Wie würde eine fortgeschrittene Zivilisation eine ständige Kommunikation zwischen Planeten haben?

In diesem Universum sind die Menschen weit genug fortgeschritten, um Planeten in unserem System zu kolonisieren, aber nicht weit genug, um interstellare Reisen zu unternehmen. Die Erde ist vereint und sie haben Länder und Grenzen überschritten.

Gegen einen möglichen Angriff auf eine der Kolonien auf anderen Planeten müssen die Menschen einen Weg gefunden haben, einen ständig offenen Kommunikationskanal zu haben. Das Problem ist, dass es Zeiten geben wird, in denen Planeten hinter der Sonne stehen (laut Erde).

Für diese besonderen Zeiten denke ich darüber nach, eine Relaisstation zu platzieren, die die Sonne mit einem Vorsprung von etwa 90 Grad von der Erde in derselben Umlaufbahn wie die Erde umkreist. Wie realistisch ist das und welche anderen Methoden könnte es geben?

Bearbeiten: Hier gibt es wirklich gute Antworten und ich denke, ich sollte ein paar Dinge klarstellen, da die Leute, die geantwortet haben, es für notwendig hielten. Sie müssen diese nicht wirklich lesen, wenn Sie nur eine allgemeine Antwort schreiben möchten, aber wenn Sie Details hinzufügen möchten, könnten diese Sie interessieren.

  • Die Erde ist vereint, daher werden Kleinigkeiten wie energy costsund supply linesvon der UHF (United Humanity Front) erledigt.
  • Die UHF hat die meisten Planeten kolonisiert, die als Kolonien plausibel sind. Quecksilber ist derzeit tabu, steht aber auf der To-Do-Liste für die UHF.
  • Wenn es einen Asteroiden gibt, der für den Bergbau verwendet werden kann, gibt es entweder dort oder irgendwo in der Nähe eine Bergbaubasis, und die meisten Monde sind kolonisiert, obwohl keiner die Ausrüstung hat, die ein Planet hat.
  • Planeten sind in dem Sinne unabhängig von der Erde, dass sie ihre internen Probleme mit ihren Regierungen regeln, aber sie arbeiten eher wie eine Landesregierung als alles andere (also sind sie immer noch an Regeln gebunden, die die UHF festlegt, aber sie können auch ihre eigenen Regeln festlegen). . Dies mag irrelevant erscheinen, aber das wird es auch schwieriger machen, Nachrichten an andere Planeten zu senden und ihnen diese Nachrichten anzuvertrauen, als es ohnehin schon ist. (Es wäre, als würde man Kansas vertrauen, eine Nachricht von DC nach Kalifornien weiterzuleiten, ja, es würde höchstwahrscheinlich nicht bearbeitet, aber es könnte sein.)
  • Die UHF hat die Planeten an der Leine gehalten, es gibt keine Unzufriedenheit in der allgemeinen Öffentlichkeit, aber das liegt nur daran, dass die meisten Menschen luxuriös leben und sich nicht um einen Aufstand kümmern würden. Wenn es zufällig einen gab, würden sie sich auch nicht die Mühe machen, ihn zu stoppen. Es gibt rebellische Gruppen, aber sie sind größtenteils irrelevant (die Probleme, die mit dem von mir gewählten Kommunikationssystem auftreten werden, haben mit einer Rebellengruppe zu tun).
Sie erfinden die über siebzig Jahre alte Serie Venus Equilateral von George O. Smith neu. de.m.wikipedia.org/wiki/Venus_Equilateral
Ich kannte das Buch gar nicht! Vielen Dank! @MikeScott
Selbst mit nur drei bewohnten Planeten (sagen wir Erde, Mars und ein Jupitermond) sollte die Situation, in der Sie nicht direkt kommunizieren und kein Signal von einem anderen bewohnten Planeten "abprallen" lassen, eher selten sein. Die Kommunikation wird nicht schnell sein und ein naher Planet (wie der Mars) würde Sprünge in der Kommunikationsverzögerung erfahren, wenn er von einem weit entfernten "Planeten" (wie einem Jupitermond) abprallen müsste. Das Problem würde abnehmen, wenn immer mehr (nahe gelegene) Planeten besiedelt werden. (Natürlich hat ein Mond seine eigenen Probleme, aber das sollten wir mit künstlichen Satelliten um Jupiter lösen können.)
@Jasper Suchen Sie nach der Erde-Mond-Erde-Kommunikation. Die passive Reflexion an Himmelskörpern (insbesondere dem Mond) wird von Funkamateuren durchgeführt. Es erfordert mäßig hohe Energiemengen (Kilowattklasse) und riesige Antennen (für die erforderliche Verstärkung) für Kommunikationen mit sehr geringer Bandbreite (in der Größenordnung von Bits bis zu mehreren zehn Bits pro Sekunde). Das Gleiche mit verschiedenen Planeten zu tun, ist einfach nicht machbar. Denken Sie daran, dass die gelieferte Leistung mit dem Quadrat der Entfernung skaliert, und Sie diesen Treffer während eines Hin- und Rückflugs zweimal einstecken .
@MichaelKjörling Ich meinte "bounce" im übertragenen Sinne. Sie haben Menschen und Ausrüstung auf diesen Planeten. Schicke ihnen die Nachricht und bitte sie, sie an dein Ziel weiterzuleiten...
Wie tief möchten Sie in die eigentliche Netzwerkarchitektur einsteigen? Um es kurz zu machen, kleben Sie einen Knoten auf jeden Planeten, lassen Sie diese Knoten alle mit mehreren anderen Knoten kommunizieren, behandeln Sie es wie das moderne Internet. Wie andere bereits erwähnt haben, wäre die Latenz vom Orbitalzustand abhängig, aber wenn Sie einen Knoten auf jedem abbaubaren Asteroiden haben, denke ich, dass es ziemlich nahe an der „Lichtgeschwindigkeit zwischen Punkt A und Punkt B“ liegen würde, oder im schlimmsten Fall, "Lichtgeschwindigkeit von A zum nächstgelegenen Asteroiden zu B", wenn der Asteroidengürtel nicht zwischen A und B liegt.
Sie müssen wirklich mehr Details angeben. Wie viele Raumschiffe sind zu einem bestimmten Zeitpunkt unterwegs? Was wird als akzeptable Verzögerung beim Nachrichteneingang angesehen? Wie schnell können die menschlichen oder außerirdischen Schiffe reisen? Wie weit können die Menschen außerirdische Eindringlinge erkennen? Nehmen wir an, Flüge zwischen der Erde und jedem der Kolonieplaneten werden täglich gestartet und sie transportieren Nachrichten als Fracht; gilt das als "ständige" Kommunikation?
@ user45623 Das heißt, so viele Raumschiffe, wie nötig wären, um eine Versorgungsleitung zu verwalten (das würde ich der Fantasie des "Lesers" überlassen). Eine akzeptable Verzögerung ist mindestens Funkwellengeschwindigkeit (Lichtgeschwindigkeit wäre jedoch besser, ich dachte, das wäre gesunder Menschenverstand?). Flüge dauern so lange wie jetzt, also würde die Erde zum Mars ungefähr 9 Monate dauern, also müssten mindestens sieben Schiffe gleichzeitig in beide Richtungen sein (ein Schiff pro Monat ist ideal, weniger ist akzeptabel). Außerdem würden Schiffe, die Nachrichten transportieren, natürlich nicht als konstant gelten, da es zu lange dauern würde.
Vorschlag: Kerbal Space Program spielen. Version 1.2 enthält genau das, wonach Sie fragen, im Sandbox-Modus (im Gegensatz zum "Karriere"-Modus) können Sie verschiedene Layouts testen und die Schwierigkeiten beim Einrichten vergleichen.
Der Mars ist alle zwei Jahre für ein paar Tage außer Sicht; Warum spielt es eine Rolle, wenn wir während dieser Zeit die Kommunikation mit ihnen verlieren, wenn es fast ein Jahr dauert, zum Mars zu fliegen? Es dauert 6 Jahre, um zum Jupiter zu reisen, daher spielt es kaum eine Rolle, ob es ein paar zusätzliche Tage oder sogar Wochen dauert, bis Jupiter die Erde um Hilfe bittet.
@ user45623 Es ist ein Handlungspunkt, Rebellen werden einen Planeten übernehmen. (Rebellen auf diesem Planeten selbst, und wenn die Kommunikation übernommen wird, bedeutet dies, dass die EINZIGE Methode, um zu wissen, wer auf dem Mars wer ist, weggenommen wird, was bedeutet, dass es JAHRE lang keine Verstärkung gibt, nicht nur ein Jahr.)
@JohnHamilton Ah, es wäre hilfreich gewesen, "Rebellen" oder "Aufstand" in der Frage zu erwähnen - ich dachte, Ihre Kolonien würden von Außerirdischen angegriffen. EDIT: oder vielleicht habe ich den letzten Satz der Frage verpasst ... >_> <_< >_>
Ironischerweise ist UHF eine Funkfrequenz und dies ist eine Frage der Kommunikation ...

Antworten (11)

Ich gehe davon aus, dass Sie mit konstant wirklich konstant im Gegensatz zu augenblicklich meinen. Mit anderen Worten, wir sind immer noch an die Ausbreitungsverzögerung der Lichtgeschwindigkeit gebunden. Wir sind auch an die Gesetze der Orbitalmechanik, wie sie derzeit verstanden werden, gebunden.

Da Sie "Planeten" im Plural verwenden, nehme ich an, dass die Menschheit Kolonien auf mehreren Planeten und möglicherweise Monden hat, im Gegensatz zu nur einem Außenposten von der Erde oder der erdzentrischen Umlaufbahn entfernt (von denen wir bereits eine haben: die Internationale Raumstation).

Ich gehe auch der Einfachheit halber davon aus, dass Sie eine unbegrenzte Ausgangsleistung für die Sender haben. In der Praxis wird dies nicht der Fall sein, aber in erster Näherung, um die Ungläubigkeit des Lesers aufrechtzuerhalten, funktioniert es in Ordnung. Außerdem können Sie die Ausgangsleistung gegen die Datenrate eintauschen, wie im Shannon-Hartley-Theorem beschrieben . Wenn Sie also eine niedrigere Datenübertragungsrate akzeptieren können, können Sie (bis zu einem gewissen Punkt) mit weniger Leistung auskommen.

Beginnen wir mit Kolonien nur auf der Oberfläche der Planeten, nicht auf einem der Monde im Sonnensystem. Das Problem dabei ist, dass Planeten die Sonne umkreisen, ohne Rücksicht auf ihre jeweilige Orbitalausrichtung mit den anderen Planeten.

Der einfachste Weg, um sicherzustellen, dass jeder Planet immer in Sichtweite von mindestens einem Kommunikationssatelliten ist, besteht wahrscheinlich darin, die Relaissatelliten in eine Umlaufbahn um die Sonne zu bringen, die relativ zur Ekliptik des Sonnensystems (der imaginären Scheibe, die von gebildet wird) stark geneigt ist die Bahnen der Planeten, die auf die protoplanetare Scheibe des Sonnensystems zurückgeht). Eine einfache Möglichkeit, dies zu tun (na ja, "einfach", aber immer noch teuer in Bezug auf das Manövrieren in der Umlaufbahn, um in Position zu kommen), wäre die Verwendung einer polaren Sonnenumlaufbahn. Dies ist eine Umlaufbahn, die in einem 90-Grad-Winkel zur Ekliptik über die Pole der Sonne und nicht um den Äquator der Sonne verläuft.

Drei Relaissatelliten in einer polaren Sonnenumlaufbahn, 120 Grad phasenverschoben, stellen sicher, dass auf jedem Planeten im Sonnensystem immer einer in Sichtweite ist , da die Sonne immer nur die Sicht auf einen versperrt ( von einem bestimmten Planeten aus gesehen). Möglicherweise möchten Sie ein paar zusätzliche für Redundanz, aber dies ändert das Setup nicht wesentlich. Da das andere Ende der Verbindung nahe an der Ekliptik liegt, stellt man mit drei sicher, dass man immer in Sichtweite jedes Planeten ist, während bei zwei die Situation entstehen könnte, dass einer hinter der Sonne und der andere direkt vor der Sonne steht Sonne. Aus geometrischer Sicht würde das mit ziemlicher Sicherheit funktionieren, aber in der Praxis hätten Sie ernsthafte Probleme, das Signal aus dem Rauschen der Sonne herauszuhören (siehe unten).

Beachten Sie, dass ich irgendwo auf jedem Planeten sagte. Sie werden eine ähnliche Konstellation im Orbit um jeden Planeten benötigen, auf dem sich eine menschliche Kolonie befindet, um sicherzustellen, dass ein Satellit in Sichtweite von jedem Punkt auf der Oberfläche ist, wo er benötigt wird. An dieser Stelle läuft es auf ein ähnliches Szenario hinaus wie in Mindestanzahl von Satelliten zur jederzeitigen Abbildung der gesamten Erdoberfläche beschrieben. Es stellt sich heraus, dass dies mit vier bis sechs Satelliten möglich ist (hauptsächlich abhängig von den Fähigkeiten Ihrer Bodenstation, nehme ich an; vier sind das absolute Minimum, das erforderlich ist, damit die Satellitenkonstellation jeden Punkt auf der Oberfläche jederzeit sehen kann). aber Sie brauchen auch bestimmte Punkte auf der Oberfläche, um jederzeit mit mindestens einem der Satelliten kommunizieren zu können). Auch hier möchten Sie vielleicht ein paar mehr für Redundanz, aber die Lösung dieses Problems ist keine unüberwindbare Aufgabe.

Sobald Sie Kolonien auf den Monden der Planeten oder anderweitig im Orbit der Planeten hinzugefügt haben, benötigen Sie eine zuverlässige Methode für die Kommunikation von der Kolonie zu den Relais-Sats rund um den Planeten. Dazu können Sie auf das Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS) zurückgreifen.für Inspiration. Um es kurz zu machen, Sie benötigen mindestens drei Satelliten im geostationären Orbit, um eine konstante Kommunikation zwischen jedem Punkt im Orbit und jedem Punkt auf der Erde aufrechtzuerhalten, wonach das Signal an die Relais-Sats des Sonnensystems nur noch eine Frage des Empfangens eines Signals ist (jedes Signal) von Punkt A nach Punkt B auf der Oberfläche des Planeten oder des Mondes oder zwischen den TDRSS-ähnlichen Satelliten. Sobald das Signal in Sichtweite eines der Solar-Relais-Satelliten ist, lassen Sie den Satelliten es in Richtung des Solar-Relais-Satelliten schießen, und das Signal ist an seinem vorletzten Ziel.

Es gibt dabei zwei große Probleme, denen die Ingenieure eurer Welt gegenüberstehen würden, die mir einfallen.

Erstens ist die Sonne bis weit in das HF-Spektrum ziemlich verrauscht. Das ist ein Problem, wenn die Sonne mit dem gewünschten Signal übereinstimmt. Sie müssen also die sonnenumlaufenden Satelliten entweder in einer relativ hohen Umlaufbahn um die Sonne platzieren, um einen ausreichenden Abstand zu gewährleisten, damit Antennen mit hoher Verstärkung gegen das Funkrauschen der Sonne selektieren können, oder extremHigh-Gain-Antennen an den Enden der Links. Ich weiß nicht, welche davon einfacher wäre, aber angesichts der Tatsache, dass der Kampf gegen die Ekleptiker bereits schwierig ist, könnte beides den Preis wert sein, den man zahlen muss. Beachten Sie, dass die Antennen mit höherer Verstärkung ein genaueres Zielen erfordern, was mehr Positionshaltung erfordert, was mehr Reaktionsmasse ("Treibstoff") an Bord der Satelliten für eine gegebene Lebensdauer erfordert. Wiederum nicht unüberwindbar, aber es lohnt sich, daran zu denken, da es sich um ein Problem handelt, mit dem sich Ingenieure im wirklichen Leben auseinandersetzen und Kompromisse eingehen müssten.

Zweitens ist die polare Umlaufbahn der Sonne hart. Ich habe oben darauf angespielt, aber ignoriere die Wichtigkeit nicht; es ist wirklich wahnsinnig schwer. Angenommen, Sie möchten die um die Sonne kreisenden Relaissatelliten im Abstand zur Venussonne (0,73 AE) mit einer Neigung von 90 Grad zur Ekliptik platzieren. Zuerst müssen Sie zur Umlaufbahn der Venus gelangen, was mit einem Hohmann-Transfer erreicht werden kann (berechnet auf der Grundlage eines heliozentrischen oder sonnenzentrierten Referenzrahmens):

r 1 = 1.00   AU ≈ 149 598 023 000   m r 2 = 0,73   AU ≈ 109 206 445 611   m Δ v 1 = μ Sonne r 1 ( 2 r 2 r 1 + r 2 − 1 ) = 1.3271244 × 10 20 149 598 023 000 ( 218 412 891 222 258 804 468 611 − 1 ) Δ v 2 = μ Sonne r 2 ( 1 − 2 r 1 r 1 + r 2 ) = 1.3271244 × 10 20 109 206 445 611 ( 1 − 299 196 046 000 258 804 468 611 ) Δ v 1 ≈ 2 423   Frau Δ v 2 ≈ 2 622   Frau Δ v = Δ v 1 + Δ v 2 ≈ 5 045   Frau

was überschaubar ist (der Weg zum Mond erforderte insgesamt etwa 11 km / s Delta-V für die Hinfahrt, plus etwas für die Landung und den Rückflug für ein Gesamt-Delta-V-Budget von irgendwo in der Nähe von 20 km / s Split unter den Stufen Saturn, Servicemodul, Mondmodul-Abstieg und Mondmodul-Aufstieg). Damit befinden Sie sich in der Nähe der Venus; nicht unbedingt an der tatsächlichen Position der Venus (das hängt vom Zeitpunkt des Orbitaltransfers ab oder was wir als Startfenster bezeichnen ), aber zumindest ungefähr in einer gemeinsamen Umlaufbahn mit ihr. Nehmen Sie nun an, dass Ihre Umlaufbahn kreisförmig ist, und ändern Sie ihre Neigung um 90 Grad, während Sie ihre Kreisförmigkeit (technisch ihre Exzentrizität) beibehalten, wo v = 35.02   km/s ist die Umlaufgeschwindigkeit der Venus um die Sonne:

Δ v ich = 2 v Sünde ⁡ ( Δ ich 2 ) = 70 040   Frau × Sünde ⁡ ( 90 ° 2 ) ≈ 49 526   Frau

Wenn sich Ihr satellitentragendes Raumschiff also bereits in der Erdumlaufbahn befindet (was nicht dasselbe ist wie eine Umlaufbahn um die Erde, sondern die Sonne gemeinsam mit der Erde umkreist), benötigen Sie ein Gesamtgeschwindigkeitsänderungsbudget (Delta-v). von etwa 54.600 m/s, um in eine polare Sonnenumlaufbahn in der Entfernung der Venus von der Sonne einzutreten, und das, nachdem Sie fast 8 km/s plus Widerstandsverluste angewendet haben, um in eine niedrige Erdumlaufbahn zu gelangen. Obwohl es mit ziemlicher Sicherheit Tricks gibt, mit denen Sie die Menge davon reduzieren können, die Sie unter Strom (mit laufenden Raketentriebwerken) auftragen müssen, bleibt dies ein gewaltiges Unterfangen. Ich wäre nicht im Geringsten überrascht, wenn Sie etwas Ähnliches wie den Saturn C-8 sehen würden, die ungefähr die gleiche Höhe hatte, aber viel sperriger war als die Saturn V, die Apollo zum Mond schickte.

Vergleichen Sie auch Ist es möglich, im Weltraum zu kommunizieren, während die Sonne zwischen den Parteien steht? auf der Space Exploration SE.

Oh, das ist eine großartige Idee. Drei Staffeln würden die Handlung umso interessanter machen. Es müsste ein simultaner Angriff auf die Relais stattfinden, damit die Kommunikation unterbrochen werden kann. Ja, diese Idee gefällt mir!
@JohnHamilton Ich habe am Ende meiner Antwort einen weiteren Punkt hinzugefügt, der Sie vielleicht auch interessiert.
Ja den Teil habe ich auch gelesen. Ich denke, dass sie irgendwo zwischen Erde und Venus oder Erde und Mars liegen würden. Ich bin mir nicht sicher, ob das eine gute Distanz wäre oder nicht, aber es wird die Suspendierung ungläubig machen. Die Ressourcen sind nicht unendlich, aber die Solarenergietechnologie würde wahrscheinlich für die Kommunikation und die Stationssysteme ausreichen. Bei dieser Methode sind natürlich Wartungs- und Versorgungsleitungen größere Probleme. Ich denke, dass sie 3D-Drucker für Teile und Versorgungsschiffe haben würden, die etwa alle paar Monate eintreffen. Wie auch immer, dieser Teil ist noch in der Forschung.
@JohnHamilton Ja, ich dachte irgendwo in der Nähe von Venus oder so. Die Einzelheiten würden von den Fähigkeiten Ihrer Verbindungsknoten abhängen und das Gesamtbild nicht wesentlich ändern. Meiner Meinung nach besteht das einzige große Problem darin, dass es schwierig ist, eine polare Sonnenumlaufbahn zu erreichen . Aber angesichts der Fähigkeiten der Menschen in Ihrer Welt vermute ich, dass die orbitalen Manöver, die erforderlich sind, um so etwas zum Laufen zu bringen, innerhalb (oder möglicherweise sogar innerhalb) ihrer Fähigkeiten liegen würden.
@JohnHamilton: Sie würden es nicht als gleichzeitigen Angriff bezeichnen, von den 3 Relais sind zu jedem Zeitpunkt höchstens 2 sichtbar, und je nachdem, wie weit sie von der Sonne entfernt sind, ist für einige möglicherweise nur 1 sichtbar Zeiträume. Darüber hinaus kann dieses betrachtete Relais die Nachricht nicht jederzeit direkt weiterleiten, wenn sich das Ziel auf der anderen Seite der Sonne befindet, muss es an ein anderes Relais weitergeleitet werden, das dann an das Ziel sendet. Wie Sie sehen können, hat ein Setup mit 3 Relais viele SPOFs, und in der Nähe der Sonne (mit ihren Eruptionen) ist es nicht unwahrscheinlich, dass einer untergeht.
@MatthieuM. Beachten Sie, dass "Nähe von" von OP willkürlich ausgewählt werden kann. Ich glaube nicht, dass Sonneneruptionen ein großes Problem bei Elektronik sind, die zum Beispiel für die Umgebung in einer Entfernung von 0,5 bis 0,7 AE von der Sonne entwickelt wurde. Aber das ist ein weiteres der kleinen Dinge, bei denen die realen Ingenieure dieser imaginären Welt Kompromisse eingehen würden.
@MichaelKjörling: Ja, deshalb ist es so eine interessante Antwort. Ich stelle mir vor, dass die Jungs sehr zuversichtlich in Bezug auf ihre Systeme sind (sie haben darauf geachtet, sie vor Sonneneruptionen abzuschirmen) und dann die „Verbindung“ zusammenbricht, weil eines der Relais ausgefallen ist: „Was ist passiert? Könnte es ein Komet sein? Was ist los? " und bevor sie es wissen, sind die Außerirdischen bei ihnen!
@MatthieuM.: Alle drei Relais wären praktisch immer von überall im Sonnensystem sichtbar. Die Sonne, die dazwischen kam, wäre ziemlich selten. Beachten Sie, dass Sie sie nicht in die Nähe der Sonne stellen würden; Der Versuch, ein Signal von einer Quelle in der Nähe der Sonne zu empfangen, ist wirklich schwierig, und genau das soll durch den Bau dieser Relais vermieden werden .
Was @kundor gesagt hat und was der letzte Absatz meiner Antwort speziell ansprechen möchte. Die um die Sonne kreisenden Relais-Sats wären wahrscheinlich weit genug von der Sonne entfernt, dass es ziemlich selten vorkommt, dass sie von der Sonne verdeckt werden, aber wenn Sie drei 120 ° voneinander entfernt haben, reduzieren Sie dieses Problem auf einen Punkt, an dem es effektiv ignoriert werden kann. Auch hier könnten zwei (im Abstand von 180 °) funktionieren, aber dann hätten Sie gelegentlich das Problem, dass sich einer hinter der Sonne und der andere direkt davor befindet, sodass das HF-Rauschen der Sonne bekämpft werden muss, ohne dass Richtantennen für ihre Selektivität verwendet werden können .
@JohnHamilton Ich habe die Berechnung für einen einfachen Transfer von der Erdumlaufbahn in eine polare Sonnenumlaufbahn durchgeführt. Es ist wahnsinnig schwer. Siehe die Antwort für die Mathematik.
Ja, das scheint zu viel Ressourcen zu sein, deshalb dachte ich an einen Außenposten 90 Grad vor der Erde, es würde nicht zu viel kosten, ihn dort zu platzieren und ihn dann zu verlangsamen. Etwa so: imgur.com/a/Bu0cf (Da nur die Erde ständigen Zugriff auf alle Planeten benötigt, aber nicht alle anderen Planeten ständigen Zugriff aufeinander benötigen)
@Michael Sie können 10 km / s von Ihren Anforderungen abweichen, wenn Sie zuerst in eine polare Umlaufbahn wechseln und sich dann in die Entfernung der Venus bewegen.
@frodoskywalker Ich bin mir nicht sicher, ob das funktionieren würde oder nicht (ich nehme an, Sie meinen, in die polare Erdumlaufbahn einzutreten und dann einen Hohmann-Transfer in etwa die Entfernung der Venus von der Sonne durchzuführen), aber ich werde (und tue) das bereitwillig abtreten weisen darauf hin, dass das, was ich getan habe, der naive Ansatz war (einschließlich der Annahme augenblicklicher Impulse). Es gibt viele Tricks, mit denen man im Grunde Delta-V unter Strom gegen Zeit eintauschen kann, aber ich habe nur auf eine ungefähre Zahl abgezielt. Und es macht nicht wirklich einen großen Unterschied, ob das erforderliche Gesamt-Delta-V-Budget 65 km / s oder 55 km / s beträgt, weil es immer noch verdammt schwer ist.

Lassen Sie die Signale einfach von anderen Planeten, Monden und glänzenden Objekten reflektieren

In der sogenannten Radarastronomie senden Wissenschaftler Mikrowellensignale bis hin zu Merkur und Venus und können das zu uns zurückgeworfene Signal messen! Sie haben vielleicht auch gehört, dass ein Laser von einer reflektierenden Platte auf dem Mond abprallt, die von Apollo-Astronauten dort zurückgelassen wurde.

Was dies zeigt, ist, dass eure Zivilisation keine Relaisstation um die Sonne braucht, sie braucht nur ein reflektierendes Objekt. Ein "Spiegel" im Orbit würde gut tun, vielleicht ein Stück Eis weiter draußen, ein polierter Komet? Oder vielleicht Spiegel, die um Merkur herum verstreut sind, da er keine Atmosphäre hat.

Es gibt einen Präzedenzfall dafür in der Erdumlaufbahn. 1960 starteten die USA Echo 1 , einen stark reflektierenden aufgeblasenen Satelliten, der es den Menschen auf der Erde ermöglichte, zu kommunizieren, indem sie Funksignale von ihm abprallen ließen.

Unten sehen Sie ein Bild von Echo 1, das bei der NASA getestet wird, und von LAGEOS 1 , das 1971 gestartet wurde.

Der LAGEOS-Satellit reflektiert Laserlicht und war nicht als Kommunikationsrelais gedacht. Stattdessen wird es verwendet, um Entfernungen zu messen. Und vielleicht als Hintergrund für eine Scifi-Story? Sehen Sie, der Satellit LAGEOS umkreist immer noch die Erde, aber es wird erwartet, dass er in 8 Millionen Jahren in unsere Atmosphäre stürzt. Es enthält eine von Carl Sagan entworfene Plakette, die von allen intelligenten Kreaturen verstanden werden soll, die zu dieser Zeit auf dem Planeten lebten. Wird es verstanden?

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Ooh, ich liebe die Idee einer riesigen Discokugel, die zu „Kommunikationszwecken“ um die Sonne kreist und „nein, wir feiern dort keine Partys“. Ja, es könnte sogar ein Gespräch innerhalb der Ereignisse sein, das erklärt, wie sie funktionieren und warum sie so aussehen, wie sie aussehen. Vielleicht könnte eine Seite immer zur Sonne schauen und Sonnenkollektoren haben und auf diese Weise auch senden, wenn es nötig ist. (Würde es in diesem Fall jedoch gewartet werden müssen? Hmm.)
@JohnHamilton Sie werden große Probleme mit der thermischen Kontrolle haben, wenn Ihr Raumschiff mit der Sonne verbunden ist.
Nicht für interplanetare Kommunikation geeignet. Sie benötigen eine um Größenordnungen höhere Sendeleistung, um die gleiche Datenrate wie bei der direkten Kommunikation erreichen zu können.
@MichaelKjörling oh, richtig. Dann müsste nur noch ein unkontrollierter Ball ausreichen, der sich um sich selbst dreht. Obwohl, wenn das, was Karl gesagt hat, wahr ist, dann wird dies weniger logisch sein als die anderen. (Nun, in diesem Fall wird es Spaßfaktor über Plausibilität sein)

Drei oder vier Satelliten um jeden Planeten herum, hoch genug, dass sie sich sehen und einer von jedem Ort (außer den polaren Breiten) auf der Erde immer sichtbar ist. Für ein zuverlässiges System könnten acht Satelliten sicherer sein. Sie möchten in der Lage sein, eine Verbindung zu zwei von ihnen herzustellen, um den Verlust während der Umschaltung zu minimieren.

Plus zwei (eine ist im Wesentlichen redundant) zusätzliche Kommunikationsplattformen in den Erd-Lagrange-Punkten 4 und 5. Auf diese Weise haben Sie immer mindestens zwei klare Ansichten an jedem Punkt im Sonnensystem.

Sie sollten diese Lagrange-Plattformen zu allen Planeten hinzufügen, damit Sie sich immer direkt zwischen ihnen verbinden können. Spart Bandbreite und Verzögerungen.

Das Routing wird ein interessantes Stück angewandter Mathematik sein, das nicht nur die besten Pfade berechnet, sondern insbesondere den optimalen Zeitpunkt zum Wechseln zwischen Routen, abhängig von ihrer variablen Bandbreite.

Hmm, das scheint in der Theorie solide zu sein. Würde es bei jedem kugelförmigen Objekt funktionieren, das größer als ein Mond ist? Wenn ja, könnte dies genau das Relaissystem sein, das ich suche.
Sonne ist wirklich groß. "Hoch genug" könnte höher sein, als eine stabile Umlaufbahn möglich ist. Haben Sie die Nummern überprüft?
@Mołot Sonne ist groß? Und für vier Satelliten benötigen Sie eine Umlaufbahn, die einen Bruchteil des Durchmessers des Planeten über seiner Oberfläche beträgt. Zeichnen Sie ein Quadrat um den Planeten, um das Bild zu erhalten. Wie könnte das kein stabiler Orbit sein??
Vier Satelliten könnten zu wenig sein, wenn Sie die ganze Zeit die gesamte Oberfläche abdecken möchten, in jedem Tal würden Sie manchmal die Abdeckung verlieren, und weg vom Äquator würde der Winkel schlecht werden. Wir verwenden 24 für GPS.
@notstoreboughtdirt Vier Satelliten reichen aus, um jederzeit jeden Punkt auf dem Planeten im Blick zu haben, wenn Sie die Umlaufbahnen entsprechend auswählen. Vergleichen Sie space.stackexchange.com/q/8414/415 . GPS verwendet so viele Satelliten wie es tut, weil ein Teil seiner Designziele vorschreibt, dass jeder Punkt in der Nähe der Erdoberfläche ein absolutes Minimum von drei, idealerweise vier oder mehr Satelliten benötigt, die jederzeit sichtbar sind. Das ist ein anderes Problem.
l4 und l5 sind +- 60' -- 2 der 3 sind immer sichtbar; und wenn jeder Planet dies tut, werden 2 der 3 'Ihrer' Satelliten immer alle 3 'ihrer' Satelliten sehen können. Als zusätzlicher Bonus würde die Verwendung der Zwischensatelliten als Relais die Übergangsleistung reduzieren, da sie nach dem Erreichen des nächsten Satelliten erneut ausgestrahlt werden können. -- das Signal vom erdnahen Orbit zum richtigen Ort an der Oberfläche zu bringen, ist ein unabhängiges und gut gelöstes Problem. (vgl. Satellitentelefone)

Laut NASA während der Sonnenkonjunktion :

Sie sammeln Daten von anderen und speichern sie. In einigen Fällen senden sie weiterhin Daten zur Erde, da sie wissen, dass einige Daten verloren gehen werden.

OK, das ist also nicht großartig, aber die Sonne blockiert die Kommunikation nicht vollständig.

Eine Relaisstation im Orbit, die sich nicht auf der Ekliptik befindet, könnte helfen, aber es wird Probleme damit geben:

  • Wartungsprobleme
  • Es war einmal, dass es mit einem dieser Planeten in Sonnenkonjunktion stand

Aus diesem Grund würde ich es vorziehen, einen anderen Planeten oder Kolonien in The Belt als Relais zu verwenden. Erstens wird es viele von ihnen geben, und zweitens werden sie sich sowieso um ihre Kommunikation kümmern. Natürlich werden die Gebühren während der Konjunktion in die Höhe schnellen, aber nun, alles hat seinen Preis.

Ja, das scheint eine faire Idee zu sein. Die Gebühren sind unwichtig, da sich die "United Humanity Front" darum kümmert und es immer nur etwas kosten würde, eine persönliche Nachricht zu senden, anstatt eine staatliche.
Während der Konjunktion findet keine Kommunikation statt. Es hängt von der Sonnenaktivität (und der genauen Position von Quelle und Ziel in Bezug auf die Ekliptik) ab, wie lange dies dauert, und daher senden die Sonden am Anfang und am Ende weiterhin Daten. Du kannst Sachen, die nicht richtig angekommen sind, später immer noch nachsenden, es sei denn, sie werden ohnehin nicht gespeichert.
@Karl Wenn die NASA sagt, dass einige Daten verloren gehen, und Sie sagen, dass alle Daten verloren gehen, dann ist es für mich die NASA. Tut mir leid, aber ich glaube ihnen mehr, wenn es um die Erforschung des Weltraums geht.
Wie erwartest du, durch die Sonne zu kommunizieren? Es kann sein, dass die Umlaufbahnknoten so sind, dass eine Konjunktion die Sichtlinie so weit über oder unter die Sonne führt, dass Sie ein gewisses Signal behalten. Das nächste Mal nicht so viel Glück. Nicht das, was ich als ständige Kommunikation bezeichnen würde.

Dies ist kein realistisches Problem.

Sie haben nicht klar erklärt, warum der Kommunikationskanal notwendig ist, aber aus dem Kontext Ihrer Frage gehe ich davon aus, dass die Erde eine Verteidigungsflotte starten kann, um den Kolonieplaneten zu verteidigen.

Betrachten wir den Mars, da er der nächstgelegene Planet ist, der aus der Ferne bewohnbar ist ( die Oberfläche der Venus ist durchschnittlich 467 Grad Celsius heiß und heiß genug, um Blei zu schmelzen ). Das optimale Startfenster mit minimaler Energie tritt etwa alle zwei Jahre auf und dauert etwa einen Monat. Dies geschieht an einem Punkt , an dem der Orbitunterschied zwischen den beiden Planeten 44 Grad beträgt , was bedeutet, dass die Sonne die Sichtlinie zwischen den beiden Planeten sicherlich nicht verdeckt. Dieser Transferflugplan benötigt ungefähr 260 Tage, um den Mars zu erreichen. Schnellere Flugpläne sind möglich, benötigen aber deutlich mehr Energie.

Mit einem einmonatigen Transferfenster, das nur alle zwei Jahre stattfindet, sind Ihre Chancen, dass der außerirdische Angriffscoup zum optimalen Zeitpunkt stattfindet, sehr gering, und selbst dann dauert es, wenn Sie Glück haben, zwei Drittel eines Jahres, um den Mars zu erreichen .

Außerdem verlieren wir, wenn ich diesen Artikel richtig verstehe, nur alle zwei Jahre für ein paar Tage die Sichtverbindung zum Mars. Wenn der Flug zum Mars im besten Fall weit über ein halbes Jahr dauert und der Mars nie länger als ein paar Tage außer Sicht ist, ist dieser Kommunikationsverlust äußerst unbedeutend.

Wenn Ihr Alien-Angriffscoup auf einem anderen Planeten stattfindet, dauert es deutlich länger, bis eine Flotte von der Erde eintrifft. Um Ihnen ein Gefühl für die Größenordnung zu geben: Jupiter ist nach dem Mars der nächste Planet im Sonnensystem, und es dauert sechs Jahre , um zum Jupiter zu fliegen.

Wenn Ihre außerirdische Spezies fortgeschritten genug ist, um einen Angriff von außerhalb unseres Sonnensystems zu starten , sind sie wahrscheinlich intelligent genug, um ihren Angriff so zu planen, dass die Zeit maximiert wird, die eine Verteidigungstruppe von der Erde benötigen würde, um den Planeten zu erreichen. Die Reisezeit wird also wahrscheinlich eher dem Worst-Case-Szenario als dem Best-Case entsprechen.

tl;dr

Es dauert so lange, zu einem anderen Planeten zu fliegen, dass kurze Kommunikationslücken, wenn der Planet hinter der Sonne verfinstert ist, keine Sorge sind.

Das endete ein wenig weitschweifig und wahrscheinlich nicht optimal organisiert, aber ich bin zu müde, um es jetzt zu reparieren. Ich hoffe, es ist hilfreich.
Das tl; dr ist fast länger als der Rest der Antwort, was den Zweck eines "tl; dr" irgendwie zunichte macht. Ich schlage eine Bearbeitung vor
@xDaizu Ich habe diese Antwort ursprünglich geschrieben, als ich müde war und es kaum Sinn machte. Bei der Überarbeitung habe ich den ersten Teil gekürzt und den tldr verlängert; Ich denke, es ist jetzt kohärenter, aber Sie haben Recht, dass die "Zusammenfassung" nicht kürzer ist als der "Körper". Der Fragesteller hat jedoch bereits eine andere Antwort akzeptiert, und meine Antwort war nicht vollständig relevant, da ich einen Teil des Kontexts der Frage falsch verstanden hatte (ich dachte, seine Kolonien würden von Außerirdischen angegriffen, aber die Frage bezieht sich auf Staatsstreiche).
@xDaizu Eh, ich habe es trotzdem überarbeitet.

Warum nicht das Ethernet-Protokoll TCP/IP modellieren? wo Sie viele Sender und Relais/Router haben können, die eine robuste Routing-Tabelle erstellen, um die Kommunikation an die schnellste verfügbare Route zu senden

Dies ergibt Fehlertoleranz und ermöglicht die Anpassung an ausfallende Kommunikationsstationen.

Fokussierte Richtungsübertragungen würden weniger Energie, aber mehr Wartung erfordern. Nehmen wir auch nicht an, dass wir allein im Universum sind, fokussierte Übertragungen könnten die meisten Übertragungen außerhalb des beabsichtigten Ziels praktisch stumm halten. Ich kann nur davon ausgehen, dass einige andere Weltmenschen gut sind und andere nicht.

Außerhalb unserer Atmosphäre gibt es viel Sonne für Energie. Erdsatelliten und Mondstationen könnten also die erste Schicht sein.

Manchmal ist der Mars nahe an unserer Umlaufbahn und manchmal auf der anderen Seite der Sonne, die weit entfernt ist. Daher variieren die Kommunikationszeiten von jedem anderen Ort als dem Mond.

TCP ist für interplanetare Netzwerke aufgrund der Verzögerungen, die der Kommunikation mit Lichtgeschwindigkeit bei den beteiligten Entfernungen innewohnen, nicht nützlich. TCP ist für Netzwerke konzipiert, in denen die Laufzeit vernachlässigbar ist. Während es theoretisch in Netzwerken verwendet werden kann , in denen die Laufzeit erheblich ist, machen die Verzögerungen es zu einer weniger nützlichen Option als andere Alternativen. Vergleichen Sie zum Beispiel Informationsaustausch im Weltraum und Endbenutzererfahrung und prominente Anwendungsfälle des robusten interplanetaren Internets .
TCP wurde für langsame unzuverlässige Transporte verwendet, siehe auch RFC2549 :)
@Jasen Ich hoffe aufrichtig, dass Sie erkennen, dass RFC 1149 und 2549 beide Aprilscherz-RFCs sind.
Ja, aber ein Idiot hat es versucht, und es hat funktioniert.

Setzen Sie 2 künstliche Planeten (kann sie nicht als Satelliten bezeichnen) in eine elliptische polare Umlaufbahn um die Sonne, verbringen sie die meiste Zeit außerhalb der Ekliptik, und daher sollte mindestens einer jederzeit erreichbar sein

Würde das nicht zu viele Ressourcen erfordern? Selbst wenn wir alle zusammenkommen würden, wäre es ein bisschen zu viel für ein Kommunikationssystem.
Dies wären Maschinen oder möglicherweise bemannte Weltraumplattformen (Satelliten umkreisen Planeten, diese umkreisen die Sonne). Wenn Sie Energie haben, um zwischen Planeten zu reisen, sollte dies auch möglich sein.
Dies macht im Grunde den gleichen Vorschlag wie meine Antwort, außer dass Sie zwei statt drei verwenden. Beachten Sie, dass zwei nicht unbedingt ausreichen, um eine konstante Kommunikation sicherzustellen (wie vom OP gewünscht); Es ist durchaus möglich, dass einer von der Sonne verdeckt wird (von einem bestimmten Planeten aus gesehen), während der andere mit der Sonne übereinstimmt (was die Signalstärke möglicherweise bis zur praktischen Unbrauchbarkeit verringert). Und wie Sie in meiner Antwort sehen können, ist das Betreten einer polaren Sonnenumlaufbahn in Bezug auf Delta-V wahnsinnig teuer.
Verwenden Sie deutlich elliptische Umlaufbahnen und nicht in der Nähe der Sonne, vielleicht irgendwo zwischen Venus und Merkur. Die Plattformen verbringen also 1/4 ihrer Zeit südlich der Sonne und 3/4 nördlich der Sonne. Wenn die Plattformen gleichmäßig auf der Umlaufbahn verteilt sind, gibt es immer eine und oft zwei deutlich nördlich der Sonne. (siehe auch Kepplersches Gesetz)

Vielleicht ein Mesh-Netzwerk im oder in der Nähe des Asteroidengürtels? Viele, viele sehr kleine, sehr billige und auch billig austauschbare Relais, die den gesamten Riemen vernetzen, erhöhen die Wahrscheinlichkeit, mit einem oder mehreren der Satelliten in Sichtverbindung zu sein, und alle Satelliten mit mindestens einem anderen in Sichtverbindung zu sein. Säen Sie sie leicht über oder unter der Ebene der Ekliptik aus. Der Redundanzfaktor bedeutet, dass das System viel robuster wäre als eine Handvoll Relaissatelliten. Der Nachteil ist, dass die Lichtgeschwindigkeit ein nicht trivialer Faktor ist. Als die Nachricht die Erde erreicht, haben die Außerirdischen alle Kolonisten in Fernsehabendessen gepackt.

Die großen Kosten liegen eher darin, die Satelliten in ihre jeweiligen Umlaufbahnen zu bringen, nicht in der Herstellung, insbesondere wenn Sie in der Lage sind, ein Bündel von ihnen auf einmal mit praktisch demselben Design herzustellen.
Starten Sie einen "Launcher", der Hunderte oder Tausende von Buggern enthält. Es gelangt in den ungefähren Bereich und spuckt sie dann in Abständen aus. Da sie klein und billig sind, machen Sie sich keine Sorgen über zu viel Präzision. Sie wollen Menge.
Entscheidend sind Masse, Delta-V-Bedarf und Delta-V-Fähigkeit. Ob diese Masse in einer einzigen Nutzlast oder in Tausenden von unterschiedlichen Nutzlasten steckt, ist weitgehend irrelevant. Auch wenn es nicht unmöglich ist, müssten Sie in der Zwischenzeit etwas ausgefallenes Fliegen, weil Objekte im Weltraum sich im Allgemeinen weigern, an Ort und Stelle zu bleiben. All das schicke Fliegen kostet Treibstoff, was Sie wieder zum Anfang bringt: Delta-V-Budget.
Ich denke, dass keines davon von Dauer ist und jedes sozusagen nur eine begrenzte Lebensdauer hätte. Wenn die Umlaufbahn zerfällt, wen interessiert das schon. Holen Sie ein paar von ihnen in einem Träger mit ungefähr Umlaufgeschwindigkeit hoch und streuen Sie sie dann, selbst wenn das Delta v zum Träger so ziemlich null ist. Vielleicht Produktionsstationen auf einzelnen Asteroiden im Gürtel aufbauen und von dort ausschleudern lassen. Das würde das Delta-V-Budget drastisch reduzieren.

Es ist einfach! Sehen Sie sich die Karte von Star Fox 64 an .

Installieren Sie eine große Antenne auf den Planeten, die das UHF kolonisiert hat. Sie werden miteinander verbunden und meiden die Sonne. Wenn es einen Planeten gibt, der versucht, mit einem hinter der Sonne zu kommunizieren, finden Sie einfach eine andere Relaisstation (Planeten), um Ihre Nachricht an den Empfängerplaneten zu übermitteln.

Schau dir das an:

die Star Fox 64-Karte

Natürlich gibt es eine Software, die die HF steuert.

Ich würde heutzutage einen ähnlichen Ansatz wie bei tatsächlichen Telefonleitungen empfehlen: Eine Reihe von Repeatern, die über alle Planeten verteilt sind (im Moment befinden sie sich nur auf Gebäuden oder Bergen), also selbst wenn die Sonne zwischen dem ursprünglichen Signal und der Erde steht, wird es dort sein Repeater rundherum.

@Frostfyre danke für die Korrektur, ich wusste nicht, dass Grammatik hier so wichtig ist. Wie Sie vielleicht bemerkt haben, ist Englisch nicht meine Muttersprache. Ich werde jedenfalls versuchen, in Zukunft vorsichtiger zu sein.

Es gibt ein reales Phänomen, das sich den Beschränkungen durch die Lichtgeschwindigkeit widersetzt: Quantenverschränkung, bei der zwei quantenverschränkte Teilchen so funktionieren, dass eine Zustandsänderung in einem der Teilchen augenblicklich das andere beeinflusst. Dieses Phänomen ignoriert theoretisch jede Art von Distanz, wäre also eine ideale Grundlage für die Kommunikation. Wenn es für einen solchen Zweck genutzt werden könnte, würde ein solches Paar eine unbegrenzte Bandbreite zwischen zwei Punkten bereitstellen. Damit könnte man also ein interplanetares oder sogar intergalaktisches Internet erschaffen.

Nun, natürlich ist es im Moment unmöglich. Das soll schließlich Fiktion sein.
Wenn dieses Theorem wahr ist, bedeutet es, dass es für immer unmöglich bleiben wird. Natürlich kann diese Methode auch als schönes Handwavium verwendet werden.
Dies ist nicht möglich, wie @Mołot mit seiner Wikipedia-Referenz kryptisch feststellte.
@jamesturner Ich habe nicht versucht, kryptisch zu sein. Der gesamte Inhalt dieses Artikels ist einfach viel zu viel für einen Kommentar, und alles andere wäre nicht vollständig,
Quantenverschränkung – Was ist die große Sache? on Physics diskutiert auch die Quantenverschränkung im Hinblick auf die Informationsübertragung. Schauen Sie sich auch die Liste der Fragen an, die mit oder von dieser verlinkt sind .
Wie würde eine fortgeschrittene Zivilisation eine ständige Kommunikation zwischen Planeten haben?
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