Mondfunk

Der Mond rückt wieder in den Mittelpunkt der Menschheit – hierfür braucht es Funkverbindungen

Mondfunk auf allen Kanälen …

… mit EME, LTE, Laserlink, Satelliten, Amateurfunk und noch mehr. Viele Möglichkeiten der Funkverbindung Erde – Mond ermöglichen spannende Möglichkeiten für Raumreisende, Forscher und neuerdings auch Privatleute, SpaceStartUps oder Funkamateure.

Funkverbindung vom, zum und über den Mond

Funkverbindung Erde-Mond (Infografik: PTScientists.com)

Mondfunk, das ist eine breite Palette von Anwendungen und Möglichkeiten.

• Funkverbindung (Daten, Sprache) von der Erde zum Mond
• Funkverbindung (Daten, Sprache, Videolifestream) vom Mond zur Erde
• Funkverbindung auf dem Mond: Astronaut <–> Mondrover <–> Lander/Mondlandefähre
• Funkverbindung über den Mond: der Mond als Reflektor
• Umlaufverbindung von und zu Mondsatelliten im Mondorbit
• Umlaufverbindung von und zum Mondraumschiff im Mondorbit

Mondfunk in der Raumfahrt

Ohne Funk keine Raumfahrt – irgendwie müssen ja Satelliten, Astronauten, Raumschiffe, Sonden etc. in Kontakt bleiben. Rauchzeichen dürften schlecht gehen bzw. ausgehen, Brieftauben abstürzen (nein, damit ist keine legendäre Punkband gemeint), eine Telefonleitung würde sich x-fach um die Erde wickeln. Lichtsignale …? Nun ja, alles nicht so optimal. Nur der Funk funktioniert!

Wichtige Kanäle:

• Datenübertragung: Telemetrie & Command
• Bildübertragung
• Video-/Fernsehübertragung
• Sprechfunk

Der Telemetrie-Kanal übermittelt wichtige Sensorendaten und Parameter des Raumschiffs, der Astronauten, des Rovers, Satelliten an die Bodenstation: Temperatur, Flugdaten, Ausrichtung im Raum … Über den Commandkanal übermittelt die Leitstelle Funkbefehle zur Fernsteuerung: Kurskorrektur, Landesequenz, Ausrichtung, Bordkamera … Über einen HD-Breitbandkanal können hochauflösende Fotos/Videos zur Erde gesendet oder gar gestreamt werden.

Besondere Herausforderungen

Die Funkverbindung Mutterschiff Erde – Raumschiff Mond hat einige Besonderheiten:

• Entfernung – große Bodenstationen auf der Erde für weniger Energiebedarf und Sendergewicht am Mondfahrzeug
• Mondstaub, zerklüftetes Gelände: Reflexionen, Interferenzen bei den Funksignalen
• Signallaufzeit nicht ganz Echtzeit: einfach 1,3 sec. hin- und zurück 2,6 sec, was der Operator einkalkulieren muss
• brauchbare Frequenzen
• Erddrehung > weltweit verteilte Bodenstationen
• Mondstellung überm Horizont nach Jahreszeit: Bodenstationen auf Nord- oder Südhalbkugel
• Dauer des Mondtages bzw. der Mission
• Funkschatten auf der Rückseite des Mondes

Bodenstationen

Aufgrund der Erddrehung ist ein Netz von weltweit verteilten Bodentstationen nötig. Sie müssen so verteilt sein, dass die Funkverbindung nahtlos übergeben werden kann. Daher gibt es weltweit ein Netz an Bodenstationen, die von verschiedenen Betreibern und Raumfahrtagenturen unterhalten, betrieben und geteilt werden. CubeSat-Missionen benötigen naturgemäß kleinere Anlagen als Deep-Space-Missionen zu den Grenzen unseres Sonnensystems.

20 m-Spiegel der Bodenstation Bochum: Große Empfangsanlagen auf der Erde ermöglichen kleine Antennen und Funkanlagen auf dem Mond. Das gibt dem Mondfahrzeug „Luft“ und Raum für andere wichtige Komponenten.

Funkpeilung und Navigation

Wichtig ist eine Funkpeilung für die Navigation, wo sich das Raumschiff im Raum befindet. Auch das geht nur über Funkwellen.

Mondfunk in der Forschung

Forscher senden regelmäßig Laserstrahlen zum Mond und messen die Entfernung Erde-Mond. Künftig sollen Laserlinks auch als Funkstrecken zwischen Erde und Mond dienen. Daran arbeiten Wissenschaftler seit einiger Zeit. Mit den Daten, die Mondsonden und -Satelliten zur Erde senden, können Forscher unseren Trabanten noch besser kennenlernen.  Das ist auch für die Allgemeinheit spannend. So funkte der Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) aus seinem Mondorbit deutliche sichtbare Fahrzeugspuren der Apollo-Missionen zur Erde. Der „European Student Moon Orbiter (ESMO) war eine Mondmission europäischer Raumfahrtstudenten zur Vertiefung ihrer Kenntnisse „am lebenden Objekt“. Eine eigene Projektgruppe beschäftigte sich mit der Funkverbindung. Das Radom Raisting am Ammersee sollte als eine Bodenbasisstation dienen und wurde entsprechend ertüchtigt.

Mondfunk und Amateurfunk

Der Mond bietet spannende Funkgelegenheiten auch für den Amateurfunk, vom klassischen Erde-Mond-Erde-Funk bis hin zu Mondsatelliten mit Amateurfunkfracht, die 2018 starten sollen. Ambitionierte Funkamateure tracken sogar die chinesische Mondsonde und konnten 1989 den Funkverkehr der Apollo-Mondkapsel mitverfolgen.

Ab 2018 geht der Amateurfunk zum Mond!

2018, also fast zum halbjahrhundertlichen Jubiläum der hyst… äh: historischen Mondlandung, sollen gleich 2 Amateurfunksatellitenprojekte zum Mond starten.

Als „Ham moon missions“ sind geplant:

• 2 chinesische Lunar Amateur Radio Satellites DSLWP-A1/A2
• AMSAT-NA  5 – 10 GHz lunar transponder als Payload der Heimdallr-Mission

Die chinesische Mission dürfte für Funkamateure besonders spannend werden: ein offener Telecommand-Kanal erlaubt Funkamateuren, Befehle an die Bordkamera zu senden und Fotos vom Mond oder der Erde runterzuladen.

Chinesische Mondsonde, QRZ

Amateurfunker haben nicht nur die Mondlandung mitverfolgt (s. u.), sondern tracken auch Raumsonden und Mondmissionen. Funkamateure von uhf-satcom.com haben Signale vom chinesischen Mondrover Yutu auf 8,462 GHz empfangen, ebenso von der Landeeinheit Chang’e 3. Sie konnten so zeigen, dass der Rover die elends kalte und sonnenenergielose Mondnacht überlebt hat. Im Forum raumfahrer.net trackt ein Funkamateur die chinesische Mondsonde Chang’e 5T1 am L2-Punkt.

Hallo Erde, hier Mond!

Ich wünschte, ich wäre mitgeflogen … oder hätte über den Äther damals dabei sein können. Denn Funkamateure konnten den Funkverkehr zwischen dem Apollo-Raumschiff und der Bodenstation mitverfolgen! Berichtet hier DJ8OT:

Direkte Strippe zur Apollo-Raumkapsel. WDR-Reportage über den Funkamateur DJ8OT (Screenshot: YouTube/WDR)

Funkverbindung Erde-Mond-Erde (EME)

„Moon Bouncing“ nennen Funkamateure die Technik, den Mond als Reflektor für Funksignale zu verwenden.

Bei Funkamateuren sehr beliebt. Der Mond quasi als Relaisstation, genauer als Reflektor. Über den Mond als Umlenkspiegel sind kontinentübergreifende Funkverbindungen zw. Australien und Europa möglich.

Entwickelt hatte die Methode das US-Militär. So konnten über den Mond Funkfernschreiben zwischen Pearl Harbor und Washington ausgetauscht werden – lange bevor es Satelliten gab. Die Methode bewies auch, dass Funkwellen die Ionosphäre durchdringen können. Bislang ging man aufgrund der Reflexionen im Kurzwellenbereich aus, dass die elektrisch aufgeladene Ionosphäre die Erde funktechnisch quasi „abkapselt“. Durch den Beweis, dass die Ionosphäre gnädigerweise doch Funkwellen durchlässt, in jede Richtung, wurde die Basis für Radioastronomie gelegt und für die Raumfahrt. Kommunikation mit Satelliten und Raumfahrzeugen wäre also möglich, wusste man nun.

Mondsatelliten können auch als Relais dienen. Sind aber umlaufend und nicht stationär.

 LTE-Netz auf dem Mond?

Gag oder genial? Vodafone möchte mit der Makerbude PTScientists, einem Space-Startup, auf dem Mond ein VLTE-Funknetz etablieren. Über die Ernsthaftigkeit eines solchen Vorhabens kann man nur mutmaßen. Denn: Kritiker bemängeln, Vodafone solle doch erstmal auf der Erde für ein flächendeckens LTE-Signal sorgen  😛

Der Audi Lunar Quattro-Rover vor dem NASA-Mondauto. 4 Räder und Funkantennen haben beide, doch zwischen der Technologie von einst und heute liegen Welten. (Fotocollage: Audi/PTS)

Eins ist klar – einen gewissen PR-Effekt konnte Vodafone auf der Cebit hier für sich verbuchen. Und die Idee, das eigentlich für irdische Fahrzeugkommunikation geplante neue VLTE auf 2 Mondrover zu übertragen, hat schon einen gewissen Reiz und Charm. Denn der Mond beflügelt unsere Phantasie und dient als Reflektor nicht nur für Funksignale, auch für unsere Sehnsüchte und Wünsche.

Die Funkbedingungen auf dem Mond unterliegen ganz eigenen Reizen und Gesetzen. Die extrem feinesandige und irreguläre Mondoberfläche sorgt für unerwartete Reflexionen und Interferenzen. Auf der Erde beträgt die Reichweite von Fahrzeug zu Fahrzeug um die 300 m. Auf dem Mond: unbekannt.

Die beiden Roverchen mit dem schillernden Sponsornamen „Audi Lunar Quattro“ (Link zu Spacebusiness) dürften sich also immer nur als Duo fortbewegen, Hand-in-Hand. Die Landeeinheit soll als Basisstation dienen.

Auf der Erde stimmen sich Rudeltiere durch Lautsignale ab – das Roverrudel auf dem Mond soll durch VLTE von Vodafone in Kontakt bleiben.

Die Mondlandung funkt es ins Fernsehen

An der Mondlandung konnten dank der Funkübertragung vom Mond zur Erde Milliarden Menschen teilhaben. In Deutschland wurden die spektakulären Aufnahmen z. B. in den Radomen Raisting und Bochum empfangen und ins BRD-Fernsehen weiter übertragen. Möglich machte das ein ausgefeiltes Funksystem vom Mond bis zur Erde. Sicherlich, der Flug zum Mond und die Landung waren spektakulär und meisterlich. Doch das Funksystem war es auch. Große Bodenstationen wurden weltweit für diese Mission errichtet. Und ohne dem ausgeklügelten Funksystem wäre die Mondlandung nicht möglich gewesen.

Der Bordkomputer des Mondschiffs war ein besserer Taschenrechner und ohne unterstützende Rechenleistung von der Erde, übertragen durch Funk, hätten einige Operationen nicht durchgeführt werden können. Apollo 13 wäre ohne Funkunterstützung von der Erde verloren gewesen.

Nicht nur die Bevölkerung staunte, auch Funkamateure kamen auf ihre Kosten und konnten den Funkverkehr zwischen dem Apollo-Raumschiff und der Bodenstation mitverfolgen.