Was macht Philae?

Wotan

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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 [SUP] [*1][/SUP] 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.

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Wotan

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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!
 

Wotan

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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 Antenneo 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... :cool:
 
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Spock

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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.
 
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Wotan

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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. :cool:
 

Wotan

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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.

LanderS-Band LinkOrbiter
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/Subsystems/Communication/Antennas/S-Band-Patch-Antenna#fragment-4
und hier den S-Band Transceiver:
http://www.syrlinks.com/en/products/s-band-transceiver-ttc-microsatellites.html


als nächstes schauen wir einmal auf die Philae Antennen... :cool:
 

Wotan

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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.... :cool:



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Wotan

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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 …. :cool:
 

Wotan

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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? … :cool:

Beitrag mit Bild und Text
 

Wotan

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Die Position nach der Drehung

Ende im Gelände? Verschlimmbesserung?
Hallo Doge,
Philae hat bis jetzt schon einiges ausgehalten, da ist es wahrscheinlich das er weiter tickt solange er Energie bekommt.
Nur ohne Kommunikation werden wir es nicht erfahren. :(

Es gibt gar nicht so viele unterschiedliche Positionen die Philae einnehmen könnte:

  • 1. Philae steht auf dem Landegestell und hat drei Beine auf dem Boden. So war es geplant.
  • 2.1 Philae liegt schräg und das Landegestell hat Bein 1 und 2 auf dem Boden.
  • 2.2 Philae liegt schräg und das Landegestell hat Bein 2 und 3 auf dem Boden.
  • 2.3 Philae liegt schräg und das Landegestell hat Bein 3 und 1 auf dem Boden.
  • 3. Philae steht auf dem Kopf und das Landegestell ragt komplett nach oben.
  • 4. Dann gibt es noch die Möglichkeit das der Lander irgendwie auf den CONSERT-Antennen liegt.
Die Consert-Antennen sind die an den schrägen Flächen angebrachten langen Stab-Antennen. Das Consert Experiment benutzt einen Frequenzbereich (90 MHz und 8 MHz) der Materie leichter durchdringen kann und wird nicht so einfach durch Hindernisse verdeckt wie es bei den Kommunikations-Antennen (S-Band 2,5 bis 2,69 GHz) der Fall ist. Durch einschalten des Consert-Signals könnte überprüft werden ob Philae noch tickt, da große Reichweite.

Rosetta hat sich erneut den Kometen angenähert und befindet sich seit einigen Tagen in der theoretischen Sendereichweite der Philae-Antennen. :confused:
 

Dgoe

Gesperrt
Hallo Wotan,

es kann ja auch sein, dass Philae nicht auf ebenem Grund steht, wie herum auch immer, sondern irgendwie seitlich in einem Loch steckt. Vielleicht stand er auf Kippe und es ging noch weiter abwärts nach seiner Bewegung. Oder die Bewegung hat ihn so versetzt, dass die Antenne jetzt genau vor einen Felsen liegt, bzw unter einem Vorsprung.

Hoffe, dass man aus irgendeinem Winkel noch mal was von ihm hört.

Gruß,
Dgoe
 

Herr Senf

Registriertes Mitglied
Gutes Gerücht bei raumfahrer.net:
Philae soll sich letzte Nacht 10 sec gemeldet haben (1x finische Quelle)

Grüße Senf
 

Wotan

Registriertes Mitglied
kurzer Zwischenbericht zur Nachrichtenlage

...Philae soll sich ... gemeldet haben (1x finische Quelle) ...

Auf finnischen Seiten wurde über einen Kontakt zu Philae berichtet. Danach wurden 51 Datenpakete übertragen, die allerdings keine sinnvollen Informationen enthalten haben.


Wie sind diese Datenpakete aufgebaut?
Wie kann man fehlerhafte Datenpakete erkennen?

Packet Telemetry

Die Pakete bestehen aus einem Paket Kopf (paket header) und einem Datenfeld dessen Länge variable ist und im Paketkopf festgelegt wird.
Hier eine Zusammenfassung, Details können der Packet Telemetry Standard PSS-04-106 der ESA entnommen werden.

Der Paketkopf besteht aus 48 Bit [1. word] [2. word] [3. word]
Eine # steht für ein Bit und kann eine 0 oder eine 1 enthalten.
Ein 16 Bit word steht in [eckigen Klammern] .

[### # # ########### ] [ ## ############## ] [ ################ ] [1. Daten] [n. Daten]

[1. word] enthält:
Die Versionsnummer.
Der Type des Pakets Telemetrie oder Telekommando (Daten oder Steuerbefehle)
Data Field Header Flag
und es gibt die IP des Pakets also die Quelle wo das Paket her kommt.
Quellen können sein: SESAME, Anchor, MUPUS usw.

[2. word]
Segmente Kontrolle

soll eine größere Datenmenge übertragen werden, so wird diese in Segmente zerlegt und mit mehreren Datenpaketen übertragen. Bilder zum Beispiel.

[3. word]
hier ist die Länge der Pakete gespeichert. Die Paketgröße ist variabel und wird hier festgelegt, für jedes Paket.

[4. word]
hier beginnen die zu übertragenden Daten.


[n. word]
zum Schluß wird noch eine Fehlererkennung angehängt.
Bei der Datenübertragung können Fehler auftreten ein Bit kann umkippen dann steht dort auf einmal eine 1 statt einer 0 oder umgekehrt. Solche Fehler werden mit Hilfe der Paket Error Control Daten erkannt. Der Reed-Solomon-Code ist ein beliebtes verfahren zur Fehlererkennung.
Siehe Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Reed-Solomon_error_correction


Besonders bei den Telekommandos ist die Fehlererkennung wichtig.
1988 wurde der Satellit Fobos I durch ein Bitfehler abgeschaltet. Ein völlig intakter Satellit ging verloren weil ein Übertragungsfehler nicht erkannt wurde. Seit dem ist man sorgfältiger mit der Datenübertragung und der Fehlererkennung. ;)
 

Dgoe

Gesperrt
Hallo Wotan,

immerhin heißt ein Lebenszeichen, das da prinzipiell noch was geht. Nicht ganz ende im gelände.

Wenn man mit dem Orbit noch variiert, und den peu à peu optimiert, dann besteht ja noch Hoffnung.

Just my 2 c.
Dgoe
 

pane

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Wollten die nicht ungefähr jetzt das ganze Rosettaprogramm beenden?

mit freundlichen Grüßen
pane
 

ralfkannenberg

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Wollten die nicht ungefähr jetzt das ganze Rosettaprogramm beenden?
Hallo pane,

ich meinte, die Mission sei verlängert worden bis ungefähr September 2016 und wird dann mit der "Landung" der Rosetta-Muttersonde, die auf dem Kometen aber nur wenige Pond wiegt, abgeschlossen.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Kibo

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1988 wurde der Satellit Fobos I durch ein Bitfehler abgeschaltet. Ein völlig intakter Satellit ging verloren weil ein Übertragungsfehler nicht erkannt wurde.

Wozu zum Teufel baut man in einen Satelliten eine Funktion zum endgültigen Abschalten mit ein?!
 

Wotan

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Wozu zum Teufel baut man in einen Satelliten eine Funktion zum endgültigen Abschalten mit ein?!

Hallo,

es macht schon Sinn das Komponenten ein und ausgeschaltet werden, Energiemanagement oder beim Raketenstart oder umschalten zwischen redundanten Systemen usw.

Ein fiktives vereinfachtes Beispiel:
Ein Satellit hat 2 Antennen zur Kommunikation mit der Erde, Antenne A und B.
Man möchte zur weiteren Kommunikation von Antenne A nach B wechseln.
Es wird eine Befehlssequenz gesendet: Antenne B einschalten und Antenne A abschalten.
Wenn der erste Befehl auf Grund eines Übertragungsfehlers nicht ausgeführt wurde der zweite A abschalten wurde aber ausgeführt. Dann war es das, der Satellit kann keine Befehle mehr empfangen, da beide Antennen ausgeschaltet sind. ;)

Natürlich werden heute solche Übertragungsfehler erkannt, siehe weiter oben bei der Packet Telemetry.

Beispielhaft für die Überwachungssysteme eines Satelliten beschreibe ich ein Watchdog verfahren.
Der Bordcomputer bekommt die Aufgabe nach einer erfolgreichen Kommunikation einen Timer zu starten meinetwegen 42 h. Findet innerhalb dieser 42 h eine neue Kommunikation satt wird der Timer wieder auf 42 h gesetzt. Läuft der Timer aus da in der Timerzeit keine Kommunikation stattgefunden hat wird das Kommunikationssystem mit den Grunddaten neu gestartet.

Das Watchdog verfahren ist also ein Zeitfenster innerhalb dem eine Reaktion der zu überwachenden Komponente erfolgen muß, sonst geht man von einer Störung aus und reagiert dem entsprechend.
So kann auch der Bordcomputer selbst überwacht werden, dann wird nach der Timerzeit der Bordcomputer neu gestartet.
 
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