Problemet med rymdkommunikation

Det finns ett antal problem med att kommunicera i rymden. Det mest uppenbara är kanske att signalen försvagas med kvadraten på avståndet. Så om man sänder med 12 watt utifrån Plutos bana blir det inte mycket kvar när signalen hunnit fram till Jorden.

Det andra är tidsfördröjningen. Tyvärr är radiovågorna begränsade av ljusets hastighet, vilket är en börda vid avstånd i stil med Pluto eller kometen Gerasimenko. Det vore meningslöst att ens försöka sända ett kommando om kurskorrigering till Rosetta vid kometen Gerasimenko när den skulle in i omloppsbana, för att bilderna från rymdskeppet, plus vår tid att reagera, plus tiden det skulle ta meddelandet att komma tillbaka, skulle göra det hela meningslöst. Rosetta fick manövrera själv, och det fungerade ju.

Det tredje är störningarna. Alla svaga radiosignaler kan dränkas i störningar. Vi människor är väldigt duktiga på att störa jordiska mottagare med våra radarer, tv-sändare och satelliter. Det är därför man har avlysta våglängdsband i radiospektrum för rymdkommunikation och förlägger radioteleskopen ute i öknar, naturreservat eller i svårtillgängliga djungler, långt från mänsklig verksamhet. Det nya rymdteleskopet James Webb Telescope som ska ersätta Hubbleteleskopet kommer att förläggas i Lagrangepunkt 2, på 1,5 miljoner kilometers avstånd från Jorden, med en stor skärm riktad mot Solen/Jorden, dels för att slippa bruset från Jorden och för att kunna reflektera bort värmestrålningen från Solen.

Vill man sända längre än till/från geostationär bana, gäller det att ha a) större riktantenner, b) kryogeniskt kylda mottagare med lägre brus, c) högre sändareffekter och d) mottagaren på en brusfri plats (gärna naturreservat, eller helst Månens baksida).

Vad är det som bråkar i rymden?

Vi har en väldigt stark radiosändare mitt i solsystemet, men även smärre föremål som exempelvis Jupiter är duktiga på att störa på radio. Jupiter strålar så starkt på kortvågsbandet att den kan höras på Jorden. Solen stör så kraftigt på interplanetär radio att man inte kan kommunicera med rymdskepp som befinner sig i dess närhet. När Mars befinner sig på andra sidan solen från Jorden räknat och alltså är i konjunktion med solen, är all radiokommunikation med marsbilarna och marssatelliterna omöjlig. Det händer var 26:e månad och räcker ungefär en vecka.

Men än värre är det med den kosmiska strålningen, högenergetiska partiklar av alla sorter som slår tvärs igenom satelliten och orsakar olika typer av fel. De allra flesta laddade partiklar kommer från solvinden och består av elektroner och protoner som solen kastat ut. Energierna kan vara ofattbart stora och ställa till enormt elände i en integrerad krets, när de slår tvärs igenom och drar ett joniserat spår efter sig.

En elektronisk krets som träffas av en tillräckligt energetisk partikel drabbas i det mildaste fallet av en bitflip, då en bit i minnet byter från ett till noll eller tvärtom, en så kallad single event upset (SEU). Det orsakar brus i mätvärden eller får processorn att krascha. Om energin är högre kan enheten bli kortsluten och börja dra mycket ström, en så kallad single event latch-up (SEL). Båda dessa händelser måste detekteras och hanteras, främst genom att alltid ha tre parallella kretsar och rösta fram ett slutresultat. I värsta fall får man starta om.

Den japanska satelliten Nozomi som var på väg mot Mars för att studera planetens yttre atmosfär, jonosfär, magnetfält osv, sändes upp 1998, men drabbades på vägen av en solstorm år 2002 som slog sönder flera styrsystem ombord, med resultat att manöverbränslet hydrazin frös och gjorde all vidare manövrering omöjlig. Bränslet tinade senare, men satelliten var förlorad.