THEMA: New Horizons

Ich habe eine Frage, ich weiß jedoch nicht, ob diese Frage hier passend ist. Wenn nicht, dann bitte wieder löschen.

Wie können New Horizons und Bodenstation miteinander kommunizieren?

Wenn ich meine Satellitenschüssel auf Astra richte, muss ich sie auf 2 Millimeter genau ausrichten, sonst habe ich keinen Empfang. Astra ist ca 40 000 km entfernt. New Horizont ist ca 4 Milliarden km von der Bodenstation entfernt, also 100 000 x weiter. Folglich müsste der Empfänger auf der Bodenstation 200 Tausendstel Millimeter genau ausgerichtet sein. Geht man davon aus, dass das System 1000 fach stärker ist als das System von Astra, wären es immer noch 2 hundertstel Millimeter Genauigkeit, die man erreichen muss.

Entgegen Astra, der sich immer an der gleichen Position befindet, verändert sich die Position zwischen New Horizont und der Bodenstation durch die Drehung der Erde um die Sonne und um ihre eigene Achse ständig. Auf New Horizont kommt noch dazu, dass, um Sender und Empfänger auszurichten, die Kommunikation bereits vorhanden sein muss. Die Kommunikation kann aber erst vorhanden sein, wenn Sender und Empfänger ausgerichtet sind. Da beißt sich die Katze in den Schwanz. Erschwert wird das ganze noch dadurch, dass die Kommunikation Zeit braucht. Was ich gelesen habe, ca 3 Stunden, ich weiß jetzt nicht, ob das so stimmt?

Wie auch immer, die Anforderungen sind enorm. Wie schafft man das? Sind da Satelliten dazwischengeschaltet oder funktioniert das überhaupt ganz anders? Wird da eine ganz andere Technologie verwendet?

Die Sonde kommuniziert mittels 4 Antennen. Hauptsystem ist eine 2,1 Meter Parabolantenne über die im X-Band (8-12 GHz) Daten mit einer Übertragungsrate unterhalb von 700 Bit pro Sekunde (in der aktuellen Entfernung) zur Erde gesendet werden. Deshalb erreichen uns nur ca. zwei Aufnahmen von Lorri pro Tag. Auf Höhe des Jupiters betrug die Übertragungsrate noch stolze 38 Kilobit pro Sekunde.
Eine Übertragung “in Echtzeit” ist offensichtlich nicht möglich, deshalb wurden die gesammelten Daten auf zwei je 64 GBit (8 GByte) großen Flash-Speicherbausteinen gespeichert und nun Schritt für Schritt übertragen.
Für den Empfang ist das Deep Space Network (DSN) der NASA zuständig, ein System aus mehreren über den Erdball verteilten 70 Meter Empfangsantennen (Goldstone/USA, Canberra/Australien, Madrid/Spanien), die auch zusammen ­geschaltet werden können. Das DSN verfolgt allerdings nicht nur New Horizons, sondern weitere Missionen wie die Voyager Sonden. Deshalb kommt es mitunter zu Engpässen, wobei die Daten komprimiert werden (innerhalb von 10 Tagen bis zu einem Faktor 20), obwohl dabei Information irreversibel verloren geht.
Der Öffnungswinkel beträgt lediglich 0,3° (Sendekeule) bei einer Leistung von 12 Watt, d.h. es ist eine möglichst genaue Ausrichtung erforderlich. Bezieht man den Antennengewinn von 42 dB mit ein, ergeben sich rechnerisch 1510 Watt. Mit anderen Worten: Wenn die etwa 1500 Watt bei Pluto in einem Winkel von 0,3° abgestrahlt werden, dann entspricht dieser Strahl auf der Erde 23.561.998 km im Durchmesser und für die 30 Meter Antennen des DSN bleiben (ohne atmosphärische Dämpfung, kein Antennengewinn) gerade mal 2,2*10-15­ Watt.

Die anderen Antennensysteme – eine kleinere Parabolantenne mit 30 cm und zwei Rundstrahlantennen auf jeweils entgegengesetzter Seite – dienen der Ausrichtung der Hauptantenne und zur Notfall-Kommunikation.

Vielen Dank. Die Geschwindigkeit ihrer Antwort überrascht mich aber jetzt schon sehr. Alle Achtung