Planetenerforschung: Konzepte und zukünftige Missionen

Bedeutet das jetzt, dass die Tschuri Mission aus den Anden (CONDOR) ins alte Rom (CAESAR) verlegt wurde, aber der Inhalt dem Post

Zitat von: stillesWasser am 20. Dezember 2017, 09:57:40

Da sind wirklich einige interessante Vorschläge dabei!
Meine Favoriten:
CONDOR: Ein Follow-On Mission zu Tschuri wäre echt klasse, vor allem so kurz danach. Man könnte die Veränderungen nach ca. 3 Umläufen beobachten, mit viel Glück sogar das Auseinanderbrechen der beiden Teile. Außerdem würde ich mich über weitere Fotos von Philae freuen, falls er während den nächsten Durchgängen nicht weggepustet wird. Landespuren von Rosetta wird man dann wohl leider auch nicht mehr sehen können.
Andererseits dürfte der Mehrwert aus dem Sample-Return nicht allzu groß sein, da Rosetta ja ziemlich tiefgehend den Staub untersuchen konnte.

entspricht?

Würde ich so sehen. Auf der NASA Seite steht nur, dass es sich um eine Sample Return Mission handelt.

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-invests-in-concept-development-for-missions-to-comet-saturn-moon-titan

Ist aber eh egal, weil DRAGONFLY gewinnt 

Klasse, das beide Missionen zu meinen Favoriten gehören! Bin mal gespannt, welche es letztendlich wird.

Für die Leute, die seit 2000 versuchen, eine Sample-Return-Mission aus dem Aitken-Becken zu bekommen, muss das verdammt frustrierend sein, jedes Mal abgewiesen zu werden. Selbes dürfte auch für die Venus Teams gelten...

Ich bin auch für Dragonfly. Nicht schon wieder eine Kometenmission... und dann auch noch zum Rosetta-Kometen...

Mir persoenlich waere Dragonfly auch lieber, aber ich fuerchte es wird Caesar werden, weil das Risiko geringer ist und bei einer Mission die eine Milliarde kostet wird die NASA wahrscheinlich eher der Machbarkeit der Vorzug geben.

... es wird Caesar werden, weil das Risiko geringer ist und bei einer Mission die eine Milliarde kostet wird die NASA wahrscheinlich eher der Machbarkeit der Vorzug geben.

Außerdem geht es zu einem populären/sympathischen Ziel und es dauert nicht so elend lang wie bei Titan, bis "wir" da sind und die eigentliche Mission beginnt.

Allerdings ist Titan ebenfalls nicht gerade unpopulär. Dass gerade diese beiden Missionen die Favoriten sind, mutet ein bisschen an wie in der Filmindustrie: Der Trend geht zum Remake. Eigentlich schade. 

In beiden möglichen Fällen, wäre die NASA aber diesmal nicht die ersten, da auf beiden potentiellen Kandidaten die Europäer bereits gelandet sind.
(Ja, ich verbuche Philaes Mission dabei als -erfolgreiche- Landung  )

Aber Dragonfly wäre auch mein unbedingter Kandidat. Kaum ein Körper im Sonnensystem ist so spannend wie Titan.

Aus der gegebenen Vorauswahl waren Dragonfly und die Saturn-Probe meine Favoriten. Schön das es wenigstens eine dieser Missionen in die Endauswahl geschafft hat.

Hoffentlich gewinnt nicht CAESAR. Bitte nicht schon wieder eine Kometenmission. Davon hatten wir bereits genug. Es gibt im Sonnensystem so viel zu entdecken, mann muss nicht immer wieder zu Kometen und Asteroiden fliegen!

Ich bin auch für Dragonfly. Nicht schon wieder eine Kometenmission... und dann auch noch zum Rosetta-Kometen...

Wenn man eine Bodenprobe von einem aktiven Kometen entnehmen will, kann man nicht anders als einen bereits bekannten Kometen zu nehmen. Andernfalls hätte man das "Hayabusa-Problem" in extrem.

Hayabusa-Problem: Man schickt eine Sonde zur Entnahme von Bodenproben zu einem Objekt, dessen Form und Oberfläche man vorher nicht kennt. Folge hieraus: Man muss sich vor Ort sehr viel Zeit nehmen. Bei einem aktiven Kometen dürfte das Zeitfenster aber relativ gering sein, oder?

Ich gehe davon aus, dass es die Titan-Mission werden wird. Nach ESAs Rosetta, JAXAs Hayabusa 1 (und 2) und auch noch NASAs eigener OsirisRex-Mission wäre eine Kometen-SRM nicht sooo sinnvoll, denke ich. Wundert mich, dass sie überhaupt in der Auswahl gelandet ist. Ich hatte eher mit einer Mission zur Venus gerechnet.

Bei der Titan-Mission könnte die NASA neue Techniken demonstrieren und man hätte einen weit größeren wissenschaftlichen Mehrwert -- und damit am Ende auch mehr Prestige zu gewinnen.

Da bin ich mal gespannt und ich wäre auf jedenfall auch für den Titan.
Das einzige was mir nicht gefällt ist die extrem lange Anreise, aber vielleicht ist da noch was machbar mit neuen Trägern mit erheblich mehr Nutzlast. An der Stelle vielleicht sogar neu Glen mit dritter Oberstufe falls BO das früh genug hinbekommt. SLS wäre natürlich auch möglich, aber das sprengt vermutlich jeden Finanzrahmen.

Eine große Herausforderung bei der Dragonfly ist sicherlich auch die Datenübertragung... die Sonde soll keine Relaissonde bekommen muss also direkt zur Erde funken. Bei der Entfernung leichter gesagt als getan. Dragonfly müsste weitgehend autonom fliegen weil eine aktive Steuerung durch Zeitverzögerung und geringe Datenrate kaum möglich ist. Auch GPS zur Orientierung gibt es dort nicht.

Generell werden oder würden wir wohl nur wesentlich weniger Daten, insbesondere schöne Bilder, pro Zeiteinheit bekommen als wir das etwa von Marssonden gewohnt sind.

Eine große Herausforderung bei der Dragonfly ist sicherlich auch die Datenübertragung... die Sonde soll keine Relaissonde bekommen muss also direkt zur Erde funken. Bei der Entfernung leichter gesagt als getan. Dragonfly müsste weitgehend autonom fliegen weil eine aktive Steuerung durch Zeitverzögerung und geringe Datenrate kaum möglich ist. Auch GPS zur Orientierung gibt es dort nicht.

Generell werden oder würden wir wohl nur wesentlich weniger Daten, insbesondere schöne Bilder, pro Zeiteinheit bekommen als wir das etwa von Marssonden gewohnt sind.

Für die Kommunikation zwischen Station und Drohne auf dem Titan würde ich spontan ein LTE Netz vorschlagen. Die 4G Technologie ist schnell und leicht und hat sich (bis zum Start einer Titan Mission) schon auf dem Mond bewährt.

Für die Kommunikation zwischen Station und Drohne auf dem Titan würde ich spontan ein LTE Netz vorschlagen. Die 4G Technologie ist schnell und leicht und hat sich (bis zum Start einer Titan Mission) schon auf dem Mond bewährt.

Es soll allerdings auch keine Relais-Station auf dem Titan geben. Der Flyer hat seine eigene High-Gain Antenne dabei. Mobilfunk vom Titan zur Erde duerfte wohl eher nicht funktionieren.

Ja, der Quadrocopter soll direkt zur Erde funken... wenn man wesentlich mehr als 1kBit/s schafft wäre ich positiv überrascht.

Ich check eh nicht, wie das gehen soll. Normalerweise richtet man die Antenne - soweit ich weiß - vornehmlich nach Sensoren aus, die letztlich Karten des Sternhimmels darstellen. Man muss die Erda ja auch ziemlich genau "treffen". Wenn ich nun einen beweglichen Sender in der Titanatmosphäre habe, ist es für mich nicht klar, wie der die Ausrichtung seiner Antenne hinbekommen möchte 

Ich check eh nicht, wie das gehen soll. Normalerweise richtet man die Antenne - soweit ich weiß - vornehmlich nach Sensoren aus, die letztlich Karten des Sternhimmels darstellen. Man muss die Erda ja auch ziemlich genau "treffen". Wenn ich nun einen beweglichen Sender in der Titanatmosphäre habe, ist es für mich nicht klar, wie der die Ausrichtung seiner Antenne hinbekommen möchte 

Es besteht kein Grund warum man gerade waehrend des Fluges Daten uebertragen sollte. Es macht viel mehr Sinn vor einem Flug Kommandos zur Sonde zu schicken und dann nach der Landung die entsprechenden Telemetriedaten auszulesen. Dann macht man seine wissenschaftlichen Beobachtungen an der Landestelle, uebertraegt die Daten und schickt die Kommandos fuer den naechsten Flug.

Mit Karten des Himmels arbeitet man bei Antennen nicht, dann koennte man die Antennen Nachts ausrichten und bei klarem Himmel (funktioniert auf dem Titan also nie), ausserdem brauch man so unnoetig Rechenleistung und zusaetzliche Kameras die man auf den Himmel ausrichten kann. Nein, das macht man einfach mit Vorausberechnung der Position der Erde am Himmel und uebertraegt dann die Azimuth- und Elevationswinkel an die Sonde.

Das man nicht im Flug sendet ist logisch. Die Sache mit den Sternsensoren bezog sich auf Raumsonden, da ist mir klar, wie es geht.

Die "einfache Vorausberechnung" halte ich nicht für so einfach. Denn ich muss genau wissen, wo ich bin und welche Orientierung im Raum ich habe um das machen zu können. Jede IMU baut über die Zeit Fehler auf, die man normalerweise mit Zusatzinformationen kompensiert, aber was nimmt man da her? Ein eigenes Magnetfeld hat Titan nicht (oder?), zudem müsste das sehr genau vermessen sein. Der Gravitationsvektor hilft mir nur um eine Achse. Letztlich fällt mit wirklich nur eine IMU ein, aber wie halte ich die bei ständiger Bewegung über Tage und Wochen so genau, dass ich die Raumorientierung auf weniger als Grad genau bestimmen kann?

Das Problem ist schon für die Mars-Rover gelöst worden: diese (zB Curiosity) können nicht nur ihre Daten an die periodisch überfliegenden Mars-Orbiter übertragen (im UHF-Band), sondern -mit geringerer Datenrate- auch direkt zur Erde, im X-Band und mit einer präzise ausrichtbaren HGAntenne.
(Einzelheiten dazu zB unter: https://de.wikipedia.org/wiki/Mars_Science_Laboratory#Kommunikation).
Dazu muss man kennen: den Ort des Rovers (oder Quadrokopters) auf dem Planeten, die lokale Zeit dort (wann ist die Erde über dem Horizont) sowie die aktuellen Positionen von Erde und Planet auf ihren Umlaufbahnen. Daraus lässt sich der zeitliche Verlauf von  Elevation und Azimut für das Pointing der HGA geometrisch berechnen

Die "einfache Vorausberechnung" halte ich nicht für so einfach. Denn ich muss genau wissen, wo ich bin und welche Orientierung im Raum ich habe um das machen zu können. Jede IMU baut über die Zeit Fehler auf, die man normalerweise mit Zusatzinformationen kompensiert, aber was nimmt man da her? Ein eigenes Magnetfeld hat Titan nicht (oder?), zudem müsste das sehr genau vermessen sein. Der Gravitationsvektor hilft mir nur um eine Achse. Letztlich fällt mit wirklich nur eine IMU ein, aber wie halte ich die bei ständiger Bewegung über Tage und Wochen so genau, dass ich die Raumorientierung auf weniger als Grad genau bestimmen kann?

Wie MaxBlank schon geschrieben hat. Man weiss wo der Titan relative zur Erde steht und man weiss welche Tageszeit man auf dem Titan hat (sprich welche Seite des Mondes gerade Richtung Erde zeigt). Die Position der Sonde auf der Oberflaeche macht dann ueber diese Distanzen kaum mehr was aus so lange man generell in die richtige Richtung sendet.

Als Beispiel: Ich kann ja auch hier auf der Erde die genaue Position des Titan am Himmel berechnen und dazu muss ich nur in etwa meine Geolokation kennen. Ein paar Kilometer mehr oder weniger aendern da nichts am Ergebnis.

Wie MaxBlank schon geschrieben hat. Man weiss wo der Titan relative zur Erde steht und man weiss welche Tageszeit man auf dem Titan hat (sprich welche Seite des Mondes gerade Richtung Erde zeigt). Die Position der Sonde auf der Oberflaeche macht dann ueber diese Distanzen kaum mehr was aus so lange man generell in die richtige Richtung sendet.

Als Beispiel: Ich kann ja auch hier auf der Erde die genaue Position des Titan am Himmel berechnen und dazu muss ich nur in etwa meine Geolokation kennen. Ein paar Kilometer mehr oder weniger aendern da nichts am Ergebnis.

Tja ... scheinbar ist das Problem schon gelöst worden. Ich staune trotzdem und kapier's immer noch nicht   

Denn die Position reicht mMn nach nicht aus, die wird ja auch gar nicht genau benötigt. Aber ich muss ja auch meine Raumorientierung wissen. Wenn ich die "Spitze" des soeben gelandeten Quadcopter als 0 Grad interpretiere, auf welchen Winkel muss ich dann die Antenne drehen? 
Auf der Erde kann ich jederzeit feststellen, welche Richtung 19,3 Grad Ost ist, reicht ein Kompass.  Deshalb kann man die Position von Satelliten ja in Grad Ost / West und Elevation angeben. Aber am Titan... ?

Eine IMU brauchst du m.E. nur bei einem Raum- und vielleicht noch einem Luftfahrzeug. Ein Bodenfahrzeug auf einem Himmelskörper, dessen Eigenbewegung und -orientierung hinreichend genau bekannt ist, "weiß" die Stelle seiner Heimatbasis anscheinend auch so genau genug. Selbst wenn das Fahrzeug z.B. gerade an einem Hang steht, kann es dies mit einem Neigungssensor auch noch einrechnen. Es muss nur genau genug wissen, wo es auf dem Himmelskörper wie herum steht und wie spät es gerade ist. 

Müsste das nicht selbst bei einem Luftfahrzeug noch funktionieren, so lange es nur nah genug am Boden ist (um andere gravitative Einflüsse vernachlässigen zu können)?

Mehr als die Senderichtung macht mir allerdings die dicke Atmosphäre von Titan Sorgen. "Bremst" die nicht auch ganz schön?? Muss man sich also Dragonfly mit einer metergroßen Schüssel a la Cassini vorstellen? Oder alternativ mit einem metergroßen RTG?

Selbst wenn das Fahrzeug z.B. gerade an einem Hang steht, kann es dies mit einem Neigungssensor auch noch einrechnen. Es muss nur genau genug wissen, wo es auf dem Himmelskörper wie herum steht und wie spät es gerade ist. 

Aber genau das "wie herum" ist ja das Problem. Auf der Erde kann man einen Kompass verwenden und halbwegs genau (in manchen Gegenden auch nur mit gehöriger Missweisung, die man einrechnen muss) die Ausrichtung bestimmen, aber ohne Magnetfeld...?

Mehr als die Senderichtung macht mir allerdings die dicke Atmosphäre von Titan Sorgen. "Bremst" die nicht auch ganz schön?? Muss man sich also Dragonfly mit einer metergroßen Schüssel a la Cassini vorstellen? Oder alternativ mit einem metergroßen RTG?

Zur Dämpfung durch die Atmosphäre kann ich nichts sagen, aber die große Entfernung macht es mMn nötig, die Antennen ziemlich exakt auf die Erde auszurichten (so hab ich das zumindest von Casini noch im Kopf). Es sei denn, man hat Sendleistung ohne Ende.

Aber genau das "wie herum" ist ja das Problem. Auf der Erde kann man einen Kompass verwenden und halbwegs genau (in manchen Gegenden auch nur mit gehöriger Missweisung, die man einrechnen muss) die Ausrichtung bestimmen, aber ohne Magnetfeld...?

Tja, gute Frage, zugegeben . Ich habe jetzt mal nach "titan magnetfeld" gesucht und bin auf Folgendes von 2009 gestoßen:

http://www.spektrum.de/news/titan-speichert-saturns-magnetfeld/967625

Demnach hat Titan wohl tatsächlich kein Magnetfeld, aber er ist nahe genug an Saturn, um zumindest zeitweise in dessen Magnetosphäre einzutreten...

<spekulation>
Zumindest während dieser Zeit, in der Titan innerhalb der Saturn-Magnetosphäre fliegt, könnte ein Titan-Bodengerät sich wohl an Saturns Magnetfeld orientieren??

So. Titans Saturn-Orbit dauert 16 Tage. Die Frage wäre jetzt, ob eine Titandrohne tagelang ohne Saturnmagnetfeld auskommen kann und ob/wie sie diese Zeit überbrücken kann... Für mein Gefühl klingt es lösbar.

Im Extremfall könnte man die Drohne ja gerade in der magnetfeldlosen Phase selbstständig vorprogrammiert forschen lassen, ohne Kommunikation zur Erde, und dann, wenn wieder Magnetfeld/Kommunikation da ist, werden eben die Daten hin und her übertragen . Aber wie ich die NASA einschätze, werden sie so mutig nicht sein. Im besagten Extremfall würden sie die Drohne wohl lieber tagelang reglos herumstehen lassen, bis wieder Kommunikation möglich ist.
</spekulation>

Ich weiß jetzt auch nicht, wie die NASA-Ingenieure sich das vorstellen. Aber wenn das wirklich stimmt, dass sie Dragonfly ohne Relaissatelliten planen, werden sie wohl schon eine gute Idee haben, wie sie die Antenne ausrichten wollen.

Ich weiß jetzt auch nicht, wie die NASA-Ingenieure sich das vorstellen. Aber wenn das wirklich stimmt, dass sie Dragonfly ohne Relaissatelliten planen, werden sie wohl schon eine gute Idee haben, wie sie die Antenne ausrichten wollen.

Wenn nicht, dann gibt es ja noch CAESAR... 

Von Titan aus gesehen befindet sich die Erde immer in einem Bereich von 6° um die Sonne, die Antenne muss also grob "nur" Richtung Sonne ausgerichtet werden. Interaktionen mit der Erde finden deshalb auch während des Tages auf Titan statt, nachts soll dann u.a. die Batterie aufgeladen werden.

Seen from Titan, Earth in the sky is always within 6° of the Sun. Interaction with Earth, and logically any operations requiring real-time
observation (such as atmospheric flight), occur during the day, and nighttime activities are generally minimal and power can be devoted to recharging the battery.

http://dragonfly.jhuapl.edu/docs/DragonflyTechDigestAPL.pdf

Da aus dem Orbit die Titanoberfläche zu sehen ist, sollte der Saturn selber auch zu sehen sein, beobachtet man nun die Beleuchtungsphasen  so weiß man zu jederzeit wo die Sonne steht und kann daraus die Antennenausrichtung berechnen.