Weltraum

New Horizons: So langsam kommen die Daten vom Pluto zur Erde

Heute wird die Raumsonde New Horizons an Pluto vorbeifliegen, anschließend müssen die Daten zur Erde übertragen werden. Hierbei stellt sich die Frage: Über welche Technik verfügt die Sonde hierzu und wann werden alle wichtigen Daten auf der Erde angekommen sein?
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Heute wird die am am 19. Januar 2006 gestartete Pluto-Sonde New Horizons der US-Raum­fahrt­be­hörde NASA am Zwerg­planeten Pluto vor­bei­fliegen und Forscher sowie Weltraum-Fans rechnen nicht nur mit neuen wissen­schaft­lichen Er­kenntnissen, sondern auch mit auf­schluss­reichen Fotos vom Pluto, dessen Status als regulärer Planet unseres Sonnen­systems am 24. August 2006 von der Inter­nationalen Astro­nomischen Union aberkannt wurde.

Doch viele Beobachter fragen sich: Wie können wir von der Erde aus überhaupt mit einem so weit entfernten Objekt kommunizieren? Und wie lange wird es schätzungsweise dauern, bis alle momentan von der Sonde erhobenen Daten auf der Erde eintreffen?

Diese Computertechnik befindet sich an Bord

Künstlerische Darstellung der New-Horizons-SondeKünstlerische Darstellung der New-Horizons-Sonde Die Technik der Sonde ist ver­ständ­licher­weise schon mindestens 10 Jahre alt und muss die üblichen Belastungen einer Reise durch den Weltraum aushalten. Dazu gehören extreme Temperaturen ebenso wie Strahlungen. Ein wichtiges Stichwort ist darum Redundanz - die wichtigsten Systeme der Sonde sind doppelt vorhanden, falls einzelne Komponenten ausfallen sollten.

Die Sonde besitzt zwei primäre Bordcomputer, von denen einer für die Lagekontrolle zuständig ist und der andere für die Steuerung der Sonde und die Kommunikation. Da jeder dieser Bordcomputer doppelt vorhanden ist, befinden sich insgesamt vier Computer an Bord der Sonde. Herzstück eines jeden Computers ist der 32-Bit-Mongoose-V-3000-Prozessors mit 12 MHz Taktfrequenz. Er besitzt 110 000 Transistoren und seine Leistung ist in etwa vergleichbar mit der eines Intel-80386-Prozessors von 1985.

Die von der Sonde erhobenen Messdaten und Fotos werden auf einem Flash-Speicher zwischengespeichert, der über 8 GB Speicherplatz verfügen. Erst dann erfolgt die Übertragung zur Erde. Zur Sicherheit ist auch dieser Speicher doppelt vorhanden.

So funktioniert die Kommunikation zur Erde

Die Antennen der Sonde in einer künstlerischen DarstellungDie Antennen der Sonde in einer künstlerischen Darstellung Das Kommunikationssystem, mit dem die NASA arbeitet, nennt sich "Deep Space Network". Auf der Erde besteht es aus drei Stationen - diese befinden sich in der Mojave-Wüste, Kalifornien, in Robledo de Chavela bei Madrid, Spanien, und Tidbinbilla bei Canberra, Australien. Auf Seiten der New-Horizons-Sonde gibt es eine 2,1-Meter-Parabol-Hochgewinnantenne und eine 30-Zentimeter-Mittelgewinnantenne. Um Daten an die Stationen des Deep Space Network übertragen zu können, müssen diese beiden Antennen allerdings direkt auf die Erde ausgerichtet sein.

Da dies bei der New Horizons nicht immer der Fall ist, verfügt die Sonde zusätzlich über zwei Rund­strahl­antennen mit niedrigem Gewinn. Diese befinden sich auf entgegengesetzten Seiten der Raumsonde. Diese beiden Rundstrahlantennen werden überwiegend zur Kommunikation in der Nähe der Erde verwendet, im Notfall können sie aber auch für die erdferne Kommunikation genutzt werden. Allerdings ist die Datenübertragung über diese beiden Rund­strahl­antennen sehr langsam.

Die Antennen funken über das X-Band. Die International Telecommunications Union (ITU) hat dafür den Frequenzbereich zwischen 7,9 und 8,4 GHz für den Uplink reserviert und den Bereich zwischen 7,25 und 7,75 GHz für den Downlink. Ein großer Bereich dieses Spektrums wird für militärische Kommunikationssatelliten benutzt, einen Teil des Spektrums hat die ITU aber für die Weltraumkommunikation reserviert.

Spannende Frage: Wie hoch wird die Datenübertragungsrate sein?

Die Geschwindigkeit der Übertragung über die Hochgewinn- und Mittel­gewinn­antenne wird in jedem Fall sehr langsam sein - egal welcher der kursierenden Zahlen man Glauben schenkt. Als die Sonde am Jupiter vorbeiflog, betrug die Datenübertragungsrate noch 38 kBit/s. Zuerst hieß es, dass die Datenübertragung in der Nähe des Pluto nur noch etwa 700 Bit/s betragen soll. Dank verbesserter Empfänger auf der Erde soll eine Beschleunigung der Übertragung auf bis zu 2000 Bit/s möglich sein.

Laut Bernd Leitenberger soll nach dem Vorbeiflug über drei Monate eine Übertragung aller Daten im "Browse"-Mode stattfinden, also in hoher Komprimierung und/oder unter Zusammenfassung von Pixeln bei Fotos. Anschließend soll über 12 Monate der Teil, der wichtig erscheint, in voller Auflösung oder in geringerer Komprimierung übermittelt werden.

Die Daten sollen bis Ende des Jahres 2016 an die Erde übertragen sein, und dann kann die Sonde - sollte sie bis dahin noch in einem funktionstüchtigen Zustand sein - den Kuipergürtel, also die Region außerhalb der Neptunbahn durchfliegen und sich zwischen 2018 und 2019 zumindest einem weiteren Objekt nähern. Abhängig von der in der Sonde verbleibenden Energie und der Datenübertragungsrate könnte New Horizons noch bis zum Jahr 2025 derartige Objekte beobachten und Daten an die Erde liefern.

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