Satellitenkommunikation für die ... - Institut für Physik
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<strong>Satellitenkommunikation</strong> <strong>für</strong><br />
<strong>die</strong> Nachrichtenübertragung<br />
zum MARS<br />
Otto Koudelka<br />
koudelka@iks.tugraz.at<br />
Ulla Birnbacher<br />
ulla.birnbacher@tugraz.at<br />
<strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong><br />
TU Graz<br />
ÜBERSICHT<br />
Kommunikation zum MARS (Überblick)<br />
Einführung <strong>Satellitenkommunikation</strong><br />
Deep Space Network<br />
Beispiel Marssonde MARS EXPRESS<br />
Entwicklungen<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
2
Kommunikationsverbindung<br />
zum MARS<br />
MARS<br />
227 Mio km (1.52 AU)<br />
mittlerer Abstand von der Sonne<br />
Durchmesser: 6794 km<br />
Marstag: 24h 37min 22s<br />
Marsjahr: 669 Marstage = 687 Erdtage<br />
Mittlere Temperatur: -55°C<br />
min: -133° C / max: +27° C<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
4
FRÜHE MISSIONEN<br />
Mariner<br />
1962 -73: 10 Sonden gebaut<br />
Mariner-4 erste Nahaufnahmen vom Mars (1965)<br />
3 Jahre in Betrieb (8 Monate Planung)<br />
Kameras<br />
Spektrometer (IR, UV)<br />
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FRÜHE MISSIONEN<br />
Viking 1 & 2 (1975, 76)<br />
Landung am Mars<br />
Biologieinstrumente<br />
Gaschromatograph/Massenspektrometer<br />
Seismometer<br />
Meteorologische Instrumente<br />
Stereofarbkameras<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
5<br />
6
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
7<br />
8
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
PATHFINDER MISSION<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
1996/97<br />
Pathfinder (264 kg)<br />
Rover (Sojourner):<br />
10.5 kg<br />
9<br />
10
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
11<br />
12
RUSSISCHE SONDEN<br />
1960-62 erste Versuche,<br />
problembehaftet<br />
Mars 3 (1971): Orbiter/Lander<br />
Phobos 1 / 2 (1988): Sonde versagt<br />
Mars 96: Raketenversagen<br />
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Wie kommen <strong>die</strong> Bilder,<br />
Messdaten, Informationen<br />
über den Zustand der Sonden<br />
zur Erde?<br />
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13<br />
14
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Datenverarbeitung<br />
Einführung<br />
<strong>Satellitenkommunikation</strong><br />
Bodenstation<br />
Signalweg<br />
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Satellit / Sonde<br />
15<br />
16
Transport<br />
Trägerraketen<br />
Ariane<br />
Zenith<br />
Proton<br />
Delta,<br />
Atlas,<br />
Space Shuttle<br />
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Start eines Satelliten<br />
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17<br />
18
Flugbahnen (Bsp. Erde)<br />
Umlaufzeit = Erdrotation<br />
synchroner (stationärer) Orbit<br />
h = 36.000 km<br />
Umlaufzeit < Erdrotation<br />
low earth orbit (LEO)<br />
h = 700 - 1500 km<br />
HEO: highly elliptical orbits<br />
(bis 40.000 km)<br />
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3-Achsen stabilisiert<br />
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MEO<br />
Satellitenbauformen<br />
Spin- stabilisiert<br />
19<br />
20
Teilsysteme von Satelliten/Sonden<br />
Mechanische Struktur<br />
Empfangs- und Sendeantennen<br />
Transponder: zum Empfangen – Verstärken<br />
und Senden von Signalen<br />
Energieversorgung<br />
Temperaturregelung<br />
Lageregelung<br />
TTC: telemetry, tracking & control<br />
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<strong>Satellitenkommunikation</strong><br />
Signalübertragung mit Lichtgeschwindigkeit<br />
Bei großer Distanz lange Laufzeiten<br />
(Sekunden, Minuten)<br />
Signalabschwächung proportional zu 1/r2 Folge: Übertragungsfehler<br />
Behebung durch Co<strong>die</strong>rverfahren mit<br />
automatischer Fehlerkorrektur<br />
Störungen durch Einflüsse der Atmosphäre<br />
(Regen, Schnee, Hagel)<br />
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21<br />
22
SIGNALLEISTUNG<br />
mit steigender Entfernung nimmt<br />
Signalleistung quadratisch ab bzw.<br />
nimmt <strong>die</strong> Dämpfung zu<br />
Ls<br />
2<br />
⎛ 4πR<br />
⎞<br />
⎜ ⎟<br />
⎝ λ ⎠<br />
L S …., Streckendämpfung, λ … Wellenlänge<br />
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=<br />
BODENSTATIONEN<br />
Empfang der Daten<br />
und Senden der<br />
Kommandos mit<br />
leistungsfähigen<br />
„Bodenstationen“<br />
Antennen,<br />
Frequenzumsetzer,<br />
Verstärker,<br />
Modulation/<br />
Demodulation, …<br />
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23<br />
24
ANTENNEN - DIAGRAMM<br />
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STÖRUNGEN<br />
Galaktisches<br />
Rauschen<br />
Signal<br />
Störungen:<br />
therm. Rauschen<br />
Interferenz<br />
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Halbwertsbreite<br />
(Strahlbreite)<br />
⎛ λ ⎞<br />
Θ = 70⋅<br />
⎜ ⎟<br />
⎝ D ⎠<br />
D...Durchmesser<br />
λ…Wellenlänge (= c/f)<br />
“Strahlbündelung” konzetriert<br />
Leistung in gewünschte<br />
Richtung<br />
Antenne<br />
25<br />
26
LNA<br />
HPA Driver<br />
DOWNCONVERTER<br />
UPCONVERTER<br />
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VORVERSTÄRKER (LNA)<br />
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DEMOD<br />
MOD<br />
Verstärkung des Signals der Sonde<br />
möglichst geringes Eigenrauschen<br />
Kühlung des Vorverstärkers mit<br />
flüssigem Helium (4 K): Reduzierung<br />
der Bewegung der Elektronen,<br />
Verminderung des Eigenrauschens<br />
Dzt. Beste Verstärker: 1.2 K<br />
HEMT-Verstärker: 15 K<br />
27<br />
28
LEISTUNGSVERSTÄRKER (HPA)<br />
Wanderfeldröhrenverstärker<br />
2 - 20 kW Normalbetrieb<br />
max. 400 kW (S-Band)<br />
in Notfällen, Antennen nicht ausgerichtet<br />
Raumsonden, <strong>die</strong> sehr weit entfernt sind<br />
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Kommunikationsnutzlast<br />
am Satelliten<br />
Leistung begrenzt<br />
State-of-the-art: Cassini 32 GHz 20 W<br />
Wanderfeldröhrenverstärker (TWTA)<br />
Wirkungsgrad 40 %<br />
30 W und 100 W TWTAs in Entwicklung<br />
Transistorverstärker mit bis zu 50 %<br />
Wirkungsgrad geplant<br />
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29<br />
30
TELEMETRIE<br />
Übertragung von Messwerten, Daten<br />
von Instrumenten zur Bodenstation<br />
Übernahme von Kommandos von der<br />
Bodenstation<br />
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Empfangsantenne<br />
Sendeantenne<br />
Empfänger<br />
Sender<br />
DECODER<br />
ENCODER<br />
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Kommando-<br />
Prozessor<br />
Kommando<br />
Verifikation<br />
Datenerfassung<br />
31<br />
Kommandos<br />
Sensor<br />
Daten<br />
32
PAKET-TELEMTRIE<br />
Mehrere Instrumente, Anwendungen an<br />
Bord der Raumsonde<br />
Nutzung eines gemeinsamen<br />
Kommunikationskanals<br />
Datenquellen:<br />
wiss. Instrumente<br />
Subsysteme<br />
(z.B. Überwachung der Sonde)<br />
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ON-BOARD COMPUTER<br />
Messgerät<br />
Messgerät<br />
Messgerät<br />
Multiplexer<br />
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On-board<br />
Computer<br />
33<br />
34
PAKET-TELEMETRIE<br />
Genormte Übertragungsformate<br />
Consultative Committee for Space Data<br />
Systems (CCSDS)<br />
Quellpakete<br />
Übertragungsrahmen<br />
Multiplex-Vorgang<br />
Quellpakete von verschiedenen<br />
Anwendungsprozessen in<br />
Übertragungsrahmen verpackt<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
SOURCE PACKET<br />
version<br />
no.<br />
000<br />
type<br />
0<br />
PACKET PRIMARY HEADER<br />
PACKET<br />
IDENTIFICATION<br />
header<br />
flag<br />
1, if<br />
secondary<br />
header<br />
present<br />
applic.<br />
process<br />
ident<br />
PACKET SOURCE<br />
CONTROL<br />
group<br />
ing<br />
flag<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
source<br />
seq<br />
count<br />
data<br />
length<br />
35<br />
packet<br />
source<br />
sec.<br />
data<br />
header<br />
3 1 1 11 2 14 16 var. var.<br />
01 first<br />
00 cont.<br />
10 last<br />
11 no<br />
PACKET<br />
DATA<br />
FIELD<br />
1…65,536 octets<br />
36
VIRTUELLER KANAL<br />
Trennung verschiedener Quellen mit<br />
verschiedenen Eigenschaften<br />
bildgebendes Instrument mit langen<br />
kontinuierlichen Datenpaketen -> 1. Kanal<br />
anderes Instrument mit kurzen<br />
Datenpaketen -> 2.Kanal<br />
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PAKETÜBERTRAGUNG<br />
Quellpakete Transferpakete<br />
AP1<br />
Quelle<br />
AP2<br />
1<br />
AP3<br />
Virtueller<br />
Kanal<br />
1<br />
Funk-<br />
AP4<br />
Quelle<br />
2<br />
AP5 Virtueller<br />
Kanal<br />
Master<br />
Channel<br />
überÜbertragungtragungs-<br />
Kanal<br />
Sender<br />
AP6<br />
Quelle<br />
3<br />
AP7<br />
AP8<br />
2<br />
Virtueller<br />
Kanal<br />
3<br />
Datenstrom<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
37<br />
38
PAKETÜBERTRAGUNG<br />
Quellpakete Transferpakete<br />
AP1<br />
Senke<br />
AP2<br />
1<br />
AP3<br />
AP4<br />
Senke<br />
2<br />
AP5<br />
AP6<br />
Senke<br />
3<br />
AP7<br />
AP8<br />
Virtueller<br />
Kanal<br />
1<br />
Virtueller<br />
Kanal<br />
2<br />
Virtueller<br />
Kanal<br />
3<br />
Master<br />
Channel<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
Datenstrom<br />
FunküberÜbertragungtragungs-<br />
Kanal Empfänger<br />
DEEP SPACE NETWORK<br />
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39<br />
40
AUFGABEN<br />
Empfang von Telemetriesignalen, Daten<br />
von der Raumsonde<br />
Senden von Kommandos an <strong>die</strong> Sonde<br />
Erzeugung von Navigationsdaten<br />
Lokalisierung der Sonde<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
PROBLEME<br />
sehr schwache Signale<br />
Übertragungsfehler<br />
automatische Fehlerkorrektur<br />
nur relativ geringe Informationsmengen<br />
Kompression<br />
Speicherung/zeitversetzte Übertragung<br />
lange Laufzeiten<br />
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41<br />
42
Atmosphärische<br />
Dämpfung<br />
Beeinflusst Wahl<br />
der Sende- und<br />
Empfangsfrequenzen<br />
Dämpfung<br />
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FREQUENZEN<br />
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Frequenz<br />
Beispiel Mars Express<br />
2.1 GHz (Bodenstation - Sonde)<br />
S-Band<br />
7.1 GHz (Sonde - Bodenstation)<br />
X-Band<br />
43<br />
44
MARS<br />
Erde - Mars<br />
Min. Abstand: 55 Mio km<br />
Dämpfung: 264 dB<br />
Max. Abstand: 400 Mio km<br />
Dämpfung: 282 dB<br />
August 2003 kürzester Abstand seit<br />
17 Jahren (Mars Express Mission)<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
τ<br />
min<br />
VERZÖGERUNGSZEIT<br />
Distanz Marssonde - Bodenstation<br />
τ<br />
max<br />
=<br />
=<br />
d<br />
c<br />
d<br />
c<br />
=<br />
=<br />
55.<br />
000.<br />
000 km<br />
= 183 s = 3min<br />
3s<br />
300.<br />
000 km / s<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
400.<br />
000.<br />
000 km<br />
= 1333 s = 22min13s<br />
300.<br />
000 km / s<br />
45<br />
46
BODENSTATIONEN<br />
NASA Deep Space Network (DSN)<br />
3 Komplexe rund um <strong>die</strong> Erde:<br />
Goldstone (CA, USA)<br />
Madrid (E)<br />
Canberra (AUS)<br />
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BODENSTATIONEN<br />
Mindestens 4 Stationen pro Komplex<br />
70 m Antenne<br />
34 m Antenne (hoher Wirkungsgrad)<br />
34 m Antenne<br />
26 m Antenne<br />
3 Komplexe ca. 120° um Erde versetzt<br />
<strong>für</strong> kontinuierlichen Empfang<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
47<br />
48
ANTENNEN<br />
Starke Bündelwirkung der Antenne<br />
0.03° <strong>für</strong> 70 m-Antenne bei 2 GHz<br />
0.017° <strong>für</strong> 34 m-Antenne bei 8 GHz<br />
Automatische mechanische<br />
Nachführung nötig<br />
Sehr genaue Winkelauflösung 0.001°<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
BODENSTATIONEN<br />
Möglichst entfernt von dicht besiedelten<br />
Gebieten<br />
Störungseinflüsse reduziert<br />
Radio/TV Stationen<br />
Hochspannungsleitungen<br />
industrielle Hochfrequenzquellen<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
49<br />
50
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
GOLDSTONE<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
51<br />
52
MADRID<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
CANBERRA<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
53<br />
54
ANTENNENVERBUND<br />
(ARRAY)<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
VLA - NEW MEXICO<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
55<br />
56
VLA - NEW MEXICO<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
1. ESA Deep Space Network<br />
Station in Australia, New Norcia<br />
Eckdaten<br />
35 m Ø<br />
630 Tonnen<br />
Einsatz<br />
Rosetta<br />
Mars Express<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
57<br />
58
DATENRATEN<br />
X-Band-Verbindung vom Mars Global<br />
Surveyor: 85 kbit/s<br />
MARS EXPRESS: 250 kbit/s<br />
wesentlich höhere Datenraten in der<br />
Zukunft (Mbit/s)<br />
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MARSSONDE<br />
MARS EXPRESS<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
59<br />
60
Start mit SOYUZ-FREGAT<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
2. Juni 2003 aus Baikanur<br />
61
MARS EXPRESS<br />
Gesamtmasse: 1042 kg<br />
Struktur/Bus : 439 kg<br />
Treibstoff: 427 kg (267 l)<br />
wiss. Nutzlast 116 kg (7 Instrumente)<br />
Beagle Lander: 60 kg<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
MARS EXPRESS<br />
Abmessungen: 1.5 x 1.8 x 1.4 m<br />
Schub: 400 N<br />
Ausrichtgenauigkeit: 0.15°<br />
Sternensensoren<br />
3 Lasergyroskope (<strong>für</strong> jede Raumrichtung)<br />
2 Sonnensensoren (grobe Erstausrichtung,<br />
Ausrichtung nach Drehung)<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
63<br />
64
RAUMSONDE MARS EXPRESS<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
SUBSYSTEME<br />
Mechanische Struktur<br />
Antrieb<br />
Lageregelung<br />
Stromversorgung<br />
Thermisches Subsystem<br />
Telemetrie<br />
Nutzlast<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
Images ESA<br />
65<br />
66
EXPERIMENTE<br />
Messung der geladenen und neutralen<br />
Gasatome<br />
Messung von Wasser (Radar/Altimeter)<br />
Spektrometer<br />
UV / IR Spektrometer<br />
Stereokamera<br />
Beagle Lander<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
High Resolution Stereo Camera<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
Valles<br />
Marineris<br />
Juni 2004<br />
Auflösung:<br />
80 m / pixel<br />
67<br />
68
Mars Express, Details<br />
Stromversorgung<br />
Solarzellen<br />
Fläche: 11.42 m²<br />
zusätzlich 3 Lithium-Batterien (je 22.5 Ah)<br />
Thermische Kontrolle:<br />
Elektronik bei 10 - 20° C<br />
Infrarotkamera bei - 180° C<br />
(Wärmeableitung über Radiator)<br />
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Leistungsbedarf<br />
Sonde<br />
Nutzlast<br />
Gesamt<br />
Messung<br />
270 W<br />
140 W<br />
410 W<br />
Manöver<br />
310 W<br />
50 W<br />
360 W<br />
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Übertragung<br />
445 W<br />
55 W<br />
500 W<br />
69<br />
70
Kommunikationsnutzlast<br />
1.6 m Antenne<br />
ca. 6 Stunden<br />
Antenne zur Erde<br />
gerichtet -><br />
Datenübertragung<br />
1.5 h Sonde zum<br />
Mars gerichtet -><br />
Messungen<br />
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KOMMUNIKATIONSNUTZLAST<br />
sehr hohe Dämpfung auf<br />
Übertragungsstrecke<br />
aufwendige Übertragungstechnik<br />
leistungsfähige Modulationsverfahren<br />
aufwendige Fehlerkorrekturverfahren<br />
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71<br />
72
BODENSTATION<br />
Perth, Australien<br />
Sondendaten (Temperatur, Spannung,<br />
Lage,...) zum Boden gesendet<br />
Kommandos vom Boden zur Sonde<br />
(Kontrolle der Experimente)<br />
Experimentendaten nicht in Echtzeit<br />
gesendet, 12 GB Speicher<br />
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ENTWICKLUNGEN<br />
73
ENTWICKLUNGEN<br />
Mars-Earth Backbone Network<br />
Bodenstation (Erde) - Marssonde<br />
NASA DSN<br />
Nutzung des Internets<br />
MARS Vehicle Proximity Network<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
ARCHITEKTUR (kurzfristig)<br />
Relay-Satellit<br />
(TDRSS, Telesat-<br />
ASI, ARTEMIS):<br />
Kommunikation zu<br />
Messsystemen am<br />
Boden<br />
mittlere Datenraten<br />
X-, Ka-Band-<br />
Kommunikation<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
75<br />
76
ARCHITEKTUR (mittelfristig)<br />
Permanente Stationen<br />
Netz von Mikrosatelliten zur Kommunikation<br />
mit Stationen und zur Navigation<br />
Min. 1 Relay-Satellit in synchroner<br />
Umlaufbahn, Verbindung zu Mikrosatelliten<br />
hohe Datenraten im Ka-Band<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
ARCHITEKTUR (langfristig)<br />
verstärkt symmetrischer Verkehr<br />
Erde - Mars<br />
bisher hauptsächlich Daten von<br />
Mars - Erde<br />
zusätzlicher Relay-Satellit<br />
(zwischen Erde und Mars)<br />
mehrere Marsat Relay-Satelliten<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
77<br />
78
KOMMUNIKATIONSSYSTEME<br />
Leistungsfähigere Verstärker im<br />
Ka-Band (bis 100 W)<br />
leichte, entfaltbare Antennenstrukturen<br />
Optische Freiraumübertragung mit<br />
Laser (mehrere Megabit/s)<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
MARS-NETZ<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
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80
Mars Vehicle Proximity Network<br />
Orbiter - Marsoberfläche, Orbiter stellt<br />
Verbindung zur Erde her<br />
Mars Inter-Spacecraft Networks<br />
Kommunikation zwischen Sonden-Clusters<br />
Mars Surface Networks<br />
Kommunikation zwischen Fahrzeugen,<br />
Landern, Sensoren<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
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ORBITER - MARS<br />
Verschiedene Funksysteme geplant:<br />
UHF, omni-direktionale Antenne:<br />
schnell bewegte Objekte (niedrig fliegender<br />
Orbiter), höhere Datenrate<br />
Richtantenne, niedrige Datenrate als<br />
Backup <strong>für</strong> Kommunikation zur Erde<br />
UHF, X, Ka-Band<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
BODENNETZWERK<br />
Nutzung bewährter Technologie<br />
Wireless LAN 802.11b<br />
Bluetooth<br />
geringe Leistung<br />
UHF-, S-, X-Band<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
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LAN (ON-BOARD SYSTEME)<br />
Kommunikation an Bord einer<br />
Marssonde<br />
Einsatz Standardkomponenten -><br />
senkt Entwicklungskosten,<br />
senkt Entwicklungszeiten<br />
Bsp:<br />
IEEE 1394 (Firewire)<br />
Switched Ethernet<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
Netzwerk Sonde - Erde<br />
Internet-Protokollfamilie einsetzen<br />
Sonde wird ein Internetknoten im Weltall<br />
Transport der Daten über terrestrisches<br />
Internet<br />
VISION = Forscher fragt Messdaten<br />
direkt von Sonde ab, wie von einem<br />
Internet-Server<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
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IP und Weltraum?<br />
Internetprotokoll (IP)<br />
Einfache Übertragung von einzelnen<br />
Datenpaketen<br />
Eigenschaften<br />
Verzögerungszeiten -> keine Auswirkungen<br />
IP benötigt keinen Retourkanal<br />
Overhead = zusätzlich Header<br />
Sat/Sonde mit IP-Adresse auch Kontakt<br />
zu anderen Netzen (Bodenstationen)<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
Transportschichte<br />
2 unterschiedliche Transport-Protokolle:<br />
UDP - User Datagram Protocol<br />
Paketübertragung und Reihenfolge nicht<br />
garantiert<br />
Nur Fehlererkennung<br />
TCP - Transmission Control Protocol<br />
zuverlässige Übertragung, Reihenfolge wird<br />
garantiert.<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
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TCP/IP im Weltraum?<br />
Wie wirken sich Verzögerunszeiten aus?<br />
UDP: kein Einfluss!<br />
TCP: spezielle Adaptierung oder Proxies notwendig<br />
Wie wirkt sich Rauschen aus?<br />
Nur TCP Durchsatz beeinflusst, IP und UDP nicht.<br />
Fehlerkorrektur (PHY) wird verwendet um BER zu<br />
verbessern<br />
TCP-Erweiterungen <strong>für</strong> effiziente Fehlerbehandlung<br />
IKS - <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> Kommunikationsnetze und <strong>Satellitenkommunikation</strong>, TU-Graz<br />
AUSBLICK<br />
Erweiterung der<br />
Kommunikationsinfrastruktur<br />
Relay-Satelliten<br />
Trend zu höheren Datenraten<br />
bessere Leistungsverstärker<br />
neue Antennen<br />
optische Kommunikation<br />
Einsatz von Internetprotokollen<br />
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