Voyager / Pioneer 10 + 11

Vielen Dank euch Allen! Das hat nun auch mir gezeigt oder besser gesagt verdeutlicht, wie denn die Sonden weiterfliegen werden, obwohl sie ja in unterschiedliche Richtungen aus unserem Sonnensystem "ausgebrochen" sind.

Ich dachte immer, dass diese eben eine andere Richtung einschlagen, als unser Sonnensystem. Habe - wie SiriusB schon geschrieben hat - auch vergessen, dass wir uns ja selbst um das Zentrum drehen. Was allerdings für mich die nächste Frage aufwirft: werden wir irgendwann den Galaxien-Arm in dem wir uns gerade befinden verlassen? oder gehen wir mit der eigenen Drehgeschwindigkeit der Galaxie mit?

Aber das soll ein anderes Thema sein.
Vielen Dank für die Veranschaulichung anhand der Animnation. Das bedeutet letztendlich, dass uns zwar die Sonden um ein paar Lichtstunden oder irgendwann -monate/-jahre voraus sein werden, aber wir sie immer "verfolgen" werden - ist das so in etwa korrekt?

Hallo,

Was allerdings für mich die nächste Frage aufwirft: werden wir irgendwann den Galaxien-Arm in dem wir uns gerade befinden verlassen? oder gehen wir mit der eigenen Drehgeschwindigkeit der Galaxie mit?

nach meinem Wissen sind die Spiralarme keine "festen Bereiche/Populationen", soll heißen: Sterne driften hinein, Sterne driften hinaus aus diesen "Dichtewellen" in der Galaxie. Wir sollten dann unseren Spiralarm irgendwann verlassen.
Da alle Massen über die Gravitation miteinander wechselwirken, ist das Ganze wohl nicht ganz so einfach. Die Arme sind Massekonzentrationen und wirken damit an sich anziehend auf ihre Mitglieder, und auf sich nähernde Sterne ... und diese wirken anziehend auf die Arme. Sterne in einem Arm spüren ein "engeres Geflecht" an Wechselwirkungen und bewegen sich nicht mehr so frei/ungestört. Sie sollten eigentlich eine Tendenz haben im Arm zu bleiben.

Hallo miteinander,

Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) hat einige der wöchtlichen Berichte
über Voyager 1 und Voyager 2 veröffentlicht. Hier die letzte Daten vom 08.03.2013:
Ich habe in Klammern die Werte vom 03.08.2012 zum Vergleich gesetzt

Voyager 1 Resttreibstoff  21,49 Kg (22,42Kg)
                elektrische Leistung  262,1W (264,5W) Marge 13W (11W)
                Signallaufzeit (hh:mm:ss) 34:13:48 (33:31:28)

Voyager 2 Resttreibstoff  26.41Kg (26.72Kg)
                elektrische Leistung 263.2W (265.7W) Marge 18W (33W)
                Signallaufzeit (hh:mm:ss) 28:08:28 (27:17:08)

Beide Sonden arbeiteten wärend dieser Periode einwandfrei.

Wieso verbraucht Voyager 1 im selben Zeitraum fast 1kg Treibstoff und Voyager 2 bloß ca. 0,3kg?

Grüsse

Wilhelm

Ich finde die Restmengen ohnehin bemerkenswert, laut Wikipedia noch für die nächsten 40 Jahre, eher geht ihnen wohl die Energie aus. Wie viel Treibstoff war eigentlich ursprünglich mal an Bord? Hat man damals "reingepackt, was geht" oder wurde schlicht viel weniger verbraucht, als ursprünglich geplant?

Ich finde die Restmengen ohnehin bemerkenswert, laut Wikipedia noch für die nächsten 40 Jahre, eher geht ihnen wohl die Energie aus. Wie viel Treibstoff war eigentlich ursprünglich mal an Bord? Hat man damals "reingepackt, was geht" oder wurde schlicht viel weniger verbraucht, als ursprünglich geplant?

Ich denke mal ohne jetzt lange in den Bücher zu suchen, das Sie weniger durch die Swing By Manöver Verbraucht haben als sie dachten.(genauer Bahn einschuss.)

MfG Collins

@ Marauder (#441): An Bord waren zu Beginn der Mission 105kg Hydrazin (http://www.bernd-leitenberger.de/voyager-sonde.shtml). Laut Bernd Leitenberger war es so, dass man ursprünglich davon ausgegangen ist, dass man die Position der Sonden lediglich auf ca. 200km genau bestimmen werde können. Tatsächlich waren es dann aber 20km, weshalb die Korrekturen entsprechend geringer ausfielen.
Beim Uranus-Vorheiflug waren noch 62 kg im Tank.

Grüsse

Wilhelm

Die Größenordnung dieser Werte stimmt. Aber die "genaue Menge" an Bord, das ist so eine Sache ... Hatten wir hier in den veröffentlichten Treibstoffdaten der Voyagers vor zwei Jahren nicht sogar einen "Anstieg" der Resttreibstoffmasse?
(Rest-)Treibstoffmengen lassen sich nicht so genau bestimmen. Der Messfehler kann groß sein, je nach Methode. Ich denke bei den Voyagers summiert man von einem Startwert aus den nominalen Manöververbrauch auf und zieht diesen ab. Je nach Zustand der Triebwerke, wird das Verfahren immer ungenauer. Zwischendurch kann man das natürlich nachkalibrieren, u.a. indem man die reale Manöverleistung ((Dreh-)Impulsänderung) aus den Trackingdaten bestimmt. Wenn man die reale Masse kennt, kann man daraus ableiten wie gut/schlecht die Triebwerke noch arbeiten. Wenn man die reale Triebwerksleistung kennt, kann man die aktuelle Masse der Sonde bestimmen. Oder eine Mischung aus beidem. Beides gleichzeitig, gleichgut ... eher nicht.

@Schillrich (#444): Daniel, es wäre in der Tat interessant zu wissen, wie Verbrauch und Resttreibstoff berechnet werden. Gegen deine Ausführungen, wonach es nicht so genau sei, spricht, dass in den Weekly Reports der wöchentliche Verbrauch im Grammbereich, und zwar genau auf die zweite Stelle hinterm Komma, angegeben wird (http://voyager.jpl.nasa.gov/mission/weekly-reports/).

Was den unterschiedlichen Verbrauch betrifft, so glaube ich die Erklärung selbst gefunden zu haben: In den Weekly Reports ist ersichtlich, wenn zB ein MAGROL (Magnetometer Roll Manouever) stattgefunden hat. Was unter einem MAGROL zu verstehen ist, wie hier erklärt (http://voyager.jpl.nasa.gov/spacecraft/spacecraftlife.html):

"Termination of gyro operations ends the capability to calibrate the magnetometer instrument with magnetometer roll maneuvers (MAGROLs). These maneuvers are performed 6 times a year, on each spacecraft, and consist of a spacecraft attitude maneuver of 10 successive 360 degree turns about the roll axis. Data from a MAGROL allow the spacecraft magnetic field to be determined and subtracted from the magnetometer science data. This is important since the spacecraft magnetic field is larger than the solar magnetic field being measured. The termination of gyro operations also means an end to the attitude maneuvers used to check the combined calibration of the Sun Sensor and the High Gain Antenna pointing direction for maintaining communications with the ground."

Oder wenn zB ein ASCAL stattgefunden hat. Was das ist, konnte ich nicht herausfinden. Es hat jedenfalls etwas mit dem LECP (Low Energy Charged Particle) Experiment (http://de.wikipedia.org/wiki/Voyager-Sonden#Low-Energy_Charged_Particles_.28LECP.29) zu tun.

Vielleicht kann das ja ein Wissender  erklären.

Grüsse

Wilhelm

Naja, wie soll man den Restinhalt eines Flüsigkeitstanks im Weltraum exakt bestimmen? Unter Gravitation bildet sich ja praktischerweise ein Flüssigkeitsspiegel aus, dessen Höhe man dann "nur noch" bestimmen muss, z.B. indem man einen Schwimmer da rein hält, oder mit einem optischen Sensor.

Aber bei Schwerelosigkeit klumpt die Soße nun mal zu einem oder mehreren riesigen, herumwabbelnden Tropfen zusammen. Wie soll man diese Tropfen messen? 

Terminus

Naja, wie soll man den Restinhalt eines Flüsigkeitstanks im Weltraum exakt bestimmen? ...

Strom machts möglich! Allerdings der elektrische ... und man braucht nicht viel dazu.
Man kann Flüssigkeiten, deren Dielektrizitätskonstante man kennt, kapazitiv messen. Dabei stellt der Tank eine Art "Leidener Flasche" dar und das Mittel der Kapazität der mit zwei Dielektrika gefüllten zylindrischen "Kondensator"-Anordnung lässt sich messen.

Gruß, HausD

@HausD (#447): Danke! Ist das eine allgemeine Aussage oder konkret auf die beiden Voyager-Sonden bezogen?

Grüsse

Wilhelm

Klingt schon einleuchtend und auch die Wikipedia hat einen Artikel "Kapazitive Füllstandsmessung" - faszinierend. Allerdings habe ich mal nach "kapazitive füllstandsmessung raumfahrt" gegoogelt und nichts wirklich Passendes gefunden  . Aber natürlich ist das auch ein ziemlich exotisches Spezialistenthema und HausD weiß da mehr zu?

Terminus

Und sie manövrieren doch noch ...

http://www.nasa.gov/mission_pages/voyager/voyager20110308.html

Man lässt Voyager 1 diese Tage zu unterschiedlichen Lagen im Raum rotieren. Ziel ist die Untersuchung der Richtung des Sonnenwinds, wozu man das Instrument "Low Energy Charged Particle" neu ausrichten muss ... quasi "in den Wind halten". In der bisherigen Ausrichtung wurde zuletzt eine Windgeschwindigkeit 0 gemessen, was man aber so deutet, dass der Sonnenwind seine Richtung geändert hat.

Im 2. Februar wurde das Rollmanöver erstmals nach 20 Jahren getestet. Die Sonde hat für 2h 15min die Position gehalten.

Am 7. Februar wurde die Sonde 70° gegen die Uhr gedreht und hat die Lage 2h 33min gehalten.

In den folgenden 7 Tagen soll es 5 weitere Manöver geben mit bis zu 3h 50min Haltezeit. Alle 3 Monate sollen dann weitere Rollmanöver kommen.



Faszinierend ... nach 34 Jahren arbeiten die Gyroskope an Bord noch zuverlässig ...

@ Schillrich: Daniel, ist es dieses von dir damals beschriebene Manöver, welches mit ASCAL (siehe oben #445) bezeichnet wird?

Grüsse

Wilhelm

Guten Morgen Hartmut

Zitat von: Terminus am 20. Juli 2013, 16:10:34

Naja, wie soll man den Restinhalt eines Flüsigkeitstanks im Weltraum exakt bestimmen? ...

Strom machts möglich! Allerdings der elektrische ... und man braucht nicht viel dazu.
Man kann Flüssigkeiten, deren Dielektrizitätskonstante man kennt, kapazitiv messen. Dabei stellt der Tank eine Art "Leidener Flasche" dar und das Mittel der Kapazität der mit zwei Dielektrika gefüllten zylindrischen "Kondensator"-Anordnung lässt sich messen.

Gruß, HausD

Das kenne ich aus Flugzeugen, habe daran zwar nicht selbst rumgeschraubt, aber war dabei ...
In Raumfahrzeugen kenne ich das nicht. Ich denke auch, dass das grunsätzlich nicht geht. Um einen Kondensator "ordentlich" berechnen zu können, musst du dessen Geometrie kennen, also die der Elektroden und des/der Dielektrikums/Dielektrika. Wenn sich Treibstoff als eine oder mehrere Blasen frei zwischen den Elektroden anordnen und verändern, sollte die Messung keine sinnvollen Daten ergeben.

Hallo Wilhelm,

ich denke das ist das.

Vielleicht misst man gar nicht den Tankinhalt selbst.
Man weiß ja wieviel Anfangs drin war und wenn man in der Leitung oder am Verbraucher misst (Strömungsmessung) wieviel
man rauszieht kann man die Restmenge recht genau bestimmen.

So hatten wir das oben ja beschrieben. Das halte ich auch für die wahrscheinlichste Methode, da üblich.

Andernfalls fäll mir noch ein, die Sonden sind doch Spin-Stabilisiert und
durch die Zentrifugalkraft sollte sich die Flüssigkeit doch an den Tankwänden ablagern und
nicht wild umherfliegen. Dann könnte man doch den Füllstand z.B. mit einem Optischen System direkt messen.
Des weiteren wie soll man den Tank sonst komplett leerbekommen wenn die Flüssigkeit nur umherwirbelt,
gerade dann wenn nicht mehr viel drin ist.

MfG.

Die Voyagers sind nicht spinstabilisiert.

Zum Tankinhalt:
@ Schillrich: Wenn man die mechanische Tankform kennt, ist es bei "Kondensator"-Messung relativ gleich wie das Dielektrikum (Treibgas/Treibstoffkomponente) im "Kondensator" verteilt ist - gleiches Massenverhältnis  = gleicher Messwert, der nicht unbedingt linear gehen muss, das hängt von der Tankform ab.
@T.D.K.: Die Messung des Volumenstroms in den Arbeitsphasen des Triebwerks(komplexes) ist ebenfalls eine machbare Methode, die allerdings noch die Integretion über die Zeit erfordert. Doch auch das ist über eine Summierung in kleinen Zeiteinheiten seit Jahren kein Problem mehr. (Ultraschall-Fluxmeter)
Optische Messung würde ich eher ausschließen, die müssten sich dann ja im aggressiven Treibstoffbereich befinden.
Viel mehr ist es wichtig, wie du schreibst, den Treibstoff dorthin zu bekommen, wo er auch gebraucht wird - aus dem Tank in die Zuflussleitung  des Triebwerks - und nicht im Tank als Riesentropfen schweben zu haben.
Da wären auch nach der unendlich langen Zeit noch funtionierende "Beschleunigungsstöße" eine prima Hilfe 
Meine Frage ist dabei, wie kriegte man das hin?!

Gruß, HausD

Heute gibt es entsprechende Oberflächen-Geometrien, die man im Tank einbauen kann und die der Flüssigkeitsblase eine Richtung vorgeben. Das ist dann alles eine Frage von Oberflächenspannung, Grenzschichten und Adhäsion. Das sind quasi "pumpende Oberflächen", mit denen man das Zeug an einem definierten Ort hält. Tobi hatte irgendwo mal ein schönes Video davon reingestellt.

Aber wie das damals war? ... keine Ahnung.

Die Voyagers sind nicht spinstabilisiert.

Jo sorry hat ich mit Pioneer verwechselt!

http://www2.jpl.nasa.gov/basics/bsf11-2.php

Spin: Stabilization can be accomplished by setting the vehicle spinning, like the Pioneer 10 and 11 spacecraft in the outer solar system, Lunar Prospector, and the Galileo Jupiter orbiter spacecraft, and its atmospheric probe. The gyroscopic action of the rotating spacecraft mass is the stabilizing mechanism. Propulsion system thrusters are fired only occasionally to make desired changes in spin rate, or in the spin-stabilized attitude. In the case of Galileo's Jupiter atmospheric probe, and the Huygens Titan probe, the proper attitude and spin are initially imparted by the mother ship.

3-Axis: Alternatively, a spacecraft may be designed for active three-axis stabilization. One method is to use small propulsion-system thrusters to incessantly nudge the spacecraft back and forth within a deadband of allowed attitude error. Voyagers 1 and 2 have been doing that since 1977, and have used up about three-fourths of their 100 kg of propellant as of December 2012. Thrusters are also referred to as mass-expulsion control systems, MEC, or reaction-control systems, RCS.

@ Schillrich: Wenn man die mechanische Tankform kennt, ist es bei "Kondensator"-Messung relativ gleich wie das Dielektrikum (Treibgas/Treibstoffkomponente) im "Kondensator" verteilt ist - gleiches Massenverhältnis  = gleicher Messwert, der nicht unbedingt linear gehen muss, das hängt von der Tankform ab.

Wie gesagt, mit Google habe ich nichts darüber in der Raumfahrt gefunden. Tja, die Frage ist jetzt, wieviel Allwissenheit trauen wir Google zu? Sprich: Wenn dieses Prinzip in der Raumfahrt überhaupt genützt würde, sei es nur bei einer Sonde, müsste es dann "Spuren" davon im Internet geben?

Viel mehr ist es wichtig, wie du schreibst, den Treibstoff dorthin zu bekommen, wo er auch gebraucht wird - aus dem Tank in die Zuflussleitung  des Triebwerks - und nicht im Tank als Riesentropfen schweben zu haben.
Da wären auch nach der unendlich langen Zeit noch funtionierende "Beschleunigungsstöße" eine prima Hilfe 
Meine Frage ist dabei, wie kriegte man das hin?!

Ja, das ist natürlich wirklich ein wichtiges Problem. Ähm... am einfachsten erscheint mir folgende Lösung: In den Leitungen zwischen Tank und Triebwerk (und ggfs. Pumpe?) steht von der letzten Zündung immer noch genug Resttreibstoff, dass die Triebwerke auf jeden Fall erstmal zünden und ein paar Sekunden brennen können, und die dabei entstehenden Fliehkräfte drücken die Treibstofftropfen im Tank wiederum in diese und jene Ecken... wo wiederum Treibstoff-Entnahmemündungen sitzen? Das Triebwerk müsste dann ggfs. noch damit zurecht kommen, dass erstmal "ein Schwall Vakuum" kommt...?

Oder die Tanks sind tatsächlich so geschickt konstruiert, dass der Treibstoff gerade zu den Ecken tendiert, wo auch die Entnahmemündungen sitzen?  Hm... unterschiedlich abstoßende/anziehende Beschichtung der Innenwandungen?

Terminus

Ähm... am einfachsten erscheint mir folgende Lösung: In den Leitungen zwischen Tank und Triebwerk (und ggfs. Pumpe?) steht von der letzten Zündung immer noch genug Resttreibstoff, dass die Triebwerke auf jeden Fall erstmal zünden

Da stelle ich mir ganz naiv im weitesten Sinne Rückschlagventile vor und eine ausreichend lange Leitungsstrecke, um eine "Erstversorgung" sicherzustellen?

Mal ganz blöd gefragt: Steht der Tank denn nicht unter Druck? Dann wird mit abnehmenden Treibstoff einfach die Dichte des Treibstoffes geringer, aber er sollte durch den Druck ja trotzdem gleichmäßig im Tank verteilt sein, Schwerkraft hin oder her. Vielleicht kann man dann die Masse des Resttreibstoffes auch messen, indem man einfach den Druck im Tank misst.