Ich verstehe also, dass Sie zum Übertragen von Informationen über interstellare Entfernungen viel Leistung (oder weniger Bandbreite?) Verwenden müssen, was beispielsweise eine kleine Raumsonde nicht genau haben würde.
Wenn wir genau wüssten, nach welchem Signal wir suchen müssen, könnten wir dann Informationen von einer Sonde erkennen und empfangen, die wir beispielsweise zum nächsten Sternensystem geschickt haben, oder sind die Entfernungen einfach zu groß? Wenn ja, wie weit könnten wir es möglicherweise bringen?
Überblick
Der Besitz einer interstellaren Sonde bringt mehrere große Designprobleme mit sich. Zwei der größten sind Energie- und Kommunikationssysteme. Zusätzliche Probleme wie Thermik, Vortrieb/Flugbahn sind im Vergleich zu den oben genannten Systemen relativ trivial.
Wichtige problematische Subsysteme
Leistung: Da die Sonnenintensität bei 1 / r ^ 2 abfällt, ist alles über etwa 8 AU nicht wirklich machbar, daher sind Sonnenkollektoren keine praktikable Option zur Stromerzeugung. Die Verwendung von RTGs (Radioisotop-Wärmegeneratoren) oder ähnlichen Stromerzeugungssystemen wäre erforderlich. RTGs (höhere Temperaturgradienten ermöglichen eine viel bessere Effizienz und Stromerzeugung) im Weltraum sind sehr vorteilhaft, da Sie den Weltraum nutzen, um den Temperaturgradienten zu erhöhen, um die Effizienz zu steigern. Abhängig vom ausgewählten RTG ändert sich die Halbwertszeit und kann die Gesamtmissionsdauer verlängern. Idealerweise wären mehrere RTGs oder ein Duell-String-System erforderlich.
Kommunikation:Dies ist eine schwierige Frage, je weiter Sie reisen, desto mehr Leistung benötigen Sie, um Leistung zu übertragen, und desto größer sind die Senderschüssel und die Schüssel der Bodenstation. Optische Kommunikation wäre aufgrund der großen Entfernung und Verzerrung von Weltraumstaub/Partikeln zwischen Ihnen und der Empfangsstation wahrscheinlich nicht machbar. Um die Dinge ins rechte Licht zu rücken, der nächste Stern (vorausgesetzt, wir würden dorthin reisen) ist 268.700 AE (Alpha Centauri). Das Satellitenkommunikationssystem müsste im Milimeterband mit Frequenzen von etwa 40–300 GHz arbeiten (die meisten Raumfahrzeuge arbeiten bei etwa 300 MHz bis 40 GHz). Bei höherem Antennengewinn ist ein größerer Antennendurchmesser für Bodenstation und Sender (raumfahrzeugseitig) erforderlich. Dies würde leicht in der Größenordnung von 100+ Metern im Durchmesser liegen. Eine ausfahrbare Antennenschüssel oder die Montage der Schüssel im Weltraum könnte eine bessere Option sein, da aktuelle Raketen nicht in der Lage wären, die Nutzlast in die Verkleidung der Trägerrakete zu passen. All dies schließt die Masse der Antenne aus, die ein weiteres Thema für sich ist. Es gibt andere Optionen, wie z. B. das Einrichten eines Kommunikationssystem-Relays, um die Größe einer einzelnen Antenne zu reduzieren, indem die Anzahl der Sprünge erhöht wird, die die einzelnen Takes ausführen.
Flugbahn: Mit einer Kombination aus elektrischen Antriebssystemen und Gravitationshilfen von den Planeten und der Sonne könnten Sie ein höheres Delta-V und Delta-Au pro Jahr erreichen.
Systemarchitektur: Angenommen, Sie können mit einer Kombination aus elektrischem Antrieb und schwerkraftunterstützten Manövern etwa 100 AU pro Jahr erzeugen. Es würde ungefähr 2.687 Jahre dauern, dorthin zu reisen. Sehen wir uns eine mögliche Sonden-/Raumfahrzeugarchitektur an. Wir werden unsere festgelegten Werte auf der Decadal Ice Giants Study für eine vorläufige Architektur basieren.
Subsysteme
Bestimmte Subsysteme wie der Antrieb können abgeschaltet werden, andere Subsysteme wie Befehls- und Datenverarbeitungs-, Kommunikations- und Lageregelungssysteme können periodisch in einen Standby- oder Niedrigenergiemodus wechseln, um Energie zu sparen.
Die in 2.687 Jahren benötigte Mindestleistung beträgt also 104 W, aber um irgendeine Art von Daten zurück zu übertragen, wären 595 W erforderlich. Betrachtet man die drei RTGs von Voyager, erzeugten sie zusammen 470 W, wenn sie lebendig waren. Unser Raumfahrzeug würde 4 RTGs benötigen, wodurch wir 626 W erzeugen könnten. Die Berücksichtigung der Halbwertszeit von RTG, die eine Halbwertszeit von 87 Jahren hat, macht die Sache noch komplizierter und stößt auf eine Grenze dessen, was als machbar angesehen wird. Eine solche Mission würde leicht mehr als 50 RTGs und einen großen Vorrat an Plutonium erfordern, das eine sehr begrenzte Ressource ist. Berücksichtigt man die Gesamtdauer der Mission, den erforderlichen Strom und das Ziel, würden die meisten Hardwaresysteme wahrscheinlich ausfallen, die Stromversorgung wäre ein Hauptanliegen und die Strahlung ein weiteres Problem.
Fazit
Basierend auf dem sehr vorläufigen Überblick kann man mit Sicherheit sagen, dass ein solches System mit der derzeitigen Technologie nicht realisierbar ist. Hoffentlich werden solche Missionen in Zukunft möglich, wenn neue Technologien entdeckt und in Weltraumsysteme implementiert werden.
Quellen
Bericht über Eisriesen – https://www.lpi.usra.edu/icegiants/mission_study/Full-Report.pdf
Alpha Centauri – https://en.wikipedia.org/wiki/Alpha_Centauri
Satellitenkommunikation - http://space.au.af.mil/au-18-2009/au-18_chap14.pdf
Weltraumkommunikationsberechnungen - http://www.spaceacademy.net.au/spacelink/spcomcalc.htm
RTG - https://en.wikipedia.org/wiki/Radioisotope_thermoelectric_generator
Dieser Blogbeitrag aus dem Jahr 2012 berichtet über den Fortschritt einer Studie zu dieser Frage. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sie unter Verwendung eines 1-MW-Senders mit einer 40-m-Schüssel auf der interstellaren Sonde und einer Reihe von Teleskopen, die über einen Kreis von etwa 10 km auf der Erde verteilt waren, eine Datenrate von einigen hundert Kilobit pro Sekunde von einem nahe gelegenen Stern schätzten. Sie schlagen auch einige exotischere Lösungen vor, wie z. B. die Nutzung der Schwerkraft der Sonne zum Fokussieren des eingehenden Signals (was eine sehr sorgfältige Positionierung des Empfängers etwa 550 AE von der Sonne entfernt in der entgegengesetzten Richtung erfordert).
Antzi
BenjaminF