikationssystem in Richtung Mars ausrichten. Zwischen 07:09 und 07:37 MESZ wird der Orbiter dann zunächst die von Curiosity abgestrahlten Kommunikationssignale aufzeichnen. Anschließend wird sich Mars Express ab 07:39 MESZ erneut drehen, seine Hauptantenne wieder in Richtung Erde ausrichten und die zuvor aufgezeichneten Signaldaten an die 35-Meter-Antenne des Deep-Space-Network der ESA in New Norcia/Australien übermitteln. Die Daten werden ab 08:15 MESZ in New Norcia eingehen und von dort aus unverzüglich an das Curiosity-Kontrollzentrum am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien weitergeleitet. Zusätzlich stehen an diesem Tag auch verschiedene Bodenstationen und die dort befindlichen Deep-Space-Antennen des ESTRACK der ESA als „Hot-Backup“ für das Deep-Space-Network der NASA bereit.

„Die NASA hat uns im Jahr 2003 bei der Ankunft von Mars Express am Mars unterstützt und in den vergangenen Jahren haben wir mehrfach Daten für die Rover Spirit und Opportunity weitergeleitet. Mars Express hat auch den Abstieg des NASA-Marslanders Phoenix im Jahr 2008 verfolgt. Wir teilen unsere Deep-Space-Netzwerke regelmäßig“, so Dr. Manfred Warhaut von der ESA. „Die bei Marsmissionen seit langem sowohl auf technischer als auch auf wissenschaftlicher Ebene bestehende Zusammenarbeit zwischen der ESA und der NASA ist vorteilhaft für beide Seiten und hilft beiden Organisationen, die Risiken zu verringern und den Ertrag an wissenschaftlichen Ergebnissen zu erhöhen.“

„Live“-Übertragungen der Landung

Die am 6. August 2012 erfolgende Landung des Rovers Curiosity wird leider für viele Jahre die letzte Landung eines Rovers auf der Oberfläche unseres äußeren Nachbarplaneten darstellen. Selbstverständlich lässt sich die NASA diese einmalige Gelegenheit nicht entgehen und wird die Landung in einem entsprechenden Rahmen in Form einer ausführlichen, allerdings englischsprachigen „Live“-Berichterstattung auf NASA-TV zelebrieren.

Sie können die Landung des Rovers Curiosity, welcher die Marsforschung während der kommenden Jahre wesentlich bestimmen wird, aber auch im Rahmen einer deutschsprachigen Übertragung verfolgen. Spacelivecast.de wird an diesem Tag um 06:30 MESZ auf Sendung gehen und Sie neben den Bildern von NASA-TV mit entsprechenden Kommentaren und vielen interessanten Hintergrundinformationen versorgen.

Diskussion zu diesem Artikel

• Marsrover Curiosity
• MSL Rover Curiosity auf Atlas V (541)
• Planet Mars

Verwandte Webseiten

• JPL: Orbitanpassung Mars Odyssey
• Spaceflight Now: Datenübertragung bei der Landung
• ESA: Unterstützung durch Mars Express
• ESA: Timeline Mars Express

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Ein Beitra von Ralph-Mirko Richter. Vertont von Peter Rittinger.

Nach der Beendigung der Endmontage und dem Abschluss der finalen Tests wurde der Marsrover Curiosity am 22. Juni 2011 mit einem Transportflugzeug der U.S. Air Force vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA zum Kennedy Space Center der NASA in Florida befördert. Von dort aus startete Curiosity am 26. November 2011 um 16:02 MESZ an der Spitze einer Trägerrakte vom Typ Atlas V (541) und begann seine mehr als acht Monate andauernde Reise zum Mars (Raumfahrer.net berichtete).

Der Rover und die für die Landung auf der Marsoberfläche benötigte Abstiegsstufe sind während der Flugphase zum Mars durch eine Kapsel, den „Aeroshell“, vor den unwirtlichen Einflüssen des Weltraumes – den niedrigen Temperaturen und der im Weltraum auftretenden Strahlung – geschützt. Am unteren Ende der Kapsel befindet sich der Hitzeschild, welcher die Abstiegsstufe und den Rover während der ersten Minuten nach dem Eintritt in die Marsatmosphäre vor den dabei auftretenden Temperaturen abschirmt. Am oberen Ende der Kapsel befindet sich dagegen ein Flugmodul, die so genannte „Cruise Stage“, welches für die Steuerung auf dem Weg zum Mars verantwortlich ist.

Die Cruise Stage

Auf dem 567 Millionen Kilometer weiten Weg bis zum Erreichen unseres äußeren Nachbarplaneten wird Curiosity durch ein Flugmodul (engl. „Cruise Stage“) gesteuert. Dieses etwa vier Meter durchmessende Modul verfügt einschließlich des für die bis zu sechs vorgesehenen Kurskorrekturmanöver mitgeführten Treibstoffes über ein Gesamtgewicht von 539 Kilogramm. Das ringförmige Modul besteht aus einer zentralen Aluminiumstruktur und wird durch mehrere rippenförmige Verstrebungen mechanisch stabilisiert. Auf der Oberfläche des Moduls sind insgesamt 12 Solarzellen montiert, welche den Komplex auf dem Weg zum Mars mit Energie versorgen sollen. Noch kurz vor dem Erreichen des Mars sollen die Solarzellen dabei in einer Entfernung von knapp 1,6 Astronomischen Einheiten zur Sonne mit einer Effizienz von erwarteten 28,5 Prozent ein Minimum von einem Kilowatt elektrischer Leistung generieren können. Zusätzlich sind mehrere Lithium-Ionen-Batterien vorhanden, auf deren gespeicherte Energiereserven im Bedarfsfall zurückgegriffen werden kann. Des weiteren ist das Modul mit den Akkumulatoren der Abstiegsstufe und dem Energieversorgungssystem des Rovers verbunden.

Das der MMRTG des Rovers auch bereits während der Flugphase eine große Menge an Wärmeenergie abgibt, muss diese Wärme aus dem Inneren der Cruise Stage abgeführt werden, um eine Überhitzung der Systeme zu verhindern. Aus diesem Grund ist das Flugmodul mit zehn Radiatoren ausgestattet, welche die überschüssige Wärme in den Weltraum ableiten. Mittels eines komplexen Rohrleitungssystems und einer Pumpe können einige der elektronischen Bauteile der Cruise Stage im Bedarfsfall jedoch auch gezielt beheizt werden, um diese Elemente vor Kälteschäden zu schützen. Für die Ermittlung der aktuell vorherrschenden Temperaturen im Inneren der Cruise Stage und die sich aus diesen Werten ergebende eventuell erforderliche Wärmeregulierung sind mehrere Temperatursensoren vorhanden. Als passive Schutzmaßnahme vor zu niedrigen Temperaturen ist das Innere des Flugmoduls zusätzlich mit diversen Isolationsmatten ausgestattet.

Während des Fluges zum Mars wird die Raumsonde in eine leichte Rotationsbewegung versetzt. Durch diese Spinstabilisierung, welche mit einer Rate von etwa zwei Umdrehungen pro Minute erfolgt, behält die Raumsonde während der Flugphase ihre vorgesehene Orientierung im Raum bei. Die Ermittlung der korrekten Ausrichtung im Weltraum erfolgt dabei durch den Einsatz eines Sternsensors und eines zusätzlichen Sonnensensors. Letzterer ermittelt dabei die Position der Sonne im Weltraum, ersterer zeichnet dagegen die Positionen von verschiedenen, zuvor als „Leitsterne“ festgelegten Fixsternen auf. Durch einen Abgleich der ermittelten Positionen der Sterne im Raum relativ zur Raumsonde kann dabei die Orientierung von Curiosity ermittelt und gegebenenfalls korrigiert werden. Zwecks einer größeren Sicherheit während der Transferphase zum Mars ist das gesamte für die Lagekontrolle zuständige System redundant ausgelegt. Diese Redundanz schützte Curiosity allerdings nicht vor dem Auftreten eines Problems, welches bereits Ende November 2011 durch einen Fehler in der Navigationssoftware ausgelöst wurde. Dieser Fehler konnte allerdings Anfang Februar 2012 durch ein entsprechendes Update der Software behoben werden (Raumfahrer.net berichtete).

Bahnkorrekturmanöver

Für die Durchführung der bis zu sechs auf dem Weg zum Mars vorgesehenen Bahnkorrekturmanöver (engl. „Trajectory Correction Maneuver“, kurz „TCM“) verfügt die Cruise Stage über insgesamt acht Manövertriebwerke, welche mit dem Treibstoff Hydrazin betrieben werden. Durch exakt aufeinander abgestimmte Zündungen der einzelnen Triebwerke kann die Raumsonde im Rahmen eines zu absolvierenden TCMs dabei sowohl die Flugrichtung als auch die Geschwindigkeit verändern. Das Hydrazin ist im Inneren der Cruise Stage in zwei kugelförmigen Tanks gelagert, welche aus einer Titanlegierung bestehen.

Der Aeroshell

Die über 4,5 Meter durchmessende, knapp drei Meter hohe und 731 Kilogramm schwere Kapsel (engl. „Aeroshell“) des Rovers wurde von der Firma Lockheed Martin hergestellt. Die Aufgabe des Aeroshell besteht einerseits darin, den Rover und die Abstiegsstufe während des Fluges zum Mars vor den widrigen Bedingungen des Weltraums zu schützen. Außerdem wird der Schild den Rover auch während der ersten Phase des Eintritts in die Marsatmosphäre vor den dabei auftretenden Bedingungen abschirmen. Während der EDL-Phase – dem Eintritt in die Marsatmosphäre, dem Abstieg und der Landung – dient der obere Teil der Kapsel, der 349 Kilogramm schwere, so genannte „Backshell“ jedoch in erster Linie der Lageregelung während des Abstieges. Zu diesem Zweck ist die Kapsel mit ebenfalls acht Lagekontrolltriebwerken ausgestattet, welche paarweise angeordnet sind. Die Triebwerke entwickeln einen Schub von etwa 267 Newton und werden ausschließlich zur Kontrolle der Rotation und der Ausballanzierung der Ausrichtung genutzt. Dabei erzeugen sie jedoch keinerlei aktive Bremswirkung. Des weiteren beherbergt die Kapsel verschiedenen Kontrollgewichte, welche während der Abstiegsphase kontrolliert abgestoßen werden. Durch das Abstoßen der Gewichte wird die exakte Ausrichtung des Rovers während des Abstieges gewährleistet.

Die bikonisch geformte Struktur des Backshell ist in einer Wabenkernbauweise ausgeführt, wobei die verwendeten Platten aus einem kohlenstofffaserverstärktem Graphit-Epoxid-Verbundstoff durch eine Aluminium-Wabenkernstruktur gestützt werden. Die Oberfläche des Backshell bildet ein dünner, ablativer Hitzeschild.

Der Fallschirm

Des weiteren beherbergt der Aeroshell an seinem oberen Ende einen Behälter. In diesem befindet sich ein Fallschirm, welcher der Abbremsung des Gefährtes in der unteren Schicht der Marsatmosphäre dienen wird. Der Bremsfallschirm ist mit 80 Befestigungsseilen – jedes verfügt über eine Länge von 45,7 Metern – mit dem Aeroshell verbunden. Mit einem Durchmesser von fast 16 Metern und einem Gewicht von rund 54 Kilogramm fällt der von der Firma Pioneer Aerospace in South Windsor/Connecticut entwickelte Fallschirm von Curiosity um etwa 10 Prozent größer aus als die Fallschirme, welche bei den Landungen der beiden Vorgängermissionen Spirit und Opportunity im Januar 2004 verwendet wurden. Es handelt sich somit um den größten Fallschirm, welcher bisher bei der Landung auf einem fremden Planeten zu Einsatz kam. Curiositys Fallschirmhalterung ist flexibel konstruiert und kann so die Bewegung und die Vibrationen des Landefallschirms bis zu einem gewissen Maß ausgleichen. Planmäßig wird der Fallschirm, welcher hauptsächlich aus Nylon und Polyester besteht, beim Unterschreiten der Mach-2-Grenze entfaltet und entwickelt eine Bremskraft von bis zu 289 kN.

Der Hitzeschild

Den unteren Teil des Aeroshell bildet ein 382 Kilogramm schwerer ablativer Hitzeschild, welcher den Rover und dessen Abstiegsstufe während des Eintritts in die Marsatmosphäre und der ersten Phase des Abstieges vor den dabei auftretenden Temperaturen von bis zu etwa 2.100 Grad Celsius schützen wird. Mit einem Durchmesser von 4,57 Metern handelt es sich hierbei um den größten Hitzeschild, welcher bisher im Rahmen einer Planetenmission verwendet wurde. Die für den Schild verwendeten Kacheln sind mit einer etwa 2,5 Zentimeter dicken Schicht aus einem Material überzogen, welches als Phenolic Impregnated Carbon Ablator (kurz „PICA“) bezeichnet wird.

PICA basiert auf einer Kohlenstoff-Phenol-Verbindung, welche über ein besonders gutes Verhältnis von der erreichten Schutzwirkung gegenüber dem auftretenden Gewicht verfügt. Das Material wurde bereits in den 1990er Jahren vom Ames Research Center entwickelt und kam am 15. Januar 2006 bei der Landung der Rückkehrkapsel der Kometenmission Stardust erfolgreich zum Einsatz.

Der Hitzeschild von Curiosity ist so konzipiert, dass er einer thermischen Belastung von 216 Watt pro Quadratzentimeter, einer mechanischen Scherung von bis zu 540 Pascal und einem beim Durchqueren der Atmosphäre auftretenden Staudruck von etwa 37 Kilopascal wiederstehen kann. In den Schild wurden die 14 Sensoren des MEDLI-Suite integriert, welche während des Eintritts in die Marsatmosphäre und bei deren Durchquerung Druck- und Temperaturdaten sammeln sollen.

Die Kommunikation während des Fluges und der Abstiegsphase

Für die Kommunikation während des Fluges zum Mars und für die Übertragung von Telemetriedaten während des Abstieges durch die Marsatmosphäre sind verschiedenen Antennen vorgesehen. Die Cruise Stage verfügt hierfür über eine „Medium Gain Antenna“ kurz („MGA“). Diese Hornantenne muss aufgrund ihrer mittelstark ausgeprägten Richtwirkung beim Senden und Empfangen von Daten grob in die Richtung auf die Erde ausgerichtet sein. Bei einer optimalen Ausrichtung erreicht die MGA einen Antennengewinn von etwa 18 Dezibel. Der Sendebetrieb erfolgt im Sendemodus bei einer Frequenz von 8401 MHz mit einer Datenrate von bis zu 10 kBit/s. Der Empfang findet bei 7151 MHz statt, wobei die Übertragungsrate bei etwa 1,1 kBit/s liegt.

Auch der Aeroshell ist mit mehreren Antennen versehen, welche sich im Bereich der Fallschirmhalterung befinden. Für die Kommunikation im Frequenzbereich des X-Bandes sind zwei baugleiche Antennen, die „Parachute Low Gain Antenna“ (kurz „PLGA“) und die „Tilted Low Gain Antenna“ (kurz „TLGA“) vorgesehen. Beide Antennen unterscheiden sich lediglich durch die Positionen, an welcher sie an der Struktur befestigt sind. Sie sind so angeordnet, dass jede der Antennen den „toten Winkel“ der anderen Antenne ausfüllen kann. Die Richtwirkung der PLGA und der TLGA ist sehr gering, so dass im Betriebsmodus keine exakte Ausrichtung in Richtung auf die Erde notwendig ist. Dies hat allerdings zur Folge, dass die erreichbaren Datenübertragungsraten eher gering ausfallen. Zu Beginn des Fluges zum Mars konnten in der Nähe der Erde Daten noch mit 1,1 kBit/s empfangen und mit 11 kBit/s gesendet werden. Mit zunehmender Entfernung zur Erde sinkt die Datenrate jedoch kontinuierlich bis auf lediglich wenige Dutzend Bits pro Sekunde ab. Der Antennengewinn beider Antennen schwankt zwischen 1 und 5 Dezibel, da es durch die Fallschirmhalterung zu erheblichen Reflektionseffekten kommen kann.

Während der ersten Landephase des Marsrovers findet die Kommunikation im UHF-Bereich über die „Parachute UHF Antenna“ (kurz „PUHF“) statt. Hierbei handelt es sich um einen Komplex von insgesamt acht kleinen Patchantennen welche an der äußeren Verkleidung des Fallschirmbehälters montiert sind. Durch die kreisförmige Anordnung der einzelnen PUHF-Antennen ergibt sich ein im Vergleich zu der PLGA und der TLGA ein sehr stabiles und in alle Richtungen effektiv nutzbares Sendeverhalten. Somit können auch bei dem sehr turbulenten Flug durch die Atmosphäre unseres Nachbarplaneten Telemetriewerte mit einer ausreichenden Geschwindigkeit übertragen werden. Der Antennengewinn der PUHF liegt zwischen minus fünf und plus fünf Dezibel, wobei eine Datenrate von mindestens 8 kBit/s erreicht werden wird.

Die Abstiegsstufe

Eingekapselt in den Aeroshell befinden sich der eigentliche Rover und die für dessen letzten Phasen der Landung benötigte, einschließlich des mitgeführten Treibstoffes 1.219 Kilogramm schwere Abstiegsstufe Curiositys. Nach der Abtrennung des Hitzeschildes, des Backshells und des Landefallschirms – letztere findet in einer Höhe von etwa 1.800 Metern über der Marsoberfläche statt, erfolgt die weitere Abbremsung ausschließlich durch die acht Manövriertriebwerke der Abstiegsstufe, welche zur Ermittlung der exakten Entfernung zur Oberfläche über ein an einem Ausleger montiertes Radarsystem verfügt. Die letzte Phase der Landung erfolgt schließlich durch den „Sky Crane“, welcher Curiosity auf den letzten Metern bis zum Erreichen der Oberfläche abseilen wird.

Auch die Abstiegsstufe mit einem eigenständigen Kommunikationssystem versehen. Für die Kommunikation im X-Band steht ein als „Small Deep Space Transponder“ (kurz „SDST“) bezeichneter Transmitter zur Verfügung, welcher auf der Technik der beiden Rover Spirit und Opportunity basiert. Die Datenübertragungsrate des SDST wird durch die Elektronik in Abhängigkeit von der Signalqualität automatisch eingestellt und kann zwischen acht und 4.000 Bit pro Sekunde liegen. Des weiteren verfügt die Abstiegsstufe über eine „Descent Low Gain Antenna“ (kurz „DLGA“) und eine „Descent UHF Antenna“ (kurz „DUHF“), mit denen die während des Atmosphärenabstieges gesammelten Telemetriewerte an die beiden NASA-Marsorbiter Mars Reconnaissance Orbiter und Mars Odyssey sowie an den ESA-Orbiter Mars Express übermittelt werden sollen. Ein Teil der Daten wird auch auf direktem Weg an das Deep Space Network (DSN) der NASA übertragen und von den DSN-Stationen bei Canberra/Australien empfangen werden.

Diskussion zu diesem Artikel

• Marsrover Curiosity
• MSL Rover Curiosity auf Atlas V (541)
• Planet Mars

Verwandte Webseiten

• Solarzellen Cruise Stage
• Eintrittskapsel
• Aeroshell
• JPL: Fallschirmtests
• NASA: Fallschirmtests
• MSL Kommunikationssystem

Der Beitrag Curiositys Flug zum Mars erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: NASA.

Die direkte Kommunikation zwischen Curiosity und der Erde

Für die direkte Kommunikation zwischen dem Kontrollzentrum auf der Erde und dem Rover, der sogenannten „Direct to Earth“-Kommunikation (kurz „DTE“) für das Senden und der „Direct from Earth“-Kommunikation (kurz „DFE“) für das Empfangen von Daten, verfügt Curiosity über eine schwenkbare Hochgewinnantenne (engl. „High Gain Antenna“, kurz „HGA“), welche auf dem Roverdeck montiert ist. Es handelt sich hierbei um eine Patchantenne, welche über eine sehr starke Richtwirkung verfügt. Curiositys sechseckige HGA weist einen Durchmesser von 25,5 x 29,4 Zentimetern auf und verfügt über ein Gewicht von etwa acht Kilogramm.

Trotz einer geringen Verstärkerleistung lassen sich mit dieser Antenne relativ hohe Datenübertragungsraten erzielen, wobei die HGA während des Betriebes allerdings äußerst präzise auf ihre jeweilige Empfangsstation auf der Erde ausgerichtet sein muss. Im Sendebetrieb liegt der Antennengewinn bei einer optimalen Ausrichtung der HGA-Antenne bei einem Wert von 26 dB, beim Empfang von Daten beträgt der Gewinn 21 dB. Bereits eine Fehlausrichtung der Antenne von lediglich acht Grad führt zu einer Halbierung dieser Werte. Liegt die Abweichung dagegen bei einem Wert von mehr als 12 Grad, so ist keine direkte Kommunikation zwischen der Erde und dem Rover möglich.

Im Sendebetrieb liegt die Datenübertragungsrate der HGA-Antenne in einem Bereich zwischen 500 und 32.000 Bits pro Sekunde. Von der Erde eingehende Datenübertragungen werden dagegen typischerweise mit einer Rate von 190 Bit pro Sekunde empfangen. Die vorgesehenen Kommunikationsphasen im Rahmen einer DFE-Verbindung verfügen in der Regel über eine Dauer von 10 bis 15 Minuten. Dies ist ausreichend, um den Rover in diesem Zeitraum seine neuesten täglichen Befehle zu übermitteln.

Curiosity sendet bei einer Frequenz von 8.395 MHz, der Empfang findet bei 7.183 MHz statt. Vorgesehen ist der Einsatz der HGA in erster Linie für das Senden von Statusdaten und Telemetriewerten des Rovers an sein Kontrollzentrum sowie für das Empfangen der dort erstellten Kommandos für die verschiedenen Aktivitäten Curiositys auf der Marsoberfläche.

Sollte im Verlauf der Mission ein Problem mit der HGA-Antenne auftreten, so verfügt Curiosity zusätzlich über eine „Low Gain Antenna“ (kurz „LGA“). Diese LGA verfügt über praktisch keinerlei Richtwirkung, so dass der Rover mittels der LGA fast aus jeder Position heraus mit der Erde kommunizieren kann. Allerdings reduziert diese Eigenschaft der Antenne die erreichbare Datenrate auf einen Wert von lediglich wenigen Dutzend Bit pro Sekunde, so dass der Einsatz der LGA nur in Notfällen vorgesehen ist. Sowohl die HGA als auch die LGA senden und empfangen im Frequenzbereich des X-Bandes.

Datenübertragung via Relaisstation im Marsorbit

Der Großteil der im Rahmen der Curiosity-Mission gesammelten wissenschaftlichen Daten soll dagegen mit Hilfe einer im Orbit um den Mars befindliche „Kommunikationsrelaisstation“ an das Rover-Kontrollzentrum übertragen werden. Hierfür ist der ebenfalls von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebenen Marsorbiters Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) vorgesehen. Da der MRO den Mars in einer Höhe von nur wenigen hundert Kilometern über dessen Oberfläche umkreist, kann Curiosity seine zuvor gesammelten Daten und angefertigte Aufnahmen der Planetenoberfläche mit einem im Vergleich zu einer direkten Übermittlung zur Erde relativ geringen Energieverbrauch und in einem verhältnismäßig kurzen Zeitraum an den Orbiter übermitteln. Zu diesem Zweck – der Kommunikation mit einem nur wenige hundert Kilometer entfernt befindlichen Marsorbiter – wurde Curiosity mit einer „Rover UHF Antenna“ (RUHF) ausgestattet. Bei der RUHF handelt es sich um eine ebenfalls auf dem Roverdeck montierte Wendelantenne, welche aufgrund ihrer schwachen Richtwirkung in einem relativ großen Winkelbereich einen Antennengewinn von etwa drei bis sechs dB erreicht.

Die über die RUHF-Antenne ausgestrahlten Daten werden im Frequenzbereich des UHF-Bandes bei 401 MHz ausgestrahlt. Der Datenempfang erfolgt dagegen bei 437 MHz. Curiositys UHF-System verfügt über zwei redundante Transmitter, platziert im sogenannten „Electra Lite Transponder“ (ELT), welche alle für die Verarbeitung und Erzeugung von Funksignalen notwendigen Bauteile enthalten. Jeder der beiden Transmitter wiegt drei Kilogramm und benötigt im Betrieb eine elektrische Leistung von bis zu 96 Watt.

Unter optimalen Umständen kann Curiosity im UHF-Sendebetrieb pro Sekunde eine Datenmenge von bis zu zwei Millionen Bit an den MRO übermitteln. Im Empfangsmodus werden bis zu 256 KBit pro Sekunde erreicht. Die von Curiosity ausgesandten Daten werden von dem UHF-Kommunikationssystem des Mars Reconnaissance Orbiter empfangen, von diesem verarbeitet und anschließend über das Hochleistungssendesystem des Orbiters im X-Band-Bereich an die Erde weitergeleitet. Curiosity wird pro Marstag für etwa acht Minuten in der Lage sein, mit dem MRO kommunizieren. In diesem Zeitraum, so die Einschätzung der NASA, kann Curiosity zwischen 100 und 250 Megabit an Daten an diesen übermitteln. Bei einer ausschließlich über die HGA-Antenne erfolgenden „Direct to Earth“-Kommunikation würde man dagegen für die Übermittlung einer Datenmenge von 250 Megabits einen Zeitraum von bis zu 20 Stunden benötigen.

Im Vergleich zu den früheren Marsorbitern ist der seit dem März 2006 in einer Umlaufbahn um den Mars befindliche MRO mit einem neuartigen Kommunikationssystem ausgestattet, welches die Übermittlung von zuvor nie erreichten Datenmengen an die Erde ermöglicht. Theoretisch kann die dabei erreichte Datenübertragungsrate einen Wert von bis zu sechs Megabit pro Sekunde erreichen. Zu diesem Zweck verfügt der MRO unter anderem über eine drei Meter durchmessenden Parabolantenne, welche wohl als das hervorstechende optische Merkmal in der Struktur dieser Raumsonde bezeichnet werden kann.

Sollte der Mars Reconnaissance Orbiter während der Curiosity-Mission aufgrund eines technischen Defektes ausfallen und somit nicht mehr als Datenrelaisstation zur Verfügung stehen, so könnte auch der zweite derzeit aktive Marsorbiter der NASA, die bereits seit dem Oktober 2001 in einem Marsorbit befindliche Raumsonde Mars Odyssey, die Funktion des MRO übernehmen. Hierbei würde allerdings die maximal erreichbare Datenübertragungsrate abhängig von dem von Mars Odyssey verwendeten Kommunikationssystem auf 128.000 beziehungsweise 256.000 Bits pro Sekunde sinken.

Eine weitere Alternative bietet sich durch den dritten gegenwärtig aktiven Marsorbiter, der von der europäischen Weltraumagentur ESA betriebenen Marssonde Mars Express. Auch das UHF-System von Mars Express ist in der Lage, mit Curiosity zu kommunizieren und die von der Marsoberfläche empfangenen Daten an das Rover-Kontrollzentrum weiterzuleiten. Allerdings ist dies nur kurzzeitig und während eventuell eintretender Notsituationen wie zum Beispiel einem zeitgleich auftretenden Sicherheitsmodus der beiden NASA-Orbiter vorgesehen – jedoch keineswegs als Dauerlösung.

Sollten während der Curiosity-Mission tatsächlich sowohl der Mars Reconnaissance Orbiter als auch Mars Odyssey dauerhaft ausfallen (beide Missionen befinden sich immerhin bereits seit mehreren Jahren in einer Marsumlaufbahn und wurden mittlerweile jeweils mehrfach von der NASA verlängert), so könnte die Datenübertragung nur noch auf direktem Weg durch die HGA-Antenne erfolgen. Trotz dieser sich daraus ergebenden gravierenden Begrenzungen der Datenübertragungsraten wäre die weitere Fortführung der Mission in diesem hoffentlich nicht eintretenden Fall nicht gefährdet. Allerdings würde sich das Volumen der an das Kontrollzentrum übermittelten Datenmenge sehr wahrscheinlich mehr als deutlich reduzieren.

Einen Ersatz für die drei derzeit aktiven Marsorbiter wird es frühestens ab dem Herbst 2014 geben. Ab dann wird sich der nächste Marsorbiter der NASA, die für einen Start im November 2013 vorgesehene Marsmission MAVEN, in einer Umlaufbahn um unseren äußeren Nachbarplaneten befinden.

Das Deep Space Network der NASA

Die von dem Marsrover Curiosity in Richtung Erde ausgesandten Daten werden auf unserem Heimatplaneten zunächst von den verschiedenen Antennen des Deep Space Network (DSN) der NASA empfangen. Bei dem DSN handelt es sich um ein über den gesamten Globus verteiltes Netzwerk aus Parabolantennen, mit denen die US-amerikanische Weltraumbehörde die Kommunikation mit ihren verschiedenen interplanetaren Weltraummissionen abwickelt. Die drei größten Standorte des DSN befinden sich auf einem in der Mojave-Wüste im US-Bundesstaat Kalifornien befindlichen Stützpunkt der US-Army, 40 Kilometer südwestlich der australischen Hauptstadt Canberra und 60 Kilometer westlich von Madrid/Spanien. Jede dieser Stationen verfügt neben mehreren kleineren Parabolantennen über jeweils mindestens eine 26-Meter-Antenne, zwei 34-Meter-Antennen und eine 70-Meter-Antenne. Neben der interplanetaren Kommunikation werden diese Antennensysteme zum Beispiel auch für radioastronomische Forschungen oder für die Radaruntersuchung erdnaher Asteroiden eingesetzt.

Die Verteilung der einzelnen Stationen über den gesamten Globus – jede der größeren Stationen ist etwa 120 Längengrade oder ein Drittel des Erdumfangs von der nächsten Station entfernt – ermöglicht es der NASA, trotz der Rotation der Erde zu jedem Zeitpunkt mit ihren verschiedenen Raumsonden in Kontakt zu treten. Die von den einzelnen Stationen empfangenen Daten des Rovers werden nach ihrem Eingang von den verschiedenen Standorten aus an das am Jet Propulsion Laboratory (JPL) befindliche Rover-Kontrollzentrum in Pasadena/Kalifornien übermittelt. In umgekehrter Richtung wird auch der Marsrover Curiosity auf diesem Weg mit den täglich für seine Forschungsmission notwendigen Kommandos oder komplexeren Informationen wie zum Beispiel den im Laufe der Zeit zu erstellenden Updates seiner Software versehen.

Die derzeit verfügbaren 70-Meter-Antennen des DSN verfügen über ein Gewicht von jeweils fast 3.000 Tonnen. Diese Antennen sind aufgrund ihrer Größe in der Lage, die Signale von Raumsonden auszumachen, welche mehr als 16 Milliarden Kilometer von unserer Erde entfernt sind. Voraussetzung hierfür ist allerdings eine absolut exakte Ausrichtung der Antennen und der damit verbundenen Transponder in Richtung der anzupeilenden Signalquelle.

Problematisch gestaltet sich dabei nicht nur immer wieder das mechanische Bewegen einer Masse von 3.000 Tonnen. Zusätzlich bieten die Antennen mit ihrer Fläche von jeweils 3.850 Quadratmetern auch eine Angriffsfläche für die örtlich vorherrschenden Windströmungen. Aufgrund ihrer stabilen mechanischen Struktur kann die 70 Meter durchmessende DSN-Antenne DSS-43 dabei zum Beispiel konstant auftretenden Windgeschwindigkeiten von bis zu 72 Kilometern pro Stunde wiederstehen. In Böen auftretende Winde können sogar Geschwindigkeiten von mehr als 88 Kilometern pro Stunde erreichen, ohne dass die Funktionalität der Anlage beeinträchtigt wird.

Mit welchen Raummissionen wird zum Beispiel die DSN-Station bei Canberra demnächst in Kontakt treten? Hier eine Übersicht über die für die nächsten Tage geplanten Aktivitäten. Die mit Curiosity vorgesehenen Verbindungen sind dabei mit dem Kürzel MSL (für Mars Science Laboratory – so lautete Curiositys frühere Bezeichnung) versehen.

Verwandte Webseiten

• NASA MSL: Telecommunication System Design (engl.)
• NASA: Data Rates / Returns (engl.)
• NASA Deep Space: 70 meter antennas (engl.)

Diskussion zu diesem Artikel

• Marsrover Curiosity
• MSL Rover Curiosity auf Atlas V (541)
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