Relativistische Effekte in der Kommunikation von Weltraummissionen

Wie wichtig sind relativistische Effekte bei der Kommunikation mit Weltraummissionen?

Ich arbeite an Mars Pathfinder und möchte wissen, ob Effekte wie die Gravitationsablenkung von Mikrowellen bei der Kommunikation mit der Erde eine Rolle spielen - und wenn ja, wie das Problem gelöst wird.

Ein paar Stunden Funkverzögerung reichen nicht aus?
Relativistische Effekte der Erdmasse liegen in der Größenordnung von einem Teil von einer Million. Mars ist kleiner, also noch kleiner. Ich wette, dass es von anderen Problemen wie der Dopplerverschiebung überschwemmt wird, wenn die Umlaufbahn der Erde und die Umlaufbahn des Mars interagieren.
Die in jedem GPS-Satelliten verwendeten Atomuhren wurden an die durch relativistische Effekte verursachte Frequenzänderung angepasst. Alle in den Satelliten und Bodenstationen vorhandenen Uhren des GPS-Systems sollten möglichst synchron laufen. Dabei konnten relativistische Effekte durch die Erde und die Umlaufbahn nicht vernachlässigt werden.

Antworten (1)

Durchbiegungskorrektur:

Mikrowellenstrahlen, selbst die am engsten fokussierten Strahlen der großen 70-Meter-Schüsseln des Deep Space Network , sind immer noch physisch breit, wenn sie ihr Ziel erreichen, sodass relativistische Ablenkungseffekte nicht groß genug wären, um Korrekturen zu erfordern, obwohl ich davon ausgehe Effekte sind ohnehin in den Zeigealgorithmen enthalten.

Wie @DavidHammen in diesem Kommentar feststellt und @DuffBeerBaron in dieser Antwort feststellt, wird zunehmend die Very Long Baseline Interferometry (VLBI) und Delta-DOR verwendet, um zu versuchen, Winkelmessungen von Raumfahrzeugen zu erhalten, und diese können einer relativistischen Ablenkung unterliegen.

Lichtzeitkorrektur (nicht relativistisch):

Die Lichtzeitkorrektur ist jedoch enorm, obwohl sie von Natur aus nicht als relativistisch angesehen wird. Sie müssen in die Richtung zeigen, in die sich das Raumschiff in der Zukunft oder in der Vergangenheit befinden wird. Wenn sich das Raumschiff beispielsweise in der Nähe von Jupiter befindet, kommt ein eingehendes Signal aus der Richtung im Weltraum, in der Jupiter vor etwa 45 Minuten war, und wenn Sie ein Signal senden möchten, zeigen Sie dorthin, wo es etwa 45 Minuten später sein wird . Die Korrektur für die endliche Lichtgeschwindigkeit zählt jedoch nicht wirklich als relativistische Korrektur.

Situationen, in denen relativistische Effekte wichtig sind/sein werden:

1) Funk- und in Zukunft optische Verbindungen zu Raumfahrzeugen umfassen normalerweise Navigationssignale wie Delay-Doppler für eine präzise Verfolgung sowie Daten- und Telemetriekanäle, und relativistische Effekte werden für diese viel bedeutender sein. Sehen Sie sich die Fragen und ihre Antworten an:

2) In Zukunft kann eine Navigationssatellitenkonstellation auf dem Mars stationiert werden, die GPS/GNSS für die Erde entspricht. Relativistische Effekte sind absolut kritisch, wenn diese Signale verwendet werden, um eine Standortbestimmung zu erhalten. Siehe zum Beispiel die Fragen und Antworten unter:

3) Missionen in Sonnennähe werden auch viel größere relativistische Effekte erfahren. Siehe die derzeit schön, aber unvollständig beantwortete Frage:

Relativistische Effekte in der Kommunikation von Weltraummissionen
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