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Thema: Was macht Philae?

  1. #1
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    Standard Was macht Philae?

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    Nun ist die Umlaufbahn von 67P/Churyumov-Gerasimenko auch Philaes Orbit.
    Begleiten wir den Lander auf seinen letzten aktiven Weg, bis das Elektrolyt in seinen Batterien kristallisiert. Wenn Tschurjumow-Gerassimenko in ca. 6 Jahren wieder vorbeischaut wird Philae immer noch drauf stehen aber der Lander wird ziemlich Passiv sein.
    Pfeifen wir einmal auf die Deutungshoheit der ESA [*1] und ersetzen fehlende Informationen einfach durch Hypothesen. Spekulieren wir so nahe an der Realität wie wir können. Denn die Rosetta-Mission ist es wert genauer hinzuschauen auch wenn man bei der Informationspolitik der ESA lieber wegschauen möchte.


    *1 Das war, mit Rücksicht auf das Niveau des Forums, extrem freundlich formuliert.

    ------
    Grüße
    Wotan

  2. #2
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    Standard was macht Philae?

    Aufgrund der Kometenaktivitäten in Sonnennähe begab sich Rosetta auf eine entferntere sichere Umlaufbahn und hat Philae verlassen. Nach dem sonnennächsten Punkt der Kometenbahn, im August, entfernt sich der Komet von der Sonne und die Aktivitäten werden abnehmen. Rosetta kann sich nun wieder näher heran wagen und nach Philae lauschen.

    Alle warten auf den nächsten Kontakt.

    Nomen est omen
    Der Lander Philae ist nach dem Obelisk von Philae benannt.
    Der Obelisk von Philae ist auch auf dem falschen platz gelandet, er steht aktuell im Vorgarten von Kingston Lacy in Großbritannien, er sollte eigentlich in Ägypten vor einem Tempel stehen. In GB macht der Informationsaustausch als Wegweiser keinen Sinn. Vermutlich funktioniert dort auch die Kommunikation mit den Göttern nicht. Denn das war die Aufgabe des Obelisken, er war Wegweiser zum Tempel und diente zur Kommunikation mit den Göttern. Philae ist auch auf dem falschen Platz gelandet und die Kommunikation funktioniert nicht, Nomen est omen (der Name ist ein Zeichen).

    ESA
    Rosetta mit Philae ist eine ESA Mission, da brauch man sich nicht wundern wenn Philae nicht kommuniziert. Die Kommunikation mit Philae ist halt wie bei der ESA üblich. Die Daten und Bilder sind vorhanden aber es kommt nichts raus!
    Grüße
    Wotan

  3. #3
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    Standard Kommunikation mit Philae

    Kommunikationsarchitektur
    Phiale kann nicht direkt mit einer Bodenstation auf der Erde kommunizieren, es wird einen Relaistation (Rosetta) benötigt. Warum ist das so?

    Schauen wir uns einmal die Richtcharakteristik von Antennen an.
    Als einfachen Vergleich nehmen wir einen Gartenschlauch. Mit einem Gartenschlauch kann man weit spritzen wenn ein gebündelter Strahl eingestellt ist, man muß aber genau zielen. Stellt man den Gartenschlauch auf Sprühnebel muß man nicht besonders zielen aber man kommt nicht sehr weit. So ist das auch bei Antennen.
    Ein Beispiel: Bei der Kommunikation mit einem Handy ist es ganz egal wie man das Handy hält oder in welche Richtung das Handy zeigt. Die Antenne vom Handy ist ein Rundstrahler, wie der Sprühnebel vom Gartenschlauch man muß nicht zielen, reicht aber nur wenige km. Damit man mit der ganzen Welt kommunizieren kann verbindet sich das Handy mit einer Relaistation (oder Basisstation). Oft befinden sich Stationen an erhöhten Standorten damit sie eine gute Reichweite haben.
    Siehe: https://de.wikipedia.org/wiki/Basisstation
    https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Mobilfunkmobirp.jpg
    Quelle: Wikipedia
    Die länglichen Gebilde, an den Stationen, sind Sektorantennen, meist 3 Stück auf einer Ebene. Diese Antennen bedienen einen Sektor von ca. 120 Grad. Im Gartenschlauchvergleich ist das etwas zwischen gebündelten Strahl und Sprühnebel ein aufgefächerter Strahl.
    Oft sieht man an den Antennenmasten runde Töpfe, das sind Richtfunkantennen die sind, mit ihrer Richtcharakteristik, ganz genau auf ein Gegenstück ausgerichtet. Das ist der gebündelten Strahl mit dem man genau zielen muß für große Entfernungen.

    Nun weiter mit Philae und Rosetta.
    Philae sendet seine Daten an Rosetta (Relaistation) und Rosetta leitet die Daten zur Erde weiter.

    [P]o----S-Band---->o[R](-------------X-Band-------------------->){Erde}
    Philae hat Antennen auf seinem Dach die mit Ihrer Charakteristik einen Bereich oberhalb von dem Lander bedienen. Diese Antennen können nicht gesondert ausgerichtet werden, ähnlich wie Sektorantennen, sie senden einfach in die vorgegebene Richtung. Rosetta muß sich im Bereich der Philae Antennen befinden um Daten zu empfangen (Funkslot).
    Rosetta richtet einen Parabolspiegel so aus das die Richtcharakteristik genau auf die Erde zielt und kann so Daten zur Erde senden.


    ~
    ~ ~~~ ~
    ~ ~~~~~~~ ~
    ~ ~~
    o[R](-------------------------. . . ----------------------->){Erde}
    ~ ~~~ ~ ~
    ~ ~~ ~
    ~
    o~
    [P]
    / | \
    [P] Philae [R] Rosetta
    o S-Band Patch Antenne o Antenne für Philae
    ( Parabolspiegel
    ~~ Sendebereich von Philae --- Sendebereich von Rosetta zur Erde

    Die Verbindung Rosetta – Erde funktioniert recht gut, Probleme gibt es bei der Verbindung Philae – Rosetta. Da schauen wir noch einmal genauer hin...
    Geändert von Wotan (18.11.2015 um 18:01 Uhr)
    Grüße
    Wotan

  4. #4
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    Standard

    Das "Bild des Tages" hier erinnert daran, Philae landete vor 1 Jahr auf dem Kometen.

    Würde Philae denn noch funktionieren, oder sind die Battarien schon hinüber?
    Wird denn Rosetta wieder in den Funkbereich von Philae gesteuert? Die Position des "orbitalen Empfangsberiches" (nenne das mal so) dürfte ja bekannt sein, da es ja Kontakt zu Philae nach der Landung gab.
    Geändert von Spock (20.11.2015 um 11:19 Uhr)

  5. #5
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    Standard

    Zitat Zitat von Spock Beitrag anzeigen
    Würde Philae denn noch funktionieren, oder sind die Battarien schon hinüber?
    Philae hat ja schon ohne Batterien funktioniert, nach seinem Winterschlaf auf dem Kometen. Da ist Philae nur mit Sonnenenergie hochgefahren und hat Funkkontakt aufgebaut, das war im Juni, Juli 2015. Um die Batterien zu laden müssen diese auf eine Betriebstemperatur gebracht werden.

    der Arbeitsbereich der SBat ist:
    0 bis +45 Grad Celsius für den Ladevorgang
    +15 bis + 25 Grad Celsius für das Ladeoptimum
    -30 bis +60 Grad Celsius für den Entladevorgang

    Wird denn Rosetta wieder in den Funkbereich von Philae gesteuert?
    Da gibt es ein Problem, befürchte ich. Aber dazu später mehr...
    erst möchte ich die Kommunikations-Einzelheiten erkunden.
    Grüße
    Wotan

  6. #6
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    Standard Kommunikation mit Philae im Detail

    Verbindung Philae - Rosetta
    Die Philae Sender sind für einen Entfernung bis zu 150 km konzipiert. Die Daten werden über einen S-Band Transceiver und eine 1 dBi Patch Antenne empfangen und gesendet.
    Es werden 2 Verbindungen über jeweils eigene Frequenzen aufgebaut, der Telecommand-Link die Verbindung für die Steuerbefehle und der Telemetry-Link hier sendet der Lander seine Telemetriedaten. Es ist eine Voll-duplex Verbindung, es können gleichzeitig Daten empfangen und gesendet werden. Die empfangenen Daten werden von dem Transceiver zum Datenverarbeitungssystem weitergeleitet und das Datenverarbeitungssystem überträgt die zu sendenden Daten an den Transceiver.

    Lander S-Band Link Orbiter
    CPU<---> Transceiver
    –----- Telemetriedaten –--->
    <----- Steuerbefehle ---------
    Transceiver <--->CPU
    Vereinfachtes Blockschaltbild der Datenverarbeitung und Kommunikationswege von Philae und Rosetta. Voll-duplex Verbindung, gleichzeitig empfangen und senden.

    CPU, Datenverarbeitungssystem
    Transceiver, Transmitter=Sender und Receiver=Empfänger
    S-Band 2,5 bis 2,69 GHz

    Das redundante Kommunikationssystem ist quer-verschaltet (cross-linked) um eine möglichst hohe Betriebssicherheit der Kommunikation sicherzustellen. Transceiver 1 kann wahlweise mit Antenne 1 oder 2 arbeiten und Transceiver 2 genauso.

    Wer das einmal nachbauen möchte, hier gibt es die Antennen:
    http://www.sstl.co.uk/Products/Subsy...nna#fragment-4
    und hier den S-Band Transceiver:
    http://www.syrlinks.com/en/products/...atellites.html


    als nächstes schauen wir einmal auf die Philae Antennen...
    Grüße
    Wotan

  7. #7
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    Standard Die Antennenposition auf Philae.

    Um die S-Band Patch Antennen zu finden steigen wir Philae aufs Dach und schauen uns den Lander von oben an.


    Siehe Bild: Philae von oben betrachtet.
    Bildquelle: Wotan, künstlerische Darstellung

    Auf dem Dach sehen wir in Richtung 11 Uhr SD2 den Bohrer gleich im Uhrzeigersinn daneben ein Teil der SESAME Instrumente , dann folgen Solarzellen. Auf 12 und 6 Uhr rechteckige Absorberflächen. Zwischen 1 und 5 Uhr weitere Solarzellen. Genau in der Mitte befindet sich die Kaltgasdüse, die ihre Rückstoßkraft zentral in den Lander einleiten sollte um kein Drehmoment zu erzeugen.
    Unter 7 und 8 Uhr sehen wir die beiden Antennen. Die runden Antennen haben eine quadratische Montagefläche und befinden sich beide auf einer rechteckigen Platte, nebeneinander positioniert. Das ist etwas ungewöhnlich denn typischerweise sucht man für redundante Bauteile auch eine räumliche Trennung. Bei nebeneinander montierten Antennen besteht die Gefahr, der gemeinsamen mechanischen Beschädigung oder das der Sendebereich beider Antennen gleichzeitig verdeckt wird.

    Schauen wir uns einmal Positionierungen von redundanten Antennen bei anderen Satelliten an....



    Beitrag mit Bild und Text
    Grüße
    Wotan

  8. #8
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    Standard Vergleich der Philae Antennenanordnung mit anderen Raumfahrzeugen

    Vergleichen wir einmal die Philae Antennenanordnung mit Rosetta. Der Orbiter ist mit redundanten Low Gain Antennen (LGA) quadrifilar helix Antennen ausgestattet. Diese Antennen haben eine Richtcharakteristik und müssen auf das Ziel ausgerichtet werden. Die Position dieser Antennen ist einmal das Dach und einmal der Boden von Rosetta und jeweils die gegenüber liegende Seite, so weit voneinander entfernt wie möglich. Die weiteren S- und X-Band Antennen lassen wir erstmals unberücksichtigt.

    [o] . . . . . . . . .
    . . . . . . . . . . .
    . . . . . . . . . . .
    . . . . . . . . . . .
    . . . . . . . . . [o]
    Satellitenansicht.
    Vergleich mit den Satelliten Alsat-1B, Deimos-1, SSTL100 usw.
    Bei mit baugleichen Antennen bestückte Satelliten, die eine quadratische Grundfläche haben, liegen die Patch Antennen diagonal gegenüber mit möglichst großer Entfernung von einander. Patch Antennen dargestellt als [o].
    Zum Vergleich noch einmal die Antennenanordnung auf Philae.
    Merken wir uns: Bei den meisten Satelliten sind die redundanten Antennen mit großen Abstand montiert und nicht nebeneinander wie bei Philae.
    http://astro.netz-24.de/Media/201511/Philae-1-320.jpg
    Siehe Bild: Philae von oben betrachtet.
    Bildquelle: Wotan, künstlerische Darstellung

    Als nächstes, schauen wir uns einmal die Lage von Philae an, nach dem Abwurf und der Landung. Hier speziell die Ausrichtung der Antennen ….
    Grüße
    Wotan

  9. #9
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    Standard Die Position nach der „Landung“

    wir alle kennen folgendes Bild. Philae steht auf einer Ebene, um ihn herum überwiegend Sand oder Staub und einige kleine Brocken. Die Solarzellen glänzen im Sonnenlicht, das MUPUS Experiment ist gerade im Einsatz und der Bohrhammer bohrt den Kometen an.

    Das Bild kann man getrost vergessen das hat es nie gegeben, die Variante das Phiale schräg im Dreck liegt kommt der Realität schon näher.

    Siehe Bild: Rosetta im Sternbild Orion und Philae am Hang.
    Bildquelle: Wotan, künstlerische Darstellung

    Trotzdem konnten die meisten Experimente gestartet werden, einige Stunden wurde mit der Energie aus den Batterien gearbeitet und es wurden Daten übertragen. Das Problem war damals die ungenügende Stromproduktion der Solarzellen, Philae lag am Hang und die wichtigsten Solarpaneels waren durch den Hang im Schatten nur der Balkon, die Arbeitsplattform, zeigte in Richtung Sonne. Der Balkon ist die einzige Seite die keine Solarzellen besitzt, auf der Balkonseite befinden sich die Bohrer und die meisten Experimente, die Antennen befinden sich ebenfalls auf dieser Seite.
    Der letzte Befehl vor dem abschalten war drehen, Philae sollte sich soweit drehen das die Solarzellen zukünftig besser zur Sonne ausgerichtet sind.

    Was hat sich noch durch die Drehung verändert? …

    Beitrag mit Bild und Text
    Grüße
    Wotan

  10. #10
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    Was hat sich noch durch die Drehung verändert? …
    Ende im Gelände? Verschlimmbesserung?

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