Interplanetare Kommunikation mittels Laser
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Hab gelesen, dass mal ein Mars Telecommunications Orbiter geplant war, über den mittels Laser Datenaustausch zwischen Erde und Mars möglich sein sollte. Der Satellit müsste irgendwann dieses oder kommende Jahr zum Mars geschickt werden, weiß leider nichts Genaueres. Zwischen Mond und Erde existiert bereits eine Laser-Verbindung, allerdings nur über Reflektoren auf dem Mond.
Finde das Thema sehr interessant, zwischen Erde und Mars liegt ein verdammt weiter Weg. Über diese Entfernung, einen sich bewegenden Satelliten, von der Erde aus zu treffen ist sicher nicht einfach. Bei kleinsten Vibrationen am Laser würde der Punkt am anderen Ende doch weit ausschlagen. Von Lasertechnik verstehe ich leider wenig, meint ihr das geht so einfach?
Gibt es eigentlich Grenzen, wie weit man den Laser-Punkt von der Erde aus maximal strahlen kann und wie genau wäre diese Bestrahlung dann? -
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Naja ein Laser sollte eigentlich paralleles Licht versenden. Allerdings streuen diese trotzdem geringfügig. Das kombiniert mit der Menge an Energie, die man zur Verfügung hat begrenzt die Entfernung.
Größeres Problem ist die Zielgenauigkeit, da nicht nur der Satelit sich bewegt, sondern auch Erde und Mars. Die ständig wechselnde Entfernung zwischen Mars und Erde muss bedacht werden, da sonst die Kommunikation verzerrt wird. Außerdem haben Erde und Mars nicht immer Sichtkontakt. Theoretisch gut möglich, aber praktisch hat es sehr viele Einschränkungen. -
Naja. Ich denke, dass das technisch kein Problem ist, Die können brechnen, in welchem Winkel man eine Rakete wann starten muss, um sämtliche Anziehungskräfte der vorbei rauschenden Objekte zu nutzen, um die Geschwindigkeit zu erhöhen, da werden die auch einen einfachen Strahl berechnet kriegen. Außerdem hat der mars nur relativ selten keinen Sichtkontakt zur Erde, wenn der Mond dazwichen ist, oder die Sonne. Den Mond kriegt man sicherlich auch mit passenden Satelliten umleuchtet, die Sonne ist halt das größere Problem. Mit ein bisschen Glück reicht die Verschiebung in der Z-Achse, also der Höhe um über oder unter der Sonne weg zu kommen, genauso könnte das auch beim Mond klappen.
Die Frage ist nur, wieso man dafür Laser nehmen muss.
"Einfache" Funkwellen reichen auch aus und die sind weniger Störanfällig und funktionieren auch wunderbar, wie der Mensch schon oft bewisen hat (z.B. bei der Steuerung der Marssonden). Außerdem kommen die genauso schnell vorwärts.
Alles hat seine Vor- und Nachteile. Und die Technik war nie ein Hindernis für den Menschen, es kommt halt drauf an, was rentabler ist. -
Die Lasermessung am Mond ist ja nicht zur Kommunikation sondern zur Entfernungsmessung gedacht.
Sicherlich stimmt es, dass bis zum Mars eine große Streuung vorhanden ist insbesondere, wenn er genau gegenüber der Erde steht, was dann über 400 Mio. km Entfernung bedeutet.
Allerdings wie teufelswerk richtig angemerkt hat sind Funkwellen besser geeignet und auch schon verwendet worden. Als wesentlich schlimmer sehe ich es an, dass selbst dann, wenn der Mars sich am nächsten zu uns befindet immer noch Signallaufwege von etwa 3 Minuten hin und entsprechend auch 3 Minuten zurück (also Latenz von 6min) zu verzeichnen ist. Im Fall der größten Entfernung schnellt das ganze sogar hoch auch etwa 22 Minuten (für eine Richtung).
pixilab schrieb:
Gibt es eigentlich Grenzen, wie weit man den Laser-Punkt von der Erde aus maximal strahlen kann und wie genau wäre diese Bestrahlung dann?
Theoretisch nicht. Praktisch wird das ganze zum einen durch die dichte der Atmosphäre (so man denn nicht direkt aus dem all schießt), die Stärke des Lasers sowie seine Bündelung begrenzt. Geht man davon aus, dass ein Photon nur durch Kontakt mit Materie "verschluckt" werden kann, so besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass ein Perfekt ausgerichtetes Photon von Anfang bis ende durch fliegt, allerdings sind einzelne Photonen wohl kaum als Signal messbar. -
pixilab schrieb:
Hab gelesen, dass mal ein Mars Telecommunications Orbiter geplant war, über den mittels Laser Datenaustausch zwischen Erde und Mars möglich sein sollte. Der Satellit müsste irgendwann dieses oder kommende Jahr zum Mars geschickt werden, weiß leider nichts Genaueres. Zwischen Mond und Erde existiert bereits eine Laser-Verbindung, allerdings nur über Reflektoren auf dem Mond.
Finde das Thema sehr interessant, zwischen Erde und Mars liegt ein verdammt weiter Weg. Über diese Entfernung, einen sich bewegenden Satelliten, von der Erde aus zu treffen ist sicher nicht einfach. Bei kleinsten Vibrationen am Laser würde der Punkt am anderen Ende doch weit ausschlagen. Von Lasertechnik verstehe ich leider wenig, meint ihr das geht so einfach?
Es ist bereits so, dass es einen Orbiter in der Mars-Umlaufbahn gibt, der die Kommunikation zwischen Erde und Marssonde ermöglicht. Das funktioniert aber nicht über Lichtwellen (Laser, Infrarot, ...) sondern über Funkwellen.
Wie bereits im Thread genannt, wird die Entfernung des Mondes über Licht gemessen. Dazu wird ein Strahl auf Protektoren auf dem Mond gerichtet und die Zeit gemessen, die das Licht zur Erde zurück benötigt.
pixilab schrieb:
Gibt es eigentlich Grenzen, wie weit man den Laser-Punkt von der Erde aus maximal strahlen kann und wie genau wäre diese Bestrahlung dann?
Theoretisch gibt es keine "Grenzen", das Licht verliert an der "Fortbewegung" keine Energie. Jedoch wird, wie sektor bereits sagte, das Licht durch Materie ab. Ein typisches Beispiel wäre hier eine Lichtquelle unter Wasser, je trüber das Wasser durch (Schmutz)Teilchen, desto weniger weit kommt es.
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sektor schrieb:
Allerdings wie teufelswerk richtig angemerkt hat sind Funkwellen besser geeignet ...
Naja, ich weiß nicht, ob Funkwellen wirklich besser für die Kommunikation zwischen Mars und Erde geeignet sind. Es wird doch ständig gemeckert, dass die Antworten von der Marssonde ewig brauchen. Man drückt auf vorwärts und Stunden später bekommt man ein Bild, wie die Sonde in einem Krater feststeckt. Ich denke der Einsatz eines Lasers wäre in dem Fall vorteilhafter, der geplante Mars Orbitter wird sicher auch nur die lange Strecke zur Erde mit Laser überwinden und zur Mars-Oberfläche ganz normal mit Funkwellen senden. -
Wie ich schon ausgeführt habe, sind die Latenzen erheblich.
Diese sind aber unabhängig von Licht- oder Funkwellen, da beides elektromagnetische Wellen sind, die sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen. Durch Licht würdest du also nicht schneller voran kommen. -
Ich habe hier noch einen Artikel zum Laserfunken gefunden.
Bleibt noch, das Problem der wachsenden Datenflut zu lösen. Bisher gelang es den Ingenieuren, durch höhere Funkfrequenzen und den Einsatz neuer Elektroniksysteme die Bandbreite der Übertragungswege und damit die Übertragungsgeschwindigkeit kontinuierlich zu steigern. Dem sind jedoch aus physikalischen Gründen Grenzen gesetzt. Der Ausweg ist die Nutzung von Laserlicht. Es hat den Vorteil, dass die Frequenz wesentlich höher als bei Funkwellen ist. Dementsprechend können mehr Informationen in der gleichen Zeit übertragen werden.
Mit dem Laser soll also das Problem der Datenmenge/Zeit gelöst werden. Dh, eine Laserkommunikation zum Mars wäre sinnvoll, um große Datenmengen, wie zum Beispiel Hochauflösende Farbbilder zu übertragen.
Ich hatte irgendwie die Vorstellung, dass es genutzt wird um Daten möglichst schnell zu übertragen. Heißt es nicht, dass nichts schneller wie Licht ist? Demnach müsste doch nichts schneller sein wie die Kommunikation mit Licht?
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pixilab schrieb: Heißt es nicht, dass nichts schneller wie Licht ist? Demnach müsste doch nichts schneller sein wie die Kommunikation mit Licht?
Dass nichts schneller ist, als Licht, stimmt. Das heißt aber nicht im Umkehrschluss, dass Licht schneller als alles andere ist. Insbesondere ist es so, dass Licht eigentlich auch eine elektromagnetische Welle ist, genau wie die Funkwellen. Genau genommen muss man sagen, dass sich kein Signal schneller ausbreiten kann, als elektromagnetische Wellen. Und da bist du beim nächsten Punkt: die Kommunikationsgeschwindigkeit hängt ja nicht nur von der Ausbreitungsgeschwindigkeit des transportierenden Mediums ab: Du kannst ganz schnell oder ganz langsam reden und somit unterschiedlich schnell kommunizieren, obwohl du in beiden Fällen Schallwellen als Trägermedium mit der selben Ausbreitungsgeschwindigkeit nutzt.
Die Kommunikationsgeschwindigkeit ist insbesondere abhängig von der Wellenlänge der Trägerwelle. Theoretisch kann man mit einer höheren Stimmlage also mehr informationen übermitteln, das sieht man ja auch an Frauen ;). Ne, so schnell, dass du an die physikalisch bedingte Grenze der Übertragungsrate kommst kann nicht mal eine Frau reden. Im elektronishchen Bereich sind diese Grenzen aber durchaus relevant und weil sichtbares Licht eine wesentlich höhere Frequenz hat, als die genutzten Funkwellen, sind damit höhere Übertragungsgeschwindigkeiten möglich. Wenn selbst die nicht mehr reichen würde, könnte man versuchen noch höhere Frequenzen zu nutzen, etwa Röntgen- und Gammastrahlung.
Beitrag zuletzt geändert: 14.2.2012 17:27:48 von nomis -
Wenn man rein nach der Wellenlänge geht, dann wäre Röntgenstrahlung noch viel effektiver.
Ich hatte hier einen länglichen Post aber der ist bei weitem nicht so gut wie:
nomis schrieb
Beitrag zuletzt geändert: 14.2.2012 17:35:05 von sektor -
hm, durch die streuung des lichts brauch man da nciht mal besonders präzise zu zielen... bereits auf dem weg zum mond hat ein kleiner lichtstrahl eine Streuung, dass der lichtkegel etwa so groß wie ein Kaffeuntersetzer ist... was passiert dann erst auf dem weg zum mars? und ist das signal dann noch sauber messbar?
elektromagnetische wellen werden nciht verwendet, weil die extrem stark in der intensität mit der entfernung abnehmen... weil sich die wellen sphärisch im Raus ausbreiten, wird die energie auf die entstehende kugel verteilt und nimmt somit ab... zumindest sind das meine letzten erkenntnisse vom physikunterricht. -
sebulon schrieb:
elektromagnetische wellen werden nciht verwendet, weil die extrem stark in der intensität mit der entfernung abnehmen... weil sich die wellen sphärisch im Raus ausbreiten, wird die energie auf die entstehende kugel verteilt und nimmt somit ab... zumindest sind das meine letzten erkenntnisse vom physikunterricht.
Naja das setzt aber eine Punktlichtquelle vorraus. Wenn man von einer perfekt parallelen ausbreitung ausgeht, dann nimmt die intensität pro Fläche nicht ab. Allerdings haben höhere Frequenzen die neigung leichter zu streuen (das natürlich auch nur innerhalb von Materie). Interessant wäre mal zu wissen, wie stark die Frequenzen durch Dopplereffekt schwanken und ob die hochfrequenteren Wellen eine andere Interaktion mit Massen haben, da sie selbst ein höheres relativistisches Gewicht haben.
Interessant bei der ganzen Sache ist übrigens auch die Frage, wieviel Energie denn benötigt wird.
Je höher die Frequenz, desto mehr Energie wird benötigt da ist es fraglich ob man das von einem Satelliten aus machen kann. -
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