Kurz & Knapp – KW 13/2013

Unter der Rubrik „Kurz & Knapp“ finden sich Hinweise und Links auf Meldungen und Webseiten, die mir nebenbei auffallen, aber auf die Schnelle keinen eigenen Blogeintrag hier erhalten. Sei es, weil mir die Zeit fehlt, sei es, weil sie am besten für sich selbst stehen oder das Thema Raumfahrt eher am Rande betreffen:

  • http://www.dlr.de/dlr/presse/desktopdefault.aspx/tabid-10172/213_read-6357/year-all/
    Zur Marsforschung in der Wüste

  • http://detektor.fm/kultur/forschungsquartett-himmel-auf-erden-forscher-simulieren-mars-mission/
    Forschungsquartett: Himmel auf Erden: Forscher simulieren Marsmission (Podcast mit Volker Maiwald)

  • http://herocomplex.latimes.com/science-2/lizard-robot-mars/
    Engineers at the Georgia Institute of Technology reportedly came up with a robot whose appendages were inspired by lizards (as opposed to, say, the Hoth walkers from “The Empire Strikes Back,” which were obviously inspired by elephants).  The legs of the bot are designed to scamper over — not wade through — sand.

  • http://geekscologne.mixxt.de/networks/events/show_event.74093
    Vortragsabend „Lichtjahre voraus – Weltraumforschung in Köln“ am 24. April in der Stadtbibliothek Köln, Josef-Haubrich-Hof 1, mit Dr. Stephan Ulamec (Systemingenieur / Projektleiter des Rosetta Landers beim DLR) , Dr. Jens Hauslage (Forscher am Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin des DLR) und Dr. Hans Bolender (Leiter der Abteilung „Astronautentraining“ des European Astronaut Centre der ESA)

  • http://futurezone.at/future/14952-rekordflug-zu-raumstation.php
    Die Raumfahrt hat drei neue „All-Stars“. So schnell wie noch nie erreichen drei Männer aus Russland und den USA an Bord einer Sojus-Kapsel die Internationale Raumstation (ISS): Statt zwei Tagen brauchen sie keine sechs Stunden.

  • Raumfahrzeuge für Interstellarreisen – I –

    Raumkolonie. Bild: NASA

    Raumkolonie. Bild: NASA

    Wer gerne Science Fiction über interstellare Raumfahrt liest, hat sich garantiert auch schon des öfteren gefragt, wie denn ein dafür geeignetes Raumfahrzeug aussehen könnte. Wie groß wäre es? Wie müsste es konstruiert, wie müsste es ausgestattet sein? Wie würde sich die Besatzung zusammensetzen?

    Die Antwort auf diese Fragen ist ein klares „Kommt drauf an“. In erster Linie nämlich darauf, wo ich denn überhaupt hin will mit meinem Raumschiff. In zweiter Linie darauf, wie schnell die mir zur Verfügung stehenden Antriebsarten mich zu diesem Ziel befördern können. Hieraus ergibt sich die Länge des Trips, die Größe der Besatzung und die nötige Menge an Vorräten etc.

    Nicht zuletzt muss sich die Ausstattung des Raumfahrzeugs aber auch danach richten, was ich am Ziel eigentlich vor habe. Einen Planeten direkt bevölkern? Zunächst Terraforming betreiben? Eine Raumkolonie aufbauen?

    Ich möchte versuchen, basierend auf der Studie „World Ships – Architectures and Feasibility Revisited“ und ein paar eigenen Überlegungen, auf jene Fragen in diesem und dem darauf folgenden Blogpost einzugehen und somit einen Überblick zu ermöglichen.

    Wie weit ist das Ziel entfernt?
    Jüngste Schätzungen haben ergeben, dass von den 10 uns umgebenden nächsten Klasse-M-Sonnensystemen ca. 4 einen erdgroßen, bewohnbaren bzw. lebensfreundlichen Planeten besitzen. Die durchschnittliche Entfernung zum nächsten bewohnbaren Planeten beträgt nach diesen Untersuchungen ca. 7 Lichtjahre (Lj). [1] Rechnet man allerdings noch evtl. bewohnbare Monde hinzu, so ist jedoch vielleicht schon unser Nachbar Proxima Centauri mit einer Entfernung von ca. 4,2 Lj ein geeignetes Ziel für einen Interstellarflug. Erst recht, wenn man auch die Möglichkeit einer reinen Raumkolonie in Betracht zieht, die gar nicht auf bewohnbare Planeten oder Monde angewiesen ist. [3]

    4,2 Lj sind, wie die Bezeichnung schon andeutet, die Strecke, die das Licht in 4,2 julianischen Jahren im absoluten Vakuum zurücklegt. Konkret ist dies eine Entfernung von ca. 39.736.200.000.000 Kilometern. In Worten: Neununddreißig Billionen siebenhundertsechsunddreißig Milliarden zweihundert Millionen Kilometer. Bis zum nächsten(!) benachbarten Sonnensystem.

    Welche durchschnittliche Reisegeschwindigkeit ist machbar?

    Ionenantrieb, Bild: NASA

    Ionenantrieb. Bild: NASA

    Umgerechnet auf uns bekannte Verhältnisse hat Licht eine Geschwindigkeit von 1.080.000.000 km/h, also 1,08 Milliarden Stundenkilometern. [2] Nach aktuellen Schätzungen dürften jedoch selbst die leistungsstärksten derzeit denkbaren Antriebe für Raumfahrzeuge nicht mehr als 10% davon erreichen.

    Hieraus ergibt sich, dass – wenn wir die Zeitdilatation ignorieren – selbst das schnellste zukünftig denkbare Schiff 40 Jahre benötigen würde, um Proxima Centauri zu erreichen. Wahrscheinlicher sind jedoch Geschwindigkeiten von < 1% der Lichtgeschwindigkeit [3], was die Reisezeit nochmals verzehnfacht. Auf nunmehr gut 400 Jahre. Angesichts der Tatsache, dass die bisherigen bemannten Raumfahrtmissionen maximal ein paar Monate dauerten, bis die Crew zumindest teilweise abgelöst und neues Material geliefert wurde, ist eine Missiondauer von 400 Jahren sehr ambitioniert. Viele Voraussetzungen müssen erfüllt sein, um hier einen Erfolg zu gewährleisten oder auch nur wahrscheinlich zu machen. Eine der wichtigsten ist die Stärke der Besatzung.

    Wie umfangreich ist die Besatzung?
    Es wird unmittlbar deutlich, dass derartige Reisen nur generationenübergreifend machbar wären. Dies wiederum bestimmt die Anzahl der benötigten Besatzungsmitglieder. Warum das so ist, wird klar, wenn man sich folgendes überlegt: Für einen Trip von vier Tagen wäre es übertrieben, beispielsweise einen Arzt mitzunehmen. Evtl. bräuchte man nicht einmal einen Techniker. Auch keinen Koch. Der Proviant kann für so kurze Zeit komplett vorab zubereitet und einfach mitgenommen werden. Ergo ist auch keine Küche, Reparaturwerkstatt oder OP-Ausrüstung vonnöten.

    Bei einer Reisedauer von > 400 Jahren insgesamt, bzw. mehreren Jahrzehnten für das einzelne Individuum, braucht man hingegen nicht nur einen Arzt, sondern gleich mehrere. Erstens, um sicherzustellen, dass wenn einem von ihnen etwas zustößt, noch andere da sind, die sich um die Patienten kümmern können. Denn die Wahrscheinlichkeit, dass mehrere Leute in dieser Zeitspanne krank werden, dürfte eher eine Gewissheit darstellen. Zweitens muss auf einem Generationenschiff sichergestellt sein, dass das medizinische Wissen auch auf die nachfolgenden Generationen übertragen wird. Und zwar möglichst verlustfrei. Auch dies ist nur mit mehreren Ärzten an Bord zu bewerkstelligen. Drittens sollte auf einer derart langen Reise aus den o.g. Gründen auch jede Fachrichtung vertreten sein. Man benötigt nicht nur Chirurgen, sondern auch Gynäkologen, Internisten, HNO-Ärzte, Neurologen, Urologen, Hautärzte, Pharmazeutiker, Chemiker, OP-Säle, Praxisausrüstungen…

    Gleiches trifft auf die Mechaniker zu. Je länger ein Schiff unterwegs ist, desto mehr wird kaputt gehen. Auch hier muss man dafür Sorge tragen, dass jederzeit genügend Kundige an Bord sind, um nicht nur Reparaturen durchzuführen, sondern auch die nächste Generation zu lehren, was zu tun ist. Auf den Aspekt der durchzuführenden Reparaturen werde ich in der Fortsetzung dieses Artikels nochmals zu sprechen kommen.

    Proviant für über 400 Jahre mitzunehmen ist ebenfalls ein Ding der Unmöglichkeit. Es muss angebaut und verarbeitet werden. Man benötigt also nicht nur Köche und Küchen, sondern auch Landwirte, Saatgut, ggf. Tiere und Futtermittel, Experten für die Weiterverarbeitung, Fabrikanlagen usw. Man benötigt Felder, Ställe, Bewässerungsanlagen u.v.m. – ein jedes davon würde schon einen eigenen Blogeintrag rechtfertigen, und jeder Experte müsste nicht nur in seiner Sparte tätig sein, sondern auch die nächste Generation anlernen.

    Wie man sieht, läuft ein Generationenschiff im Prinzip auf eine artifizielle Biosphäre im All hinaus, mit komplettem Wirtschafts-, Bildungs- und Ökosystem, deren Besatzung eher schon Population zu nennen ist. Bisherigen Berechnungen zufolge umfasst sie bei dieser Missionslänge immerhin rund zehntausend Menschen und reicht bei längeren Missionen gar an eine Viertelmillion heran:

    Slow-boat: Enzmann, 1973 [19, pp.189-190] (~10%c,
    200-2000 people)
    Colony ship: Matloff, 1976 [6] (1%c, 10,000 people)
    World ship: Bond, 1984 [2] (0.5%c, 250,000 people)
    Quelle: [3]

    Populationsgröße eines Generationenschiffs

    Populationsgröße eines Generationenschiffs. Quelle: [3]

    Es müssen immerhin nicht nur sämtliche denkbaren Funktionen innerhalb einer Gesellschaft berücksichtigt werden, sondern eben auch erforderliche Redundanzen sowie ein gewisser Schwund an Menschen, Wissen und Material über die Zeit. Gleichzeitig darf aber – wie in der Grafik links dargestellt – die Versorgungskapazität des Raumfahrzeugs nicht überschritten werden. (Sonst wäre ein größeres Schiff vonnöten, welches wiederum die Reisegeschwindigkeit mindert und somit die Dauer der Mission verlängert.)

    Mit die größte Herausforderung ist die oben bereits erwähnte Bewahrung, Übertragung und Erweiterung des Wissens auf die jeweils nächste(n) Generation(en):

    Diamond describes the case of Tasmania, a society of 4,000 people, isolated for about 10,000 years. This isolation from the population of the Australian mainland lead to a technological regression, making the Tasmanians a people with “the simplest material culture of any people in the modern world”, when they got in contact with the Europeans. Isolated populations on other islands, initially numbering 200 to 400 people completely died out. [4]

    CD / Foto: Irargerich (Creative Commons)

    CD / Foto: Irargerich (CC)

    Eine Schiffspopulation von zehntausend Menschen mag auf den ersten Blick groß erscheinen, vor allem verglichen mit der Besatzungstärke bisheriger Raumfahrzeuge und -stationen. Es hat sich jedoch im Lauf der irdischen Geschichte bereits herausgestellt, dass für die generationenübergreifende Entwicklung und Bewahrung von Wissen ggf. eine wesentlich höhere Anzahl von Individuen erforderlich ist, vor allem in Anbetracht der Tatsache, dass unser Wissen heute auch viel komplexer ist.

    Hilfreich bei der heutigen Wissensbewahrung und -übertragung sind natürlich die inzwischen zur Verfügung stehenden digitalen Speichermedien, deren Kapazität laufend und fast exponentiell erweitert wird. Text, Audio, Video und inzwischen sogar taktile Informationen mittels entsprechender Handschuhe gab es im Tasmanien des 17. Jahrhunderts selbstverständlich nicht. Dennoch sind bei vielen Tätigkeiten persönliche Erfahrung und Übung für den Erfolg ausschlaggebend, sei es bei Mechanikern, Ärzten oder Musikern. Dies ist ein Faktor, der durch reine Informationstechnik nur sehr schwer ausgeglichen werden kann.

    Zusammensetzung der Schiffspopulation
    Die Studie von Hein, Pak et al. beschränkt sich bei diesem Aspekt der interstellaren Raumfahrt vornehmlich auf die Frage, ob alle nötigen „technischen“ Funktionen in der Population erfüllt werden.

    Leider geht die Studie nicht darauf ein, dass man vielleich auch ein Maximum genetischer Vielfalt sicherstellen sollte, um eine größtmögliche Widerstandsfähigkeit dieser doch recht kleinen Population über Jahrhunderte hinweg zu gewährleisten. Zehntausend Menschen sind lediglich eine kleine Kleinstadt. Jahrhundertelange Vermehrung innerhalb eines Pools von nur 10.000 Menschen ist generell schon suboptimal. Noch kritischer wird es evtl., wenn alle Individuen aus nur einer einzigen geografischen Region stammen und sich genetisch untereinander ähnlich sind. Zumal die Population an Bord auch nicht wesentlich größer werden darf.

    Vielleicht unterliege ich hier einem Irrtum, aber wenn man nicht gerade gefrorenes Sperma aus aller Welt mitnehmen möchte, wäre es meines Erachtens sinnvoll, die Besatzung eines Generationen-Schiffs aus möglichst vielen Regionen der Erde zu bestreiten. [6] Dies birgt natürlich wiederum kulturelles Konfliktpotenzial, das um so stärker zu Tage treten wird, je weniger Ausweichmöglichkeiten die einzelnen Individuen haben. Ob und unter welchen Voraussetzungen/Reglements es dennoch funktioneren kann, könnte man zum heutigen Zeitpunkt vielleicht den Regelwerken und Erfahrungen der ISS bzw. ihrer Besatzungsmitglieder entnehmen.

    Des weiteren erwähnen Hein, Pak und seine Kollegen am Rande, dass auch der Erhalt der Kultur gewährleistet werden sollte. Als Beispiel wird in diesem Streiflicht der Studie die Religion genannt. Ich hingegen frage mich, ob es nicht sinnvoller wäre, die Population eines Generationen-Raumschiffs nur mit Atheisten zu bestreiten. Hierdurch wäre eine der größten kulturellen Reibungsflächen bzw. das damit verbundene ernorme Konfliktpotenzial von vornherein weitgehend ausgeschaltet. Glaubenskriege der Intensität und Dauer wie auf der Erde kann man sich auf einem derartigen Raumfahrzeug schlicht nicht leisten.

    Im Hinblick auf die Tatsache, dass die Besatzung aus allen Erdteilen stammen sollte, ist anzunehmen, dass sich mit der Zeit eine eigene, neue Kultur entwickeln würde. Zu hoffen bliebe, dass das eigentliche Ziel der Mission nicht mit der Zeit in Vergessenheit gerät, ähnlich wie in Robert Heinleins „Orphans of the Sky„.

    Doch gehen wir einmal davon aus, dass all diese Hürden erfolgreich genommen werden können. Welche Art von Schiff könnte diese Population bis ans ihr Ziel bringen?

    • Wie muss das Schiff für die Reise an sich ausgestattet sein?
    • Was will ich am Ziel tun? Einen Planeten direkt bevölkern? Zunächst Terraforming betreiben? Eine Raumkolonie aufbauen?
    • Welche Schritte sind dafür nötig?
    • Welche Materialien und Kenntnisse benötige ich dafür?
    • Ist evtl. eine Vorbereitung mittels sog. Precursor Probes möglich?

    Auf diese Fragen sowie einige Einschränkungen und Kritikpunkte möchte ich im nächsten Blogpost eingehen.

    ————

    [1] http://www.innovations-report.de/html/berichte/physik_astronomie/earth_sized_planets_habitable_zones_common_211035.html

    [2] Hier ein gutes, webbasiertes Umrechungstool: http://www.unitjuggler.com/index-de.html

    [3] http://www.academia.edu/2111006/A.M._Hein_M._Pak_D._Putz_C._Buhler_P._Reiss_World_Ships_-_Architecture_and_Feasibility_Revisited_

    [4] J. Diamond, “Guns, Germs, and Steel – The Fates of Human Societies”,
    Norton & Company, 1999., S. 311 ff., beschrieben in [3]

    [5] „Das Parker-Modell des Sonnenwindes“ (PDF, Uni Kiel)

    [6] Siehe auch „Ethological Hazards of Interstellar Travel„, S. 547 ff.

    Eigener Satellit gefällig?

    Welcher Raumfahrtbegeisterte hat noch nicht von einem eigenen Raumschiff oder wenigstens einem eigenen Satelliten geträumt?

    Bild: Zac Manchester, KickSat

    Bild: Zac Manchester, KickSat

    Wer diesen Wunsch angesichts der hohen Kosten eines Satelliten bisher noch hysterisch kichernd abgehakt hat, sollte einen Blick auf Zac Manchesters „KickSat„-Seite werfen. Für nur wenige hundert Euro gibt es nämlich mittlerweile durchaus die Möglichkeit, einen eigenen Mikro-Satelliten, „Sprite“ genannt, mit einer eigenen kurzen Nachricht programmieren zu lassen, bevor er mit dem eigentlichen KickSat, einem sogenanten „CubeSat“ ins All geschickt wird.

    Warum ist das so preiswert? Das Zauberwort lautet „Crowd Funding„. Spender jedweder Summe werden als Unterstützer auf der Webseite gelistet. Ab 25 Dollar wird der Spendername auf eines der Panels gedruckt. Für eine Spende ab 75 Dollar gibt’s eine Sprite-Replika geschenkt, und wer 300 Dollar oder mehr für dieses Projekt spendet, erhält quasi seinen eigenen Sprite im All, der eine vom Spender bestimmte Nachricht aussendet. Für eine Spende von 1000 Dollar oder mehr gibt es sogar einen eigenen Sprite-Bausatz inklusive Schemata, Quellcode, Programmiertools für eigenen Flugcode und einer Anleitung für den Bau einer eigenen Bodenstation, um den Sprite und seine Nachrichten zu verfolgen.

    Die Sprites sind ungefähr so groß wie eine größere Briefmarke und verfügen über Mikrocontroller, Kondensator, Antenne und Solarzellen. Sie können unilateral kommunizieren und funken eine vom Besitzer zu bestimmende Textnachricht ins All bzw. an die Erde. Zac nennt in seinem Video die Initialen des Besitzers als Beispiel. Interessanter wären natürlich Nachrichten mit „echten“ Informationen, wie z.B. eine URL. Ich finde jedoch derzeit keinen Hinweis, ob die Leistung der Sprites hierfür ausreicht, aber immerhin: Initialen sind ja auch schon mal ein netter Anfang.

    Versuche zu einem ähnlichen Projekt hatte es 2010 bereits mit Nexus-Handys gegeben. Diese könnte man zwar ebenfalls mit CubeSats in den Orbit befördern und sie sind prinzipiell auch vielseitiger als die Sprites. Jedoch ist dieses Projekt offenbar noch nicht ausgereift und wäre mit einigen tausend Euro pro Minisatellit auch ungleich teurer.

    Die ersten 200 Sprites werden noch dieses Jahr im Rahmen einer NASA-Routinemission in den Orbit geschossen, und ich muss sagen: Ich wünschte, einer davon wäre meiner!

    Weitere Infos: http://www.news.cornell.edu/stories/Dec12/kickSat.html

    Manuelle Marslandung

    Viking 2, Mars

    Viking 2, Mars. CC NASA

    Nach 143 Tagen an Bord der ISS landeten die russischen Astronauten Oleg Novitsky und Yevgeny Tarelkin am 16. März auf unserem Nachbarplaneten. Jedenfalls fast.

    Direkt nach Ankunft ihrer Sojus-Kapsel in Kasachstan wurden Novitsky und Tarelkin nach Moskau gebracht. Im dortigen Ausbildungszentrum für Astronauten, „Stadt der Sterne“ genannt, absolvierten sie umgehend die erste manuelle Landung auf dem Mars – als Simulation.

    Was auf den ersten Blick nach extrem schlechter Einsatzplanung aussieht, hatte durchaus Methode: Den Mars von der Erde aus zu erreichen, dauert ca. ein halbes Jahr. Wenn man also eine Landung auf unserem Nachbarplaneten möglichst realistisch simulieren möchte, benötigt man jemanden, der unmittelbar zuvor ungefähr diese Zeitspanne im All verbracht hat. Möglicherweise müde, mit verlangsamten Reflexen, einem an Schwerelosigkeit angepassten Kreislauf etc. Es war zuvor nicht bekannt, ob der Gesundheitszustand der Astronauten unter diesen Umständen überhaupt noch eine Landung erlauben würde. Dies erscheint nun jedoch im Bereich des Möglichen. [1]

    Wie so oft bei Simulationen muss man allerdings auch hier beachten, dass nicht alle Faktoren berücksichtigt werden können. Vor allem die psychischen Aspekte kommen vermutlich viel zu kurz. Die ISS ist relativ erdnah, Teile der Besatzung wechseln relativ häufig, es gibt immer wieder neue Eindrücke und auch Möglichkeiten, im Notfall zur Erde zurückzukehren. All das ist bei einer Marsmission nicht gegeben. Wie es sich auf Psyche, Gesundheit und Reaktionsfähigkeit auswirkt, wenn man tatsächlich permanent und unausweichlich mit dieser Ausweglosigkeit lebt, kann auch die beste Simulation vorab nicht klären.

    [1] http://en.ria.ru/science/20130319/180103200.html

    Kurz & Knapp – KW 12/2013

    Unter der Rubrik „Kurz & Knapp“ finden sich ab sofort Hinweise und Links auf Meldungen und Webseiten, die mir nebenbei auffallen, aber auf die Schnelle keinen eigenen Blogeintrag hier erhalten. Sei es, weil mir die Zeit fehlt, sei es, weil sie am besten für sich selbst stehen oder das Thema Raumfahrt eher am Rande betreffen:

  • NASAS interaktiver Trajectory Browser
    „Welcome to the Trajectory Browser website hosted at the NASA Ames Research Center. We provide a search engine, visualizer and mission summaries for designing trajectories to planets and small-bodies.“

  • What I’ve Learned from NASA
    Kerry Ellis, Redakteurin bei NASAs ASK Magazine berichtet über ihre Erfahrungen mit den Teams der NASA und was sie aus ihrer Arbeit dort gelernt hat – beruflich und auch persönlich.

  • Mission Mars
    Neue Entdeckungen auf dem Roten Planeten

  • Messenger beendet die erste Missionsverlängerung
    Was ist „Messenger“, warum gab es eine Missionsverlängerung und was passiert nun?

  • Ein Spion bei der NASA?
    „The FBI said Tuesday it is actively investigating a Chinese man arrested Saturday with a one-way ticket out of U.S. — a scientist potentially carrying highly confidential military secrets and rocket technology from NASA labs.“

  • Astrobiology
    Was ist Astrobiologie und wozu ist sie gut? Ein Comic. (englisch)


  • Soon-to-Be Flyers Speak About Space Station Mission

    „NASA astronaut Karen Nyberg, European Space Agency astronaut Luca Parmitano, and cosmonaut Fyodor Yurchikhin of the Russian Federal Space Agency preview their upcoming Expedition 36/37 mission to the International Space Station scheduled to launch on May 28.“

    LLCD – Kommunikation per Laser

    Die Datenübermittlung zwischen Mond und Erde wird demnächst von Kupfer auf Glasfaser umgestellt. Nur ohne Kabel.

    Nach ausführlichen und offenbar erfolgreichen Tests wurde das Modul für die Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD)  in den neuen Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) integriert. Es soll die bisherige Funk-Kommunikation ablösen, da es drei große Vorteile bietet: Es wiegt weniger, benötigt weniger Energie und übermittelt seine Daten per Infrarotlaser zudem um ein Vielfaches schneller als das derzeit beste zur Verfügung stehende Funkequipment.

    In der Praxis sendet das LLCD-Modul also in Zukunft auf eine Distanz von 238.900 Meilen (385.000 Kilometer) seine Informationen in Form von Abermillionen von Lichtpulsen pro Sekunde an Teleskope in Neu-Mexiko, Spanien und Kalifornien. Dabei ist die Zielgenauigkeit enorm: Donald Cornwell, der LLCD-Missions-Manager vergleicht sie mit einem Golfspieler, der auf eine Distanz von 5 Meilen (8 Kilometer) mit nur einem einzgen Schlag den Ball einlocht. [1] Allerdings mit dem Unterschied, dass der Explorer sich dabei auch noch fortbewegt.

    Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer

    LADEE – Quelle: NASA

    Wie man sich vorstellen kann, musste das Projektteam einige technische Hürden überwinden, um unter diesen Umständen eine erfolgreiche Datenübermittlung zu gewährleisten. So wird der Lunar Explorer und somit auch das Sende-Modul beispielsweise nicht vor Vibrationen gefeit sein. Eine um nur wenige Millimeter fehlerhafte Ziel-Einstellung beim Sender auf dem Mond hätte auf diese Entfernung jedoch zur Folge, dass das Signal den Empfänger auf der Erde um zig Kilometer verfehlt. Wer je mit einem Teleskop ein Objekt am Himmel anvisiert hat und dann versehentlich nur ganz leicht ans Stativ gestoßen ist, kennt den Effekt – das Objekt verschwindet aus dem Fokus. Entwickler am MIT haben daher eine sog. MHD Inertial Reference Unit (MIRU) [2] eingesetzt, die selbst die leisesten Vibrationen des Explorers ausgleicht und somit exakte Zielgenauigkeit garantiert.

    Doch selbst absolute Zielgenauigkeit kann nicht das thermische Flimmern beseitigen, welches Astronomen „Scintillation“ nennen. Hierbei handelt es sich um optische Turbulenzen, verursacht durch  Temperaturunterschiede an den Grenzen zwischen verschiedenen Luftschichten, oder auch zwischen Gegenständen und der sie umgebenden Luft.*  Hierauf ist z.B. das Phänomen der scheinbar blinkenden Sterne am Nachthimmel zurückzuführen: Die Luft wirkt an diesen Stellen wie ein Prisma und lenkt das Licht ab. Auch Laser-Kommunikationssysteme wie das hier beschriebene werden davon beeinträchtigt. Die Signale werden abgeschwächt oder im Extremfall ganz unterbrochen. [3] Ausgeglichen wird dies bei der LLCD durch ein Mess- und Regelungssystem – bestehend aus Sonnen-Photometer, Boden-Scintillometer und dem Wolken-Imager – welches das Flimmern, die Himmelsstrahlung und die Wolkendichte misst und die Parameter ans Empfangsgerät leitet. [4]

    Die LLCD-Mission dient als Wegbereiter für die Laser Communication Relay Demonstration (LCRD, geplant für 2017). Schlussendlich soll Laser-Kommunikation auch bei Satelliten etc. die bisher genutzten Technologien ersetzen und dabei helfen, nach und nach ein leistungsfähiges Kommunikationsnetzwerk zwischen verschiedenen „Standorten“ im Sonnensystem zu errichten. Die hohe Bandbreite ermöglicht unter anderem auch die Übermittlung von 3D-HD-Videos diverser Missionen – und somit eine bisher unerreichte Bildqualität und wesentlich höhere Genauigkeit der an die Erde gesandten optischen Daten.
    Der Start ist für August 2013 vorgesehen.

    * Aus diesem Grund lassen Astronomen ihre Teleskope sich idealerweise immer erst an die Umgebungstemperatur anpassen, bevor sie mit ihren Beobachtungen und Aufnahmen beginnen.

    [1] http://www.nasa.gov/mission_pages/LADEE/news/llcd-integrated.html
    [2] http://www.google.de/patents/US7227111.pdf
    [3] http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=893609
    [4] http://www.spaceops2012.org/proceedings/documents/id1261897-paper-001.pdf