Interstellare Kommunikation

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Interstellare Kommunikation
« am: 18. April 2014, 13:25:26 »
Wenn es denn mal dazu kommt, daß wir interstellare Raumfahrt betreiben, höchstwahrscheinlich für eine lange Zeit nur mit unbemannten Raumsonden, dann müssen wir auch mit diesen kommunizieren. Forschung ohne Datenauswertung wäre eher sinnfrei.  ;)

Dieser Thread ist für die Vorstellung und Diskussion möglicher interstellarer Kommunikationssysteme gedacht. Da wären z.B. Funk, Laser, oder, wie in einem anderen Thread aufgekommen, Röntgenlaser. Ich kopiere das gleich mal hierher.
„Die Erde ist die Wiege der Menschheit, aber der Mensch kann nicht ewig in der Wiege bleiben. Das Sonnensystem wird unser Kindergarten.“ K. E. Ziolkowski

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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #1 am: 18. April 2014, 13:27:36 »
Aber nie und nimmer bemannt. :(

Nein, derart lange würde niemand unterwegs sein wollen. Ich wäre aber schon extrem glücklich über Raumsonden, die in überschaubarem Zeitrahmen (also innerhalb weniger Jahrzehnte) benachbarte Sonnensysteme erreichen und erforschen können.

D.h. also , genug Energie zu haben, um "dort" von der notwendigerweise hohen Geschwindigkeit wieder runterzukommen auf eine, wo man was messen/erfassen kann. Dann (weil es vermutlich einfacher ist, die Sonde dort lassen) mit geradezu ungeheurer Energie die Daten an uns zu senden. Denn eine 0,001° Bündelung mit Zielerfassung brauch mir keiner aufschwatzen. Da muß man wohl mit ca 2° und etwas ausgebuffter Technik zufrieden sein. Und nebenbei muß bei so einer Reise wohl alles doppelt und dreifach vorhanden sein.

Wie schwer mag so ein Dingens wohl werden?

Also "Ich wäre aber schon extrem glücklich" triffts :)
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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #2 am: 18. April 2014, 13:28:01 »
Mit gepulsten Hochleitungslasern wird das schon gehen, aber nur dann wenn der Winkelabstand zur Sonne groß genug ist.
Weiterhin muss die Optik groß genug sein und der Laser eine günstige Wellenlänge haben.
Ist natürlich klar, das beide Partner genug Winkelabstand von der Sonne benötigen und
bitte die Sichtlinien so gewählt sind, das hinter dem Transponder nicht gerade ein heller Stern im Blickfeld ist.

OK, ganz einfach ist das sicher nicht, ich halte es aber machbar.
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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #3 am: 18. April 2014, 13:28:35 »
Mit gepulsten Hochleitungslasern wird das schon gehen, aber nur dann wenn der Winkelabstand zur Sonne groß genug ist.

Wie wärs mit einem Röntgenlaser?
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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #4 am: 18. April 2014, 13:29:12 »
Meinst du vielleicht den Freie-Elektronen-Laser, der streng genommen kein echter Laser ist?

Immerhin braucht dieser Laser keine Kernwaffe als Energiequelle, wie das damals bei SDI angedacht gewesen war.
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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #5 am: 18. April 2014, 13:30:12 »
Zitat aus Wikipedia:

Zitat
Die Elektronen in einem FEL besitzen wie oben beschrieben in der Regel relativistische Geschwindigkeiten. Zudem muss der Elektronenstrahl eine sehr gute Qualität besitzen (siehe Emittanz), was bedeutet, dass die Elektronen in dem beschleunigten Teilchenpaket möglichst die gleiche Geschwindigkeit besitzen. Solch einen Elektronenstrahl zu erzeugen ist äußerst komplex. Dies macht den Freie-Elektronen-Laser zu einer aufwändigen und teuren Anlage, die meistens in eine vorhandene Großforschungsanlage (wie beispielsweise das DESY in Hamburg) integriert wird. Im DESY z. B. sind mehrere Beschleuniger nötig, um letztendlich einen Elektronenstrahl von 1,2 GeV Energie zu erhalten.

Also, wenn man das nicht ganz gewaltig miniaturisiert bekommt, ist so etwas als Teil eines Raumschiffsantriebs pure Science Fiction.
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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #6 am: 18. April 2014, 13:30:41 »
..Und SF ist ja bekanntlich nicht Thema unseres Forums....

Auch von Wikipedia:

Zitat
FEL-Technologie wurde von der US Navy als Kandidat zur Flugabwehr evaluiert. Bedeutende Fortschritte konnten bei der Anhebung der Leistung erzielt werden (der FEL der Thomas Jefferson National Accelerator Facility konnte über 14 kW Leistung demonstrieren) und es erscheint nun auch möglich, kompakte Multi-Megawatt-FEL-Waffen zu bauen. Am 9. Juni 2009 erklärte das Office of Naval Research den Abschluss eines Vertrages mit Raytheon über den Bau eines experimentellen 100 kW-FEL. Am 18. März 2010 erklärte Boeing Directed Energy Systems die Fertigstellung eines speziellen Designs für den maritimen Einsatz. Die Vorstellung eines vollständigen Prototyps ist für das Jahr 2018 terminiert.

Man will das also in wenigen Jahren militärisch einsetzen, auf Schiffen. Gewaltige Miniaturisierung setze ich da voraus, und das System anbetracht dessen als SF zu bezeichnen ist schon anmaßend.
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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #7 am: 18. April 2014, 13:32:35 »
So, das waren die zugehörigen Beiträge aus der Diskussion über Quantum-Vacuum-Plasma-Thruster. Ich denke, es sind noch mehr woanders zu finden, z.B. im Themenbereich Interstellare Raumfahrt.
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McFire

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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #8 am: 18. April 2014, 13:49:01 »
Das Problem ist ja - die Strahlbündelung ist umgekehrt proportional der nötigen Energie aber proportional zur Anforderung an die Zielgenaugkeit. Hier setzen alle Berechnungen an.

Strahlbündelung : Wie groß kann/muß die mitgeschleppte Antenne sein oder wie schwer die Apparatur bei XYZ-Lasern

Zielgenauigkeit : Nicht nur das Treffen, sondern auch das Mitführen des Strahls über eine angemessene Zeit. Die beliebten SF Rafferimpulse können nicht so viel übertragen. Und das Ziel muß man beim nächsten eh wiederfinden.

Störeinflüsse : Wissen wir schon alles über die auf dem jeweiligen Weg liegenden Raumkrümmungen bzw. Körper mit Schwerefeldern. Und über die unterschiedlichen Krümmungsraten bei unterschiedlichen Informationsfrequenzen?

Energie : Ach da bin ich mal ganz hoffnungsfroh  ;D

Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #9 am: 18. April 2014, 14:31:50 »
Ja, die Strahlbündelung und Zielgenauigkeit muß schon enorm sein.

Störeinflüsse müssen soweit wie nur irgendwie möglich minimiert werden. Daher auch die Idee mit dem Röntgenlaser, denn ein optischer Empfänger kann nur schwer auf eine vergleichsweise schwache Laserlichtquelle nahe an einem alles überstrahlenden Stern ausgerichtet werden.

Die Energieversorgung sehe ich weniger als Problem. Ein Antrieb, der eine Sonde über interstellare Entfernungen bewegen kann, wird sicherlich ohnehin eine sehr starke Energiequelle voraussetzen.
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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #10 am: 18. April 2014, 15:40:01 »
Auf zukünftige Verkleinerungsmöglichkeiten heute sehr massereicher Techologie kann man natürlich immer setzen.
Abr weshalb immer den (aktuell) technologisch komplexesten Weg wählen?
Wie wäre es damit am Zielort einfach eine parabolische Kommunikationsantenne mit sehr dünnen Wandstärken im Mikrometerbereich ähnlich der Spiderfab-Technik aufzubauen? Der Massezuwachs für eine Sonde wäre sicherlich weitaus geringer, sie kann sehr kompakt gestartet werden und der technologische Aufwand und somit die Fehleranfälligkeit des Kommunikationssystems im Betrieb wäre ebenfalls geringer.
Darauf wüde ich schon aus Gewichtsgründen sehr viel eher setzen, zumal die Technologie im Erdorbit ja ausgiebig erprobt werden kann.
Mit einer ausreichenden Größe könnte man jedenfalls sicherlich sehr viel einfacher mittels herkömmlicher Radiosignale kommunizieren.



Auch könnte man zusätzlich eine einfachere Sonde nur mit Spiderfab als Nutzlast zwischen der späteren Tiefenraumsonde und der Erde platzieren. Sozusagen als Signalverstärker.
Douglas Adams: "In an infinite universe, the one thing sentient life cannot afford to have is a sense of proportion."

Jens

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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #11 am: 18. April 2014, 16:23:47 »
Hallo Major Tom,

ich bin hier neu und freue mich auf eine Diskussion.

Zu dem Thema habe ich einige Verständnisfragen:
In welcher Distanz bzw. Aktionsradius soll komuniziert werden?
Wie schnell ist bzw. soll die Sonde oder das Raumschiff sein?
Was ist die primäre Aufgabe der Sonde?

Gruß,
Jens

Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #12 am: 18. April 2014, 16:35:55 »
Auf zukünftige Verkleinerungsmöglichkeiten heute sehr massereicher Techologie kann man natürlich immer setzen.
Abr weshalb immer den (aktuell) technologisch komplexesten Weg wählen?
Wie wäre es damit am Zielort einfach eine parabolische Kommunikationsantenne mit sehr dünnen Wandstärken im Mikrometerbereich ähnlich der Spiderfab-Technik aufzubauen?

Sehr interessanter Ansatz. So eine Gigantantenne wäre natürlich für eine etwaige Radiokommunikation ungeheuer nützlich.
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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #13 am: 18. April 2014, 17:00:29 »
Hallo Major Tom,

ich bin hier neu und freue mich auf eine Diskussion.

Na dann willkommen im Forum.  :)

Zitat
Zu dem Thema habe ich einige Verständnisfragen:
In welcher Distanz bzw. Aktionsradius soll komuniziert werden?
Wie schnell ist bzw. soll die Sonde oder das Raumschiff sein?
Was ist die primäre Aufgabe der Sonde?

Die Distanz dürfte selbst langfristig eher gering sein, also die benachbarten Sterne. Innerhalb von 10LJ sind immerhin ein Dutzend vorhanden. Bis dahin ist es aber noch ein sehr weiter Weg, den der weiter oben erwähnte Quantum-Vacuum-Plasma-Thruster vielleicht möglich machen könnte. Das ist jetzt natürlich reine Spekulation.

Innerhalb von 20LJ gäbe es schon etwa 150 Sterne, aber die technischen Mittel für die Überwindung solcher Entfernungen werden wir wohl wenn überhaupt erst in ferner Zukunft entwickeln.

Für Antriebe gibt es aber einen eigenen Bereich, das soll hier nicht das Thema sein. Innerhalb weniger Jahrzehnte sollte der Flug aber bewältigt sein, sonst wird hier vielleicht noch vor der Ankunft die Existenz der Sonde vergessen.  :)

Primäre Aufgabe wäre natürlich die Forschung, das Sammeln von Daten aller Art. Wenn man eine solch kolossale Mission tatsächlich einmal angeht, wird man sicher soviel wie nur irgendwie möglich erfassen wollen. Anbetracht des wohl massiven Antriebs-, Kommunikations- und Energieversorgungssegments dürften wissenschaftliche Instrumente eher Fliegengewichte sein.
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Offline Daracha

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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #14 am: 21. April 2014, 13:50:17 »
Hallo!

Vor einiger Zeit habe ich mal einen Artikel zum Thema Quantenverschränkung gelesen gehabt. Dabei ging es um die Übertragung von Informationen über den Spinzustand von Photonen, welche mit einander verschränkt waren. Die Information wurde dabei über weite Distanzen ohne Übertragung eines direkten Signals durchgeführt. Die Spinzustände der Photonen haben sich zeitgleich trotz Distanz geändert gehabt.

Wäre dies nicht ein System, dass ohne Antennen und Signalnachführungstechnik auskommen könnte? Es muss noch viel daran geforscht werden, aber keine Signalschwächung und Übertragung ohne Zeitverlust klingt doch einfach zu gut, oder?

Leider verstehe ich zu wenig davon ...

Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #15 am: 21. April 2014, 15:21:46 »
Daran habe ich auch schon gedacht, ich glaube aber, daß wir von der praktischen Anwendung noch sehr weit entfernt sind, falls wir es denn je hinbekommen. So ein System wäre natürlich abgesehen von der wohl sehr geringen Datenrate schon nahe am Optimum.
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Führerschein

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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #16 am: 21. April 2014, 15:36:01 »
Daran habe ich auch schon gedacht, ich glaube aber, daß wir von der praktischen Anwendung noch sehr weit entfernt sind, falls wir es denn je hinbekommen. So ein System wäre natürlich abgesehen von der wohl sehr geringen Datenrate schon nahe am Optimum.

Ich habe davon ja wirklich keine Ahnung. Aber wie erhält oder etabliert man Quantenverschränkung über solche Distanzen?

Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #17 am: 21. April 2014, 16:43:59 »
Ich habe davon ja wirklich keine Ahnung. Aber wie erhält oder etabliert man Quantenverschränkung über solche Distanzen?

Die Verschränkung bleibt wohl ganz von selber bestehen. Wie es bei solchen Distanzen sein wird, ist aber reine Spekulation. Ebenso die Zeitdauer der Verschränkung, die ja bei solchen Anwendungen mindestens einige Jahrzehnte erhalten bleiben müsste.
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Immenburg

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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #18 am: 21. April 2014, 16:49:37 »
Ich habe davon ja wirklich keine Ahnung. Aber wie erhält oder etabliert man Quantenverschränkung über solche Distanzen?

Gar nicht. Ich hab zwar auch nicht mehr Ahnung, aber so viel ich weiß, müssen die Verschränken Teilchen zuerst einmal zusammen sein, um verschränkt werden zu können. Wollte man die Teilchen dann nutzen, um Informationen z.b. nach Sirius zu übertragen, müsste man diese auch erst mal dorthin transportieren, was wiederum mit maximal Lichtgeschwindigkeit funktioniert.
Gewonnen hat man dabei also nichts. Auch mit Verschränkungen kann man Informationen nicht schneller als mit c übertragen.

Jens

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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #19 am: 21. April 2014, 16:50:29 »
Hallo,

ich stelle mir eine große Antenne für die Kommunikation unpraktisch vor.
Ich würde einer Gravitationswelle eine Nachricht aufmodulieren.

Gruß,
Jens

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Offline Rücksturz

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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #20 am: 21. April 2014, 17:15:16 »
Zitat von Immenburg:
Zitat
    Ich habe davon ja wirklich keine Ahnung. Aber wie erhält oder etabliert man Quantenverschränkung über solche Distanzen?
Gar nicht. Ich hab zwar auch nicht mehr Ahnung, aber so viel ich weiß, müssen die Verschränken Teilchen zuerst einmal zusammen sein, um verschränkt werden zu können. Wollte man die Teilchen dann nutzen, um Informationen z.b. nach Sirius zu übertragen, müsste man diese auch erst mal dorthin transportieren, was wiederum mit maximal Lichtgeschwindigkeit funktioniert.
Gewonnen hat man dabei also nichts. Auch mit Verschränkungen kann man Informationen nicht schneller als mit c übertragen.
Im Prinzip richtig, aber wenn man mit einer Sonde kommunizieren wollte, die man mit endlicher Geschwindigkeit kleiner c losgeschickt hat, könnte es schon gehen.
Man müsste eine ausreichende Anzahl verschränkter Quanten vor dem Start trennen und die eine Hälfte der Sonde mitgeben und die andere bleibt hier.
Dann muss man "nur noch" einen Algorithmus implementieren, mit dem man möglichst effektiv durch Zerstörung(?) der Verschränkung auch Informationen übertragen kann und das in beide Richtungen.
Hat die Sonde nach einigen 1.000 Jahren ihr Ziel erreicht wäre damit eine Kommunikation in Echtzeit (ohne Zeitverlust) denkbar.
Zumindest scheint die Physik dem nicht zu widersprechen.
Ein gravierendes Problem bleibt, egal wieviele hälftige verschränkte Quanten man mitgiebt und selbst wenn man die Verschränkung so lange über diese Distanz aufrechterhalten kann, irgendwann verbrauchen sich diese mit der Kommunikation.
Also immer ausreichend Quanten tanken, vor dem Abflug!  :D

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Offline Rücksturz

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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #21 am: 21. April 2014, 17:22:03 »
Zitat von Jens:
Zitat
ich stelle mir eine große Antenne für die Kommunikation unpraktisch vor.
Ich würde einer Gravitationswelle eine Nachricht aufmodulieren.

Ist es nicht so, dass sich Gravitationswellen auch mit maximal c ausbreiten?  :o

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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #22 am: 21. April 2014, 17:23:00 »
ich stelle mir eine große Antenne für die Kommunikation unpraktisch vor.
Ich würde einer Gravitationswelle eine Nachricht aufmodulieren.

Ich bezweifle, daß wir in absehbarer Zeit Gravitationswellen erzeugen können, von Modulation ganz zu schweigen.
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Immenburg

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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #23 am: 21. April 2014, 17:33:56 »

Ist es nicht so, dass sich Gravitationswellen auch mit maximal c ausbreiten?  :o

LG Rücksturz

Klar doch. Auch Gravitationskräfte bewegen sich mit maximal c voran.

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Offline KSC

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Re: Interstellare Kommunikation
« Antwort #24 am: 21. April 2014, 17:41:18 »
Ich bin doch einigermaßen erschüttert was für ein Unfug hier geschrieben wird.
Zu den Gravitationswellen sage ich mal lieber gar nichts….

Zumindest scheint die Physik dem nicht zu widersprechen.
Selbstverständlich tut sie das!
Mit Quantenverschränkung kann man zwar Zustände, alleine mit Quantenverschränkung aber keine Informationen übertragen.

Gruß,
KSC