Reicht die Technologie des Deep Space Network (DSN) für eine bemannte Marsmission aus?

Nahezu jeder einzelne Weltraumbegeisterte freut sich auf eine Marsmission und wenn wir unsere Wissenschaftler dorthin schicken. Aber sind wir aus Sicht der Kommunikation bereit, die jüngsten Fortschritte in der Technologie zu testen? Wenn nicht, suchen wir nach einer alternativen Lösung (Laser)?

Ich nehme an, Sie meinen eine bemannte Marsmission? Die Frage würde sehr von einem Hinweis profitieren, warum dies eine andere Kommunikation erfordern würde als die zahlreichen unbemannten Missionen.
Ja, ich meinte nur bemannte Marsmissionen. Der Grund, warum ich das Wort Wissenschaftler benutzt habe, weil wir zuerst unseren Wissenschaftler schicken und dann die gewöhnlichen Menschen, da es nicht darum geht, den roten Planeten zu erreichen. Ich sah mir einige Papiere an und stellte fest, dass wir einige Einschränkungen haben, und das ist der Grund, warum mir der Gedanke kam. Was denkst du?
Mir ging es nicht um die Wortwahl "Wissenschaftler", sondern um die Tatsache, dass derzeit nicht weniger als acht aktive Marsmissionen wissenschaftliche Daten zurücksenden.
Vielleicht ist STARGATE ein Beispiel für geplante Erforschung zusätzlicher Kommunikationsmittel? Keine Ahnung, bisher keine Antwort hier .
Sind wir bereit, welche jüngsten Fortschritte in welcher Technologie zu testen? Worüber redest du?

Antworten (2)

Der aktuelle DSN könnte ausreichen, je nachdem, was die Anforderungen der bemannten Mission sind. Wenn Sie nur mit Sprache und moderaten technischen und wissenschaftlichen Daten kommunizieren möchten, dann sicher. Wenn Ihre Anforderungen darin bestehen, viele Kanäle mit kontinuierlichem 8K-Ultra-High-Definition-Video zurückzusenden, dann nein. Sie müssten zumindest die DSN-Empfänger aufrüsten, um diese Art von Datenraten verarbeiten zu können. Mit einer ausreichend großen Antenne und einem Leistungsverstärker auf dem Mars könnten Sie diese Datenraten im Prinzip bei aktuellen DSN-Funkwellenlängen übertragen.

Es wäre jedoch viel effizienter, Laserkommunikation zu verwenden, um diese Art von Anforderungen in Bezug auf Leistung und Apertur zu erfüllen. Es ist durchaus möglich, dies zu tun. Es gibt kein unüberwindliches Problem mit dem Zeigen, wie in einer anderen Antwort hier spekuliert. Uns fehlt nur das Geld und der Missionsimpuls, um solche Systeme zu bauen. Weltraum- und Bodensysteme für die Mars-Erde-Laserkommunikation werden seit Jahrzehnten entworfen und vorgeschlagen, und derzeit laufen technologische Entwicklungsanstrengungen , um sich auf die Mission vorzubereiten, die dies eines Tages erfordern könnte.

In Anbetracht der anderen ziemlich hohen Ausgaben für bemannte Missionen zum Mars scheint es äußerst wahrscheinlich, dass die kleine Investition in Laserkommunikation getätigt würde, um diese Missionen zu unterstützen und einen besseren Unterhaltungswert von der Mission hier auf der Erde zu bieten.

Gibt es kein Vererbungsproblem mit der zeitlichen Verfügbarkeit des DSN?
Normalerweise ist bereits eine DSN-Antenne auf den Mars gerichtet, was ausreichen sollte. Sie können mehrere Empfänger an einer Antenne haben.
Die mögliche Datenrate mit DSN hängt auch von der auf dem Mars verwendeten Sendeleistung, der dortigen Antennengröße und der sich ändernden Entfernung zwischen Erde und Mars ab. Ein sehr rauscharmer Vorverstärker würde helfen, die Uplink-Rate zu erhöhen. Mehr Leistung am Mars würde die mögliche Downlink-Datenrate erhöhen. Aber auf der Erde könnte ein 20-kW-Sender verwendet werden, auf dem Mars ist es schwierig, mehr als die üblichen 20 W zu verwenden.
Um diese Antwort zu ergänzen, dauert es ab 2021 Stunden, um ein paar Sekunden Video vom Mars herunterzuladen. Erwarten Sie also mit dem aktuellen DSN kein Echtzeit-Audio vom Mars.

Wahrscheinlich nicht.

Bereits 2014 veröffentlichte die NASA eine Informationsanfrage bezüglich der Verwendung kommerzieller Lösungen für Marsrelais. Eine der wichtigsten Einschränkungen, die in dieser RFI beschrieben wurden, war die sehr begrenzte Bandbreite der aktuellen Relaisinfrastruktur.

Darüber hinaus wird das DSN für viele andere interplanetare Missionen verwendet (wenn nicht alle, ich habe die Daten dazu nicht). Daher gibt es ein inhärentes Planungsproblem, wenn man eine permanente Kommunikation mit einer Besatzung auf Marsboden oder auf der Durchreise aufrechterhalten möchte.

Wie Mark Adler betonte , könnte das Haupthindernis für die Laserkommunikation von der Erde zum Mars der Mangel an Geld und Missionsanforderungen sein, um diese weiterzuentwickeln. Wenn ich dies kurz nachschlage, scheint es, dass die ESA ein Technologie-Reifegrad von 6 für ihre LEO-zu-Erde-Systeme erreicht hat. Die NASA plante zumindest , bis zum Mars 2017 eine TRL von 6 für ihre Deep-Space-Laserkommunikation zu erreichen.

In Bezug auf die Ausrichtungssituation würde ein GEO-Raumschiff, das sich nur etwa 36.000 km über der Erde befindet, seine Hochfrequenzabdeckungsprojektion um 700 km verschieben, wenn seine Ausrichtung um 1 Grad abweicht. Laser haben einen viel schmaleren Strahl als ein typischer Reflektor (oder Antenne ). Die Zeigebeschränkung ist also noch strenger. Ich vermute, dass die Lösung, die wir in ein paar Jahren wählen werden, die „normale“ Funkkommunikation ist, aber mit einer höheren Frequenz: Je höher die Frequenz, desto mehr Energie wird benötigt, um dieses Signal zu erzeugen, aber auch die Bandbreite wird erhöht . In jedem Fall hätte eine Mars-Mission sicherlich mehrere redundante Kommunikationssysteme.

Ich habe eine Vermutung, dass Sie Recht haben - obwohl die Leute irgendwann anfangen werden, Kleinigkeiten zu pflücken, ob THz oder Millimeterwellen "Radio" oder "optisch" sind, bis darauf hingewiesen wird, dass viele Radioleute bereits das genannt haben, was sie sehen " Licht" seit einiger Zeit. Sicherlich könnte sich ein Array von THz-Emittern ziemlich leicht zu einer Größe von Dutzenden von Metern entfalten, und da jedes Element einen Phasenschieber haben kann, müsste es überhaupt kein besonders stabiles Gerüst sein.
Teleskope im Weltraum "richten" die Pixel ihrer Brennebenen auf Stabilität und Wissen unterhalb einer Bogensekunde aus, und mit dem hellen Mars als Leitstern kann dies in Echtzeit erfolgen. Es muss eine spezielle aktive optische Stabilisierung vorhanden sein, aber das ist mit einer Kombination aus Linsen, Spiegeln und Fasern und einigen Piezoaktuatoren machbar. Vielleicht möchten Sie die Größe der luftigen Scheibe beim Mars hinzufügen. Eine Bogensekunde hat etwa 5E-06 Radiant, also erhalten Sie bei einer Wellenlänge von 850 nm und einer Öffnung von 1,7 Metern theoretisch 0,1 Bogensekunden, aber Sie bekommen keine 20 Kilowatt Laserleistung in diesen Strahl, eher 2 Watt.
Ich glaube nicht, dass Sie so hoch wie THz gehen müssten. Bis vor kurzem unterstützte das DSN nur S-, C- und X-Bänder (bzw. 2-4 GHz, 4-8, 8-12 GHz). Sie fügten Ka (26,5 -40) hinzu, aber die NASA verlangt immer noch, dass alle interplanetaren Raumfahrzeuge auf einem anderen niedrigeren Band als Ka senden. Wenn sie Ka für alle unterstützen würden, würden wir bereits drastische Bandbreitenerhöhungen sehen. (Es gibt einen Grund, warum GEO mit K und Ka zusammenarbeitet.)
Guter Punkt in Bezug auf Weltraumteleskope. Der Empfänger und/oder Emitter müsste jedoch die Rotation beider Planeten und jede andere Störung kompensieren, und das würde großartige Planetenmodelle erfordern (wird das bereits in SPICE unterstützt?). Ist das Signal nicht zusätzlich zu den 2 Watt Leistung, die Sie erhalten, möglicherweise auch sehr laut? Ganz zu schweigen davon, wenn Mars und Erde in Konjunktion oder nahe an Konjunktion stehen, aber das verursacht sogar Probleme für die Funkkommunikation.
@Ja, ja, und ja! Alles in allem gute Punkte. Ich würde gerne mehr darüber lesen, ich weiß noch nicht einmal genug, um eine gute Frage zu stellen. Wenn mir etwas einfällt, werde ich es auch hier melden.
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