Wie funktionierte die Kommunikation zwischen dem SpaceX-Tesla und der Erde?

Der HD-Videostream und die Sender waren nur für die ersten paar hundert Kilometer ausgelegt. Was Sie jetzt sehen können, sind Wiederholungen der ersten Streams. Der Falcon-Heavy ist jetzt zu weit entfernt, um Anwendungen mit großer Bandbreite, wie z. B. Video, zuverlässig zur Erde zu übertragen.

Obwohl die Tabelle 4.6 im Falcon-9-Benutzerhandbuch die Frequenzen und Kanäle der Transponder/Transceiver/Empfänger an Bord zeigt.

Der Leitfaden listet "Falcon-Trägerraketen" ohne weitere Modellspezifikation auf, es ist unsicher, und ich konnte dies nicht bestätigen, wenn die Falcon-Heavy-Frequenzen / Transponder gleich sind.

Es ist davon auszugehen, dass die Transponder auf der Falcon-Heavy zumindest ähnlich sind.

Aus diesen Informationen kann geschlossen werden, dass die gegenwärtige Telekommunikation durch Telemetrie (PCM/FM-Codierung/Modulation) hauptsächlich für Downstream-Anwendungen erfolgt.

Es ist ferner klar, dass die Upstream-Befehle wahrscheinlich von dem C-Band-Transponder unter Verwendung von CW-Pulsmodulation (Continuous Wave) und dem UHF-Befehlsempfänger ausgeführt werden, der FM-Modulation verwendet.

Ohne öffentlich verfügbare Protokollspezifikationen ist aus diesem Dokument nicht viel mehr herauszudestillieren.

Die übertragenen Signale in den 2,2-GHz- und 5,7-GHz-Bändern haben zwar eine anständige Ausgangsleistung an der Quelle, werden jedoch stark gedämpft, bevor sie die Erde erreichen. Spezielle Empfänger und Antennen werden benötigt, um sie aus einer so großen Entfernung im Weltraum zu empfangen. Ich bin mir nicht ganz sicher über die aktuelle Geschwindigkeit oder Geschwindigkeitsbeschleunigung des Falcon-Heavy, aber wir sind jetzt 2 Tage in und bei 10 km / s ist es ziemlich weit weg. Zu weit, um Daten mit Geräten der Verbraucherklasse zu erfassen.

Alle Transponder vom Roadster, obwohl ich keine Referenz oder Details dazu finden kann, sind in der gleichen Situation wie beschrieben. Irgendwann ist der Roadster zu weit weg, um zuverlässig ein Qualitätssignal zurück zur Erde zu senden.

Ohne Spezifikationen können wir nur etwas Theorie auf die Getriebe des Tesla anwenden.

Die allgemeine Formel für Pfadverlust:

PL(db) = 20log(d) + 20log(f) + 32,44 - Gtx - Grx

• PL = Pfaddämpfung in dB
• d = Entfernung in km
• f = Frequenz in MHz
• Gtx = Sendeantennengewinn in dBi
• Grx = Gewinn der Empfangsantenne in dBi

Für Videos in HD-Qualität benötigen Sie eine Bandbreite von 4 MHz oder höher, wodurch die Sendefrequenz in den GHz-Bereich gebracht wird, um diese zuverlässig zu codieren/modulieren. Außerdem müssen Sie die Ausgangsleistung des Senders und das Grundrauschen // SINAD des Empfängers kennen.

Das Folgende ist nur eine Beispielrechnung, da Details dazu nicht wirklich verfügbar sind, nehmen Sie Folgendes an:

• Grundrauschen des Empfängers = -114 dBm
• Empfänger SINAD = 12 dB
• Antennengewinn des Empfängers = 30 dBi (eine bescheidene Schüssel mit 1-2 Meter Durchmesser)
• Sendefrequenz = 2200 MHz
• Sendeleistung = 10 W (40 dBm)
• Sendeantennengewinn = 0 dBi (eine sehr bescheidene und kleine Antenne)

Und damit, nehmen wir mal 3000 km Distanz an, können wir das jetzt in die Formel einsetzen:

PL = 20log(3000) + 20log(2200) - 30 - 0

PL = 106dB

Zurück zum Empfänger, um ein richtiges Signal zu empfangen, muss das Signal mehr als -114 (dBm) + 12 (dB SINAD) = -102 dBm oder besser sein.

Jetzt haben wir also:

Ausgangsleistung - Pfaddämpfung = -102 dBm (oder besser)

40 (dBm) - 106 = -66 dBm

Dies würde bedeuten, dass mit einer sehr einfachen 0-dBi-Gewinn-Antenne auf der Senderseite und allen anderen theoretischen Abtastwerten ein zuverlässiges Signal übertragen werden könnte.

Diese Berechnung berücksichtigt jedoch keine atmosphärischen Störungen oder Weltraumstörungen. Es berücksichtigt auch nicht die Richtwirkung der Sendeantenne.

In der Praxis müssen noch viel mehr berücksichtigt werden, und die hier präsentierten Werte entsprechen möglicherweise nicht annähernd dem tatsächlichen Design der Sender an Bord des Roadsters.

Gibt es eine einfache Antenne, die auf dem Tesla montiert ist und stark genug ist, um die Übertragung über die große Entfernung (für die ersten 4 Stunden) zu erreichen?

wahrscheinlich/ja, praktisch gibt es wahrscheinlich mehr als eine Antenne, um Beschränkungen der Richtwirkung und Rotation des Objekts zu überwinden.

Aber es ist mehr als nur das zuverlässige Senden und Empfangen des Signals. Die größte Hürde, die Sie möglicherweise haben, ist die Codierung, und stellen Sie sicher, dass Ihr Protokoll solche Entfernungen mit der zweifellos erforderlichen integrierten Fehlerkorrektur zulässt. Bei HD-Videoraten gibt es viele Bits (Wortspiel beabsichtigt), die schief gehen können. Fernkommunikation und Telemetrie würden normalerweise eine viel kleinere Bandbreite und ein vernünftigeres Protokoll wie PCM, PSK, (Q)BPSK und ähnliches wählen.

Hier sind die Details der Nutzlastsender, das waren die beiden Kanäle, die vom Tesla zur Übertragung des Videos verwendet wurden. Die in der obigen Tabelle sind nur die Trägerrakete.

2370,5 MHz MO 20 W 11,8 W 4M88G1D 6,25 Mbit/s
2382,50 MHz MO 20 W 10,8 W 4M88G1D 6,25 Mbit/s

(Frequenz, TX-Leistung, EIRP, Emissionsbezeichnung, HF s/w)

Angesichts der Tatsache, dass die TX-Leistung 20 Watt beträgt und die tatsächliche EIRP etwa 1/2 beträgt, würden Sie davon ausgehen, dass der TX mit einem 3-dB-Splitter geteilt und dann an ein Paar Antennen mit Nullgewinn gespeist wird, bei denen es sich höchstwahrscheinlich um Patches oder ähnliches handelt . Es ist wahrscheinlich, dass die beiden Sender dasselbe Video speisten und ihre Signalpfade für DR-Zwecke getrennt waren. Die Antennen waren wahrscheinlich QFH- oder Patch-Typen, die beide sehr breite Strahlbreiten hätten und paarweise keine Nullstellen hätten. Das ist alles Spekulation - ich habe mir Fotos der voll integrierten Nutzlast genau angesehen, man kann leicht das Gerüst sehen, das die Kameras trägt, aber die S-Band-Antennen waren nicht offensichtlich.