Töne aus den Tiefen des Alls

10. Oktober 2007: "Beep… beep… beep...." Dieses Geräusch läutete vor 50 Jahren den Anfang des Weltraumzeitalters ein. Es war ein einfaches Radiosignal, dass von einem Satelliten übermittelt wurde, Sputnik 1, als dieser im Oktober 1957 die Erde umkreiste.

Seitdem hat sich die Kommunikation mit Raumschiffen gewaltig weiterentwickelt. Aber sogar jetzt benutzt eine moderne Sonde auf ihrem Weg zu den Grenzen des Sonnensystems solche Sputnik-artigen Töne, um Nachrichten zur Erde zurückzuschicken.

Rechts: Im Oktober 1957 luascht der Amateurfunker Roy Welch aus Dallas, Texas, den 20 MHz Radiotönen von Sputnik. [Mehr] [Größeres Bild]

Warum diese altertümliche Technologie? Sie lost ein modernes Problem: Multiplikation. Sputnik hat so viele Nachfolger! Es gibt Roboter auf dem Mars; Raumschiffe umkreisen Saturn, Mars und die Sonne; Sonden befinden sich auf dem Weg zu Merkur, dem Asteroidengürtel und sogar Pluto. All diese Missionen versuchen mit der Erde zu kommunizieren und erzeugen eine Kakophonie, die NASA´s Deep Space Network zu überlasten droht. Wenn all diese sonden nur lernen würden kürzer zu kommunizieren, so wie Sputnik es einst tat.

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Der „Enter Beacon Monitor” – ein Gerät an Bord von NASA´s New Horizons Raumschiff, welches mit der Erde kommuniziert, indem es nur acht einfache Töne benutzt. Es nutzt die Tatsache, dass New Horizons während seiner 9-jährigen Reise zum Pluto nicht viel zu tun hat, außer seinen Status zur Erde zu melden. „Ich bin okay,“ ist eine typische wöchentliche Übertragung. 

New Horizons ist in der Lage komplexe Kommunikation durchzuführen. Es kann detaillierte Bilder und Datenströme übertragen, die reich sind an numerischen Informationen. „Wenn wir nur einen einfachen Basic Check benötigen, reichen ein paar einfache Töne völlig aus,“ sagt Henry Hotz, ein Techniker an NASA's Jet Propulsion Laboratory, der dabei half diese Technologie zu entwickeln.

Trotz der offensichtlichen Einfachheit ist der Sender technisch asgefeilt. New Horizons hat viele Systeme an Bord, die alle geprüft werden müssen. Software an Bord packt die gesamte Situation in eine bündige “Diagnose” zusammen. Das System nutzt dann eine Antenne mit niedriger Leistung um die Daten als einer von acht Tönen zu senden. Eins bedeutet Ich bin okay, während die anderen sieben Signale auf Probleme hindeuten und in sich in ihrer Dringlichkeit unterscheiden, von Hilf mir bald über Hilf mir jetzt bis hin zu Roter Alarm! Ich habe ein großes Problem.

Oben: Sputnik (links) und New Horizons (rechts).

Dieser Ansatz hat viele Vorteile. „Einfache Töne von einer entfernten Sonde sind auf der Erde einfacher zu empfangen als gewöhnliche Datenübertragungen,“ erklärt Hotz. „Wenn man einen Teil eines komplexen Datenstroms verpasst ist die Information verloren, wohingegen jeder einfache Ton seine Frequenz mitteilt und so die Nachricht enthält.“ Die einfachere Übertragung bedeutet, dass der Sender weniger der begrenzten Energie der Sonde benötigt (New Horizons arbeitet mit weniger Energie als ein Paar von 100 Watt Glühlampen), und Wissenschaftler kleinere Schüsseln für den Empfang der Signale benötigen. „Diese beiden Vorteile sind kostensparend und machen die Mission praktikabler.“

Der “Beacon Monitor” wurde zuerst an Bord von Deep Space 1 getestet, einem experimentellen Raumschiff, dass 1998 in NASA's New Millennium Programm flog. Der raison d’etre von Deep Space 1 war es eine Reihe von fortschrittlichen Technologien zu testen (z.B. einen Ionen-Antrieb, einen intelligenten Autopiloten, Super-Solarzellen und einen zurück-in-die-Zukunft Status Monitor), um zu sehen wie man diese in zukünftigen Missionen nutzen könnte. „Der Beacon Monitor bestand seinen Test mit wehenden Fahnen und wurde spatter auf New Horizons installiert.”

Das Zeitalter der Weltraumfahrt entwickelt sich also weiter, zu Pluto und darüber hinaus. Schließen Sie Ihre Augen. Können Sie die Töne hören?

Authors: Dr. Tony Phillips, Patrick Barry | Production Editor: Dr. Tony Phillips | Credit: Science@NASA