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Die Voyager Sonden

Die Voyager-Sonden sind zwei baugleiche Raumsonden, die als Voyager 1 und Voyager 2 das äußere Planetensystem durchqueren. Im Rahmen des Voyager-Programms sammeln sie seit 1977 Daten aus dem äußeren Sonnensystem.

Die Entwicklungsgeschichte der Sonden

Die Voyager-Sonden sind Nachfolger der aus Kostengründen gestrichenen Raumsonden des „Thermoelectric Outer Planets Spacecraft“-Projekts (TOPS). Die Konstrukteure übernahmen daraus etliche der für TOPS entwicketen neuen Technologien. Sie hofften durch diese Technologien auf eine Missionsverlängerung. Der Bau der beiden Voyager-Sonden begann Mitte 1975.

Aufbau der Sonden

Die Voyager-Sonden bestehen im Wesentlichen aus einer zentralen, ringförmigen Aluminium-Zelle, die im Querschnitt zehneckig ist und einen Großteil der Elektronik beherbergt. Sie ist 0,47 m hoch und hat einen Durchmesser von 1,78 m. Auf ihr ist eine Parabolantenne mit einem Durchmesser von 3,66 m angebracht. Der Großteil der wissenschaftlichen Instrumente ist an einem 2,5 m langen Ausleger installiert. Die zentrale Zelle ist um den Hydrazin-Tank herumgebaut und in zehn einzelne Abteile mit einer Breite von je 0,43 m aufgeteilt. Die Sonde wiegt insgesamt 825,5 kg, wovon 104,8 kg auf wissenschaftliche Instrumente entfallen.

Energieversorgung der Sionden

Aufgrund der schnell wachsenden Distanz zur Sonne nach dem Start waren Solarzellen zur Energieversorgung generell nicht geeignet. Als Alternative wurden daher drei Radionuklidbatterien verbaut, die mit Hilfe von auf Silizium-Germanium basierenden Thermoelementen die durch die spontanen Kernzerfälle verursachte Wärme in elektrische Energie umwandeln können. Die Batterien sind daher je mit 4,5 kg des Isotops Plutonium-238 befüllt, das eine Halbwertszeit von 87,7 Jahren hat und während des Zerfalls α-Strahlen emittiert. Eine einzelne Batterie befindet sich in einem Beryllium-Gehäuse, das 0,5 m lang ist, einen Durchmesser von 0,4 m hat und 39 kg wiegt. Zum Zeitpunkt des Starts standen 470 Watt bei einer Gleichspannung von 30 Volt zur Verfügung. Aufgrund des radioaktiven Zerfalls sinkt diese Leistung seit dem Start pro Jahr um 0,78 % ab. Da die Thermoele- mente mit der Zeit ebenfalls verschleißen, liegt der reale Energie- verlust bei etwa 1,38 % pro Jahr. Aus diesem Grund müssen immer mehr wissenschaftliche Geräte und Funktionen abgeschaltet werden, um genug Energie für die Kontroll- und Kommunikationssysteme bereitzustellen.

Die Batterien sind an einem Ausleger befestigt, damit die Bordele- ktronik und die wissenschaftlichen Experimente möglichst wenig durch Strahlung beeinflusst werden. Dies gilt insbesondere für die Bremsstrahlung, die beim Eindringen der α-Teilchen in die Batterieummantelung entsteht und auch aufwändige Abschirmungen bis zu einem gewissen Grad durchdringen kann

Komunikation der Sonden

Praktisch die gesamte Kommunikation mit der Sonde wird über die auffällige Parabolantenne abgewickelt, die auf der zentralen Zelle montiert ist und aus einem Graphit-Epoxid gefertigt ist. Sie besitzt einen Durchmesser von 3,66 m und weist im X-Band einen Anten- nengewinn von 48 dBi auf, im S-Band 36 dBi. Da sie nur begrenzt beweglich ist, muss die Sonde genau auf die Erde ausgerichtet werden, um eine Verbindung aufbauen zu können. Zur Datenüber- tragung werden zwei Frequenzbänder eingesetzt: Das S-Band (2295 MHz) und das X-Band (8418 MHz). Für beide Bänder sind jeweils zwei Sender vorhanden, die zusammen 44 kg wiegen und nicht parallel betrieben werden können (sie dienen primär als Backup).

Das S-Band wird nur zum Senden und Empfangen von Kommandos oder kleinen Datenpaketen genutzt, da die Datenrate bei nur 60 bis 160 Bit/s liegt. Die beiden Sender besitzen eine Abstrahlleistung von je 9,4 und 28,3 Watt und wurden sekundär auch zur Durchleuchtung von Planetenatmosphären verwendet. Als Backup ist auch eine Antenne mit niedrigem Antennengewinn vorhanden (7 dBi). Über das X-Band werden praktisch alle wissenschaftlichen Daten übertragen, da hier eine wesentlich höhere Datenrate (2,5 bis 115,2 kBit/s) verfügbar ist. Die geringste mögliche Transferrate liegt bei 10 Bit/s.

Zur Fehlerkorrektur wurden der Golay- und Reed-Solomon-Code implementiert. Der Golay-Code sendet zu jedem Bit ein zusätzliches Korrektur-Bit, so dass die Bandbreite effektiv halbiert wurde. Das Reed-Solomon-Verfahren sendet nur alle 6 Bit ein Korrektur-Bit, so dass er im Falle eines Ausfalls des X-Bands eingesetzt worden wäre, um mit dem wesentlich langsameren S-Band noch praktikable Transferraten zu erreichen. Trotz der im Vergleich zu früheren Missionen deutlich höheren Datenraten kam es zu spürbar weniger Übertragungsfehlern. Es folgt eine Tabelle mit den genauen Kenndaten der einzelnen Kommunikationssubsysteme.

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by Klaus     www.mysterylands.eu