Warum ging der Funkkontakt mit den Pioneer-Sonden viel früher verloren als mit den Voyager-Sonden? Die Voyagers wurden nur 4 Jahre nach den Pioneers gestartet, aber die Voyagers werden voraussichtlich bis in die 2020er Jahre dauern, während die Pioneers 1995 bzw. 2003 aufhörten zu senden. Beide wurden ebenfalls von RTGs angetrieben.
Mehrere Faktoren führen zum Signalverlust.
Die Kombination dieser Faktoren führt zum kumulativen Versagen.
Der Hauptgrund ist, dass Pioneer aufgrund eines schwachen Signals keine verständlichen Daten erzeugt, sodass es nicht mehr kosteneffektiv war, Pioneer 10 zu verfolgen. Die Abschaltung von Pioneer 11 war hauptsächlich auf einen Stromausfall zurückzuführen. ③
Wenn man sich anschaut, wie die Entscheidung funktioniert - in der Reichweite, in der sie sich befinden, ist das Signal sehr schwach, und die Antennengenauigkeit (um die Erde in der Mitte der Antennenkeule zu halten) ist eine Funktion der Rotationskontrolle über die Lage. Trotzdem war die erforderliche Schüsselgröße, um Daten zu oder von Pioneer 10 zu übertragen, eine Schüssel von mindestens 64 m, um die erforderliche Signalstärke zu haben. Wenn es weiter nach außen geht, nimmt die Mindestantenne zum Empfangen seines Signals zu. Derzeit können nur eine Handvoll Oszilloskope überhaupt mit Pioneer 10 kommunizieren, und die Daten sind so schwach, dass sie unzuverlässig sind.
Die Pioniere verwendeten Gasstrahlruder als Reaktionskontrolle ④, was eine grundlegende Einschränkung ihrer Zielgenauigkeit darstellt.
Der Widerstand des interplanetaren Mediums (IPM) und der Sonnenwind sind ebenfalls Probleme. ② Da das Medium nicht wirklich einheitlich ist, führt dies zu leichten Unterschieden über das Raumfahrzeug hinweg, die angesichts der Jahrzehnte in der Lage sind, die Drehung zu verlangsamen und den Winkel zu ändern. Wenn man bedenkt, dass das IPM Staubklumpen und sogar kleine Kieselsteine enthält und die Pioneer-Geschwindigkeiten einen Kieselsteinschlag vergleichbar mit dem Treffer einer kleinkalibrigen Schusswaffe erzeugen, könnte einer an der richtigen Stelle das Raumschiff aus der Kommunikation bringen.
Die genaue Ursache des Ausfalls von Pioneer 11 ist eigentlich nicht bekannt, aber es wird vermutet, dass es sich um einen Stromausfall handelt (da die Telemetrie eine abnehmende Leistung auf einer Abklingkurve zeigte), möglicherweise in Verbindung mit einem Aufprallereignis und/oder einem Kurzschluss. Wenn es aus der Achse geschlagen würde, könnte es immer noch senden, aber Erde außerhalb der Sendekeule der Antenne haben. Die Hypothese der abgeschlagenen Achse ist unwahrscheinlich, da sich die Position immer noch auf dem vorhergesagten Kurs befindet.
Die Erwartung von Pioneer 10, den Stromverbrauch weiter zu verringern, trug zu den öffentlichen Erklärungen zur Beendigung der Pioneer 10-Mission bei, ebenso wie die Kosten für die 65-Meter-, 100-Meter- und Arecibo-Antennenzeit und die Möglichkeit, dieses Geld auszugeben Missionen, die mehr Daten zurückgeben.
Voyager hingegen hat bessere Thermoelemente, jüngere Thermoelemente, mehr erzeugte Leistung, mehr Leistung (18 W)⑤, und obwohl es nur eine Verstärkung von 48 dB hat, liegt es in Bezug auf das Rauschen in einer besseren Frequenz (~ 8 GHz), aber immer noch Senden nützlicher Daten von Instrumenten und hatte beim Start eine viel höhere Überschussleistung.
Voyager-Leistungsverluste waren eine flachere Kurve als das Pionierprogramm; es steht noch mehr von der ursprünglich verfügbaren Leistung zur Verfügung. Außerdem war die ursprüngliche Leistung viel höher.
Die Instrumentierung für Voyager umfasste mehrere weitere Experimente, die für die erweiterte Mission nicht von Nutzen sind; Sie können ohne Verlust des Datengewinns ausgeschaltet werden. Dadurch kann mehr verfügbare Leistung für die relevanten verwendet werden.
Die ursprünglich konzipierten Voyager-Missionen beinhalteten auch eine längere Betriebszeit - mehr als 10 Jahre wurden erwartet, gegenüber den 2 Jahren von Pioneer.
Referenzen
① http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraftDisplay.do?id=1972-012A
② http://arxiv.org/pdf/1307.0537.pdf
③ http://nineplanets.org/spacecraft. html
④ http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19900009039.pdf
⑤ http://www.uhf-satcom.com/misc/datasheet/dh2va.pdf
⑥ http: //voyager.jpl.nasa.gov/spacecraft/spacecraftlife.html
Die interplanetare Kommunikation hängt hauptsächlich von der Signalstärke (für die Übertragung) und der Antennengröße (für den Empfang) ab.
Die Pioniere verwenden eine 9-Fuß-Antenne und einen 8-Watt-Sender. Die Voyager verwenden eine 12-Fuß-Antenne und einen 20-Watt-Sender, wodurch ein wesentlich stärkeres Signal auf der Erde empfangen werden kann.
Neben einem besseren Sender verfügen die Voyager über bessere Leistungsreserven: Ihre RTGs lieferten beim Start 470 W , während die Pioneer RTGs beim Start 160 W lieferten. Die Voyager-RTGs werden also viel länger brauchen, um bis zu einem Punkt zu zerfallen, an dem sie das Raumschiff nicht mehr antreiben können.
Die NASA scheint zu glauben, dass der RTG-Zerfall der Hauptgrund dafür ist, dass wir Pioneer 10 nicht mehr erhalten können:
Pioneer 10 führte bis zum Ende seiner wissenschaftlichen Mission am 31. März 1997 wertvolle wissenschaftliche Untersuchungen in den äußeren Regionen unseres Sonnensystems durch. Das schwache Signal von Pioneer 10 wurde vom DSN als Teil einer fortschrittlichen Konzeptstudie zur Unterstützung der Kommunikationstechnologie weiter verfolgt der zukünftigen interstellaren Sondenmission der NASA. Die Energiequelle auf Pioneer 10 verschlechterte sich schließlich bis zu dem Punkt, an dem das Signal zur Erde im Jahr 2003 unter die Erkennungsschwelle fiel.
Wir sind uns über das Schicksal von Pioneer 11 nicht sicher:
Die Mission Pioneer 11 endete am 30. September 1995, als die letzte Übertragung des Raumfahrzeugs empfangen wurde. Seitdem gab es keine Kommunikation mit Pioneer 11. Die Bewegung der Erde hat es aus dem Blickfeld der Antenne des Raumfahrzeugs getragen. Das Raumfahrzeug kann nicht manövriert werden, um zurück auf die Erde zu zeigen. Es ist nicht bekannt, ob das Raumschiff noch ein Signal sendet.
Hobbes
Aramis