Kommunikationsgeräte in der Raumfahrt

Hallo,
im Rahmen einer Facharbeit muss ich wissen, welche Geräte man heutzutage in der Raumfahrt verwendet (wenn z.B. von der Erde ein Signal verschickt wird).
Desweiteren wäre es hilfreich wenn Sie mir einige Daten zu diesen Geräten geben könnten (genauer Name des Geräts, Signalstärke, Reichweite, Geschwindigkeit des
Signalversandts, usw.).

MfG
echoscream

Ich weiß dazu leider nicht allzuviel.

Aber man nimmt UHF, also sehr hochfrequente Frequenzen, die die Atmosphäre durchdringen können...

Natürlich gibt es dann Genehmigungen von den zuständigen Staaten, diese Frequenz... so lange... zu benutzen...


Mehr kann ich dazu leider nicht beitragen

Vielen Dank, das hilft mir schon weiter!
Ich habe gelesen das man solche Frequenzen nur mit großen Satellitenanlagen (Siehe Link) zustande bekommt, stimmt das?
https://images.raumfahrer.net/up012505.jpg

Cheers,
echoscream

Hallo,

die Frequenzen bekommt man mit kleinen Geräten zustanden .
Etwas genauer formuliert, geht es um das Erzeugen eines Signals auf/mit einer Frequenz. Da Satelliten im Allgemeinen weit weg sind und relativ kleine Antennen und schwache* Sender tragen, benötigt man auf der Erde entsprechend große Antennen, um die ankommenden Signale aufzufangen bzw. ausgehende Signale entsprechend stark zu den Satelliten abzustrahlen.

*Wobei das relativ zu sehen ist. Die Sendeanlagen auf einem Satelliten sind gar nicht so schwach, wenn man direkt daneben steht.

Und welche Kommunikationsgeräte verwendet z.B. die NASA für Raumffahrtmissionen?

Cheers,
echoscream

Was ist ein Kommunikationsgerät;

1) Ein SENDER
2) Ein EMPFÄNGER

was braucht man noch:

3) EINE ANTENNE  (kann u.U. gleichzeitig SENDE- und EMPFANGS-Antenne sein..


Grundsätzlich unterscheiden sich Kommunikationsgeräte in der Raumfahrt nicht von Kommunikationsgeräten auf der Erde. 

Der Sender hat einen Modulator, der Empfänger einen Demodulator, einen Dekoder... usw...


Es kommt immer auf die Anwendung an, demenstprechend werden besondere Modulationsverfahren benutzt, z.B. für hohe Datenratenraten (breitbandig) oder extrem niedrige Datenraten (schmalbandig).


Sind die Signale relativ schwach, z.B. von Voyager, dann braucht man eine große Antenne und einen guten (empfindlichen) Empfänger und man verwendet sehr schmale Bandbreiten um selbst schwächste Signale noch dekodieren zu können.   Hierfür ist das Deep Space Network (DSN) der NASA zu nennen..

Eine große Antenne braucht man auch, wenn man sehr große Datenraten (hohe Bandbreite) übertragen möchte und eine begrenzte Sendeleistung hat. 

Es geht aber auch mit sehr kleinen Antennen..   denken wir nur an die GPS-Antenne im Navigationsgerät oder im Handy..

Oder denken wir an die sogenannten Amateurfunksatelliten..  auch hier benutzt man teilweise sehr kleine und einfache "Kommunikationsgeräte"...

Wie man sieht ist das Thema sehr vielfältig und EIN Kommunikationsgerät für Raumfahrtmissionen gibt es pauschal nicht...

Ich glaube ich habe jetzt genug Stichworte gegeben,  WIKIPEDIA und GOOGLE helfen da sicher weiter..

Gruß
Phobos

Grundsätzlich gibt es zwei Verfahren. Erstens normalen Funk, zweitens Laserkommunikation. Laserkommunikation ist (entgegen der landläufigen Meinung) ziemlich Wetterunabhängig, da Infrarotlasre zum einsatz kommen, die auch Wolken durchdringen. Allerdings erfordern die eine genaue Ausrichtung zur Bodenstation, was ins besondere für LEO Satellliten schlecht ist.
Standardlösung ist deshalb immer noch die klassische Funkverbindung.
Unetrscheiden tut man hier stark zwischen der Telemetrie/Telekommando (also die Kontrolle des Satelliten) und den Nutzlastdaten. Dür TM/TC benutz man niedrige Frequenzen um mit möglichst geringem Aufwand quasi omnidirektional (also in alle Richtungen) Kontakt zu haben. Nutzlastdaten werden in der regel gerichtet und mit sehr hoher Bandbreite übertragen.
TM/TC ist im so genannten CCSDS Standrad definiert und geht häufig nur mit 4 kBit/sec im UHF, VHF und S-band (70cm, 2 m, und 2GHz). Nutzalstdaten werden meist im S-Band (2 Ghz, ca. 2 MBit/sec), X-Band (ca. 6 GHz, bis 400 Mbit/sec), Ku-Band (bis 20 GHz) und Ka Band (bis 60 GHz, bis 1.2 GBit/sec) übertragen. Je höher die Frequenz um so höher die Bndbreite und damit die max. übertragene Datenmenge, aber um so größere Antennen.
Für interplanetare Missionen benutz man möglichst tiefe Frequenzen und geringe Datenraten um überhaupt noch was zu empfangen.

Hersteller für die Geräte sind unter anderem: L3/Telecomminication West (USA), Alcatel (F), STT und Tesat (D).

Laserübertargung wird hauptsächlich zwischen Satelliten gemacht. Hier liegen die Datenraten im GBit Bereich. hersteller von LCT's (Laser Communication Terminal) ist in D die TESAT in Backnang.

Was die genauen Frequenzen betrifft, kannst Du diech auf den Seiten der ITU erkundigen. Bei denen muss jeder seine Frequenz beantragen (Außer die Amateurfunker).
 http://life.itu.int/radioclub/rr/frr.htm
http://www.itu.int/pub/R-REG-RR-2008

Ersteinmal ein großes Danke! Vor allem an die letzten beiden Poster.

@Topic
Wieso lassen höhere Frequenzen die Empfangsstärke sinken?
Ist eine höhere Frequenz nicht Signal-verstärkend?

MfG
echoscream

Höhere Frequenzen bedeuten in der Regel höhere Bandbreiten. Und die Bandbreite ist Ausschlaggebend für die Störungen, die so genannte Noise (Rauschen). Rauschen = f(k*Bandbreite*Rauschtemperatur). Damit ist Signalstärke zu Rauschen schwächer als bei niedriger Bandbreite. fazit: Man braucht größere Antenne um ein klares Signal zu haben!
Des weiteren sind die Wirkungsgrade von Sendern um so schlechter je höher die Frequenz. Beispiel: S-Band Sender 5W rein, 1 W RF raus. Ka Band: 30 Watt rein 1 Watt raus.

Ah verstehe!
Und um ein möglichst starkes Signal senden zu können (z.B. zum Mars), mit möglichst wenig Datenverlust und Zeitverzögerung (11 Minuten Minimum,
falls ich mich richtig entsinne), benötigt man was? edit: Eine möglichst große Antenne, die über eine möglichst niedrige Frequenz sendet?

MfG
echoscream

Ah verstehe!
Und um ein möglichst starkes Signal senden zu können (z.B. zum Mars), mit möglichst wenig Datenverlust und Zeitverzögerung (11 Minuten Minimum,
falls ich mich richtig entsinne), benötigt man was? edit: Eine möglichst große Antenne, die über eine möglichst niedrige Frequenz sendet?

Durch die Atmosphäre der Erde und die des Mars kommt aber eben nur UHF und höher durch...

Also so niedrig wie möglich, aber mindestens das niedrigste UHF. Korrekt?

Zitat

Ah verstehe!
Und um ein möglichst starkes Signal senden zu können (z.B. zum Mars), mit möglichst wenig Datenverlust und Zeitverzögerung (11 Minuten Minimum,
falls ich mich richtig entsinne), benötigt man was? edit: Eine möglichst große Antenne, die über eine möglichst niedrige Frequenz sendet?

Durch die Atmosphäre der Erde und die des Mars kommt aber eben nur UHF und höher durch...

Also so niedrig wie möglich, aber mindestens das niedrigste UHF. Korrekt?

Wie widersprüchlich  ! Aber das hat mich auch verwirrt. Denn eine "Ultra hohe Frequenz" ist ja bestimmt nicht niedrig.

UHF ist sogar ziemlich niedrig. Sind so Wellen im 70 cm Band, also 400 MHz. Gegenüber den GHz des S-band und Höher, siehe http://en.wikipedia.org/wiki/Radio_spectrum

Um möglichst weit zu kommen braucht man also: 1. Große Richtantenne (=enger Strahl und gebündelte Übertragung), 2. Niedrige Datenrate (=niedrige Bandbreite=geringes Rauschen) 3. Hohe Sendeleistung 4. relativ niedrige Frequenz

Und an der Empfangsseite: Große Antenne, Guter Vorverstärker, Gute Filter (die die Dopplershift beachten, sonst hat man ein "Cassini"-Problem

im Rahmen einer Facharbeit muss ich wissen, welche Geräte man heutzutage in der Raumfahrt verwendet (wenn z.B. von der Erde ein Signal verschickt wird).
Desweiteren wäre es hilfreich wenn Sie mir einige Daten zu diesen Geräten geben könnten (genauer Name des Geräts, Signalstärke, Reichweite, Geschwindigkeit des
Signalversandts, usw.).

im folgenden Pdf ist auf der zweiten Seite eine Übersicht über die nachrichtentechnische Nutzlast von Satelliten.
http://www.tesat.de/images/stories/PDF/tesat_facts_products_and_services.pdf

IdR haben Kommunikationssatelliten keinen regenerativen Teil, also kein Demod, OBP, Mod.

Ein zentrales Gerät ist die TWTA (Traveling Wavetube Amplifier), also der Verstärker der das Nutzsignal wieder Richtung Erde sendet.
TWTA haben üblicherweise 90-150W,  alternativ können Solid State Power Amplifier zum Einsatz kommen, die allerdings noch nicht auf die Leistung der TWTA kommen und deshalb dort eingesetzt werden, wo weniger Leistung benötigt wird (eher LEO selten GEO).
Die Leistung ist für den Nutzer auf der Erde interessant,  weil die nötige Schüsselgrösse zum Empfang und das abgedeckte Gebiet davon abhängen.

Geschwindigkeit des Signalversands ist blöd formuliert. Die Daten haben eine Datenrate (z.B. 150 Mb/s) und eine Laufzeit. Laufzeit ist nur abhängig von der Entfernung, die Signale sind in erster Näherung so schnell wie das Licht.
Die effektive Datenrate schwankt über viele Parameter, einer davon ist das Wetter (also die Signaldämpfung).

Reichweite ist auch blöde. DIe Reichweite der Signale ist nahezu unendlich, nur wächst der Aufwand der Empfanges mit der Entfernung.
Unter Vernachlässigung von Antenneausrichtung etc, merkt man das daran, dass du in Deutschland mit kleinere Schüssel Fernsehen über Astra empfangen kannst, als z.B. auf Mallorca.

Für interplanetare Missionen benutz man möglichst tiefe Frequenzen und geringe Datenraten um überhaupt noch was zu empfangen.

Das stimmt so nicht...

Hohe Frequenzen haben erstmal garnichts mit hohen Bandbreiten zutun.  Höchstens, dass man dort bei Bedarf größere Bandbreiten verwenden kann..  aber man muss ja nicht..

Praktisch alle interplanetare Missionen arbeiten im X-Band (8.4 GHz), z.B. VOYAGER.
Vorteil:  Sehr hoher Antennengewinn trotz mechanisch relativ kleiner Parabolantennen.
Dieser Vorteil macht den möglichen Nachteil von schlechteren Wirkungsgraden beim Sender mehr als wett...

UHF ist sogar ziemlich niedrig. Sind so Wellen im 70 cm Band, also 400 MHz. Gegenüber den GHz des S-band und Höher, siehe http://en.wikipedia.org/wiki/Radio_spectrum

Um möglichst weit zu kommen braucht man also: 1. Große Richtantenne (=enger Strahl und gebündelte Übertragung), 2. Niedrige Datenrate (=niedrige Bandbreite=geringes Rauschen) 3. Hohe Sendeleistung 4. relativ niedrige Frequenz

Und an der Empfangsseite: Große Antenne, Guter Vorverstärker, Gute Filter (die die Dopplershift beachten, sonst hat man ein "Cassini"-Problem

In welcher Einheit wird die Sendeleistung angeben?
Und was wäre eine ausreichend "hohe Sendeleistung" (Beispiel Mars)?

Cheers,
echoscream

Leistung ist immer in Watt , u.U. mit einem Größenordnungspräfix versehen: Kilo-, Mega-, milli-, ...

Macht man da keinen Unterschied, zwischen Sendeleistung und Leistung an sich?
Was ist mit meiner zweiten Frage: Und was wäre eine ausreichend "hohe Sendeleistung" (Beispiel Mars)?

Cheers

Leistung ist eine physikalische Größe, unabhängig von der technischen Anwendung.

MRO hat bspw. 100W- und 35W-Verstärker für X-Band und Ka-Band an Bord.

Wieviel hat denn im Vergleich dazu ein herkömmliches Polizeifunkgerät (o.Ä.)?

Hallo,

die tragbaren Funkgeräte senden mit 0,5 -2 W.
Bei Fahrzeuggeräten wird mit 1,2 und 5 W gearbeitet.
Reichweite der Funkgeräte hängt stark von der Umgebung ab.
Handgeräte ausserhalb beautem Gebiet können bis zu 5 km Fahrzeuggeräte bis zu 15 km
überbrücken.

Handgeräte ausserhalb beautem Gebiet können bis zu 5 km Fahrzeuggeräte bis zu 15 km
überbrücken.

Wenn sie so weit reichen, und eine geeignete Frequenz haben, dann haben sie ja schon fast den größten Teil der Atmosphäre hinter sich...

Zitat

Handgeräte ausserhalb beautem Gebiet können bis zu 5 km Fahrzeuggeräte bis zu 15 km
überbrücken.

Wenn sie so weit reichen, und eine geeignete Frequenz haben, dann haben sie ja schon fast den größten Teil der Atmosphäre hinter sich...

Sie reichen sogar bis in den Weltraum, wenn freie Sicht besteht.... wie die Funkamateure z.B. mit einigen Amateurfunksatelliten beweisen ...

Am Boden ist die Reichweite wesentlich durch Gebäude und Gebirge eingeschränkt und natürlich auch durch die Erdkrümmung.

Ausserdem arbeiten Handfunkgeräte mit Rundstrahlantennen.
Bei gerichteten Antennen würde es auch bis zum Mond reichen..  z.B. wenn man das Handfunkgerät an den 20m-Spiegel in Bochum anschließt..   ;-)

Handfunkgeräte arbeiten üblicherweise im VHF und UHF Bereich.