Wie können Sie die Kommunikations- und Navigationssysteme von Raumfahrzeugen für die Punktlandung auf anderen Planeten optimieren?

1 Orbitale Relais-Satelliten

Eine Möglichkeit, die Kommunikations- und Navigationssysteme eines Raumfahrzeugs zu verbessern, ist die Verwendung von orbitalen Relaissatelliten, die Signale zwischen dem Raumfahrzeug und der Erde weiterleiten können. Diese Satelliten können mehr Abdeckung, Bandbreite und Redundanz als direkte Verbindungen bieten und den Stromverbrauch und die Antennengröße des Raumfahrzeugs reduzieren. Zum Beispiel der Mars Reconnaissance Orbiter der NASA (MRO) und Marsatmosphäre und flüchtige Entwicklung (EXPERTE) Satelliten fungieren als Relaisknoten für den Rover Perseverance und den Hubschrauber Ingenuity.

2 Optische Kommunikation

Eine weitere Möglichkeit, die Kommunikations- und Navigationssysteme eines Raumfahrzeugs zu verbessern, ist die optische Kommunikation, bei der Laserstrahlen anstelle von Radiowellen zur Datenübertragung verwendet werden. Die optische Kommunikation kann höhere Datenraten, geringere Interferenzen und eine bessere Sicherheit als die Funkkommunikation bieten sowie Gewicht und Strom sparen. Zum Beispiel die Deep Space Optical Communications der NASA (DSOC) Das Projekt zielt darauf ab, die optische Kommunikation von einer Raumsonde, die den Mond umkreist, zu einer Bodenstation auf der Erde zu demonstrieren.

3 Terrain Relative Navigation

Eine dritte Möglichkeit, die Kommunikations- und Navigationssysteme eines Raumfahrzeugs zu verbessern, ist die Verwendung der relativen Geländenavigation, bei der Onboard-Kameras und Sensoren verwendet werden, um die Oberflächenmerkmale des Zielplaneten mit einer vorinstallierten Karte zu vergleichen. Die relative Navigation im Gelände kann es dem Raumfahrzeug ermöglichen, Gefahren zu vermeiden, seine Flugbahn anzupassen und einen geeigneten Landeplatz zu finden, ohne sich auf externe Signale oder Befehle verlassen zu müssen. Zum Beispiel nutzte der NASA-Rover Perseverance die Terrain-Relativ-Navigation, um sicher im Jezero-Krater auf dem Mars zu landen.

4 Künstliche Intelligenz

Eine vierte Möglichkeit, die Kommunikations- und Navigationssysteme eines Raumfahrzeugs zu optimieren, ist der Einsatz künstlicher Intelligenz, die autonome Entscheidungs-, Lern- und Anpassungsfähigkeiten bereitstellen kann. Künstliche Intelligenz kann dem Raumfahrzeug helfen, mit Unsicherheiten, Anomalien und Notfällen umzugehen und das menschliche Eingreifen und die Latenz zu reduzieren. So wird beispielsweise die ESA-Mission PROBA-3 künstliche Intelligenz nutzen, um zwei Satelliten zu koordinieren, die in Formation fliegen, um eine künstliche Sonnenfinsternis zu erzeugen.

5 Software-Defined Radio

Eine fünfte Möglichkeit, die Kommunikations- und Navigationssysteme eines Raumfahrzeugs zu verfeinern, ist die Verwendung von Software Defined Radio, das seine Frequenz, Modulation und sein Protokoll je nach den Bedürfnissen und Bedingungen der Mission ändern kann. Software-Defined Radio bietet mehr Flexibilität, Interoperabilität und Skalierbarkeit als hardwarebasiertes Radio und ermöglicht Software-Updates und -Upgrades. Zum Beispiel das SCaN-Testbed der NASA auf der Internationalen Raumstation (ISS) ist eine softwaredefinierte Funkplattform, die neue Technologien und Standards testen und validieren kann.

6 Quanten-Navigation

Eine sechste Möglichkeit, die Kommunikations- und Navigationssysteme eines Raumfahrzeugs zu verbessern, ist die Quantennavigation, die Quanteneigenschaften von Licht und Materie nutzt, um Position, Geschwindigkeit und Orientierung zu messen. Die Quantennavigation kann mehr Genauigkeit, Empfindlichkeit und Robustheit bieten als die klassische Navigation und die Abhängigkeit von externen Signalen oder Referenzen eliminieren. Zum Beispiel Chinas Quantenexperimente im Weltraummaßstab (FRAGE) Mission ist ein Quantenkommunikations- und Navigationssatellit, der verschränkte Photonen erzeugen und verteilen kann.