Raumfahrt: Ein Internet für den Mars
Was wäre, wenn der Mars sein eigenes Internet hätte? Mit dieser Frage beschäftigen sich verschiedene unabhängige Forschungsgruppen. Sobald die ersten Menschen auf dem Mars landen, werden sie auch miteinander und mit der Erde kommunizieren müssen.
Bisher senden die sich auf dem roten Planeten befindenden Rover Funksignale zu einem Satellitennetzwerk, das den Gesteinsplaneten umkreist: das Mars-Relay-Network(öffnet im neuen Fenster). Es besteht aus den Raumsonden MRO (Mars Reconnaissance Orbiter(öffnet im neuen Fenster)), TGO (Exomars Trace Gas Orbiter(öffnet im neuen Fenster)), Maven (Mars Atmosphere and Volatile Evolution(öffnet im neuen Fenster)), Mars Odyssey(öffnet im neuen Fenster) und Mex (Mars Express(öffnet im neuen Fenster)).
Die Informationen von der Marsoberfläche werden über Antennen an die Orbiter übertragen. Wenn dieser Orbiter keine Sichtverbindung zur Erde hat, kann er die Informationen so lange aufbewahren, bis er die Verbindung erhält. Die Daten werden dann zur Erde weitergeleitet, wo leistungsstarke, über den ganzen Globus verteilte Funkantennen ständig nach Pings aus dem tiefen Weltraum lauschen.
Bei der Kommunikation zwischen Erde und Mars kommt es jedoch zur Zeitverzögerung. Eine Nachricht, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, benötigt für eine einfache Strecke zwischen vier und 24 Minuten. Der direkte Kontakt mit der Erde unterliegt damit gewissen Herausforderungen.
Funktürme für den Mars
Vincent Chan vom MIT (Massachusetts Institute of Technology) forscht an Glasfaser- und Satellitenkommunikation. In der lokalen Kommunikation am Boden sieht er laut Sciencenews(öffnet im neuen Fenster) keine Herausforderung. Eine Marsbesatzung kann mithilfe von Funkfrequenzen und bestehenden drahtlosen Technologien kommunizieren. Zwei Mini-Mobilfunktürme würden ausreichen, wenn die Astronauten nahe beieinander sind.
Wenn die zukünftigen Mitglieder einer Marsbesatzung weiter voneinander entfernt sind, könnte ein Relais eingesetzt werden. Die Nachrichten würden dann über den Horizont hinweg gesendet werden. Diese Technologie ist bereits auf der Erde im Einsatz und sehr wirtschaftlich, erklärt Chan.
Eine große Antenne auf dem Landefahrzeug der Besatzung, die auf die Erde gerichtet ist, wäre wahrscheinlich die allererste Infrastruktur, die die Marsforscher einrichten würden, sagt Chan, aber dann könnten die Dinge schwieriger werden.
24/7-Kommunikation durch Satelliten-Netzwerk
Wenn diese bodengestützte Antenne keine direkte Sichtverbindung zur Erde hat, könnte die Besatzung orbitale Relais ähnlich dem Mars Relay Network nutzen. Jedoch müssten für eine Rund-um-die-Uhr-Abdeckung weitere Orbiter in der Umlaufbahn unseres Nachbarplaneten positioniert werden. Die Nasa hat sich bereits an die US-Raumfahrtindustrie gerichtet, die Kommunikationsrelaisdienste zwischen dem Mars und der Erde bereitstellen sollen.
Auch die europäische Raumfahrtbehörde Esa hat ein ähnliches Programm ausgeschrieben – allerdings für den Mond. Mit Moonlight(öffnet im neuen Fenster) werden private Raumfahrtunternehmen aufgefordert, eine Konstellation von Kommunikationssatelliten rund um den Mond zu errichten. Diese soll auch in Regionen aktiv sein, die keine direkte Sicht auf die Erde haben.
Mit der Raumsonde Lunar Pathfinder(öffnet im neuen Fenster) soll im Jahr 2026 die erste Phase des Programms eingeleitet werden. "Alles, was für den Mond getan wird, hat das Ziel, Menschen und Missionen zum Mars zu bringen", erklärt Tomas Navarro, der Ingenieur für Zukunftsprojekte bei der Esa ist.
Höhere Datenübertragung durch Laser-Kommunikation
Eine Herausforderung dieser Dienste wird die Optimierung zu einer hohen Datenübertragung sein. Die Esa startete dafür ein Projekt für ein robusteres Relais-Netzwerk: Marconi (Mars Communication and Navigation Infrastructure; Infrastruktur für Kommunikation und Navigation auf dem Mars)(öffnet im neuen Fenster). Das Projekt befindet sich derzeit im Frühstadium, doch jede zukünftige Marsmission soll mit der Technologie ausgestattet werden.
Einmal in die Umlaufbahn gebracht, würden diese Nutzlasten als Knotenpunkte für die Funkkommunikation auf und mit dem Mars dienen, erklärt die System-Ingenieurin Claire Parfitt von der Esa.
Zwar reichten herkömmliche Funkfrequenzen für niedrige Datenraten aus, jedoch könnten mit einer Laserverbindung zehn- bis 100-mal so viele Daten in der gleichen Zeit übertragen werden. Das liegt an den hunderttausendmal höheren Frequenzen optischer Wellen im Vergleich zu Radiowellen.
Auf lange Distanz wird die Laser-Kommunikation zum ersten Mal mit der Asteroiden-Mission Psyche der Nasa getestet. Mitte November sendete Psyche Daten aus einer Entfernung von 16 Millionen Kilometern zur Erde. Im Dezember folgte das erste Katzenvideo aus dem All.
Die optische Kommunikation funktioniert somit auch auf langer Distanz. Dennoch muss der schmale Strahl genau auf den Empfänger gerichtet sein – Wolken und atmosphärische Effekte können die Übertragung stören.
Internet für den Mars
Zukünftige Marskolonien wollen jedoch nicht nur mit der Erde kommunizieren. Sie wollen auch vor Ort kommunizieren, sich Bilder oder Sprachnachrichten übermitteln und auf umfangreiche Datenbanken zurückgreifen. Deswegen hat ein Duo der Technischen Universität Berlin eine Flotte von Satelliten vorgeschlagen, die den Mars mit einem eigenen Internet-Ableger versorgen können.
Das vorgeschlagene Mars-Netzwerk(öffnet im neuen Fenster) würde den Starlink-Satelliten von SpaceX ähneln. Auf dem roten Planeten könnte ein solches System billiger und einfacher zu errichten sein als ein ausgedehntes und robustes Netz aus Glasfasern auf dem Erdboden.
Für das vorgeschlagene Mars-Internet-Netzwerk extrapolierte das Duo Konzepte aus dem Edge Computing. Damit werden Informationen in der Nähe des Ortes verarbeitet, an dem sie gesammelt werden. Edge Computing stützt sich im Allgemeinen auf Basisstationen am Boden, um die Daten zu speichern und weiterzuleiten. Als Alternative könnten Satelliten in einer niedrigen Umlaufbahn dienen. Zur flächendeckenden Versorgung müsste die Konstellation aus 81 Satelliten bestehen.
"Man könnte einfach die gleiche Erfahrung machen wie auf der Erde, da alle Daten lokal kopiert werden", erklärt der Cloud-Computing-Experte und Studienautor Tobias Pfandzelter. Astronauten könnten in ihrer Freizeit beispielsweise einen Film streamen. Im Hintergrund können dann die üblichen Up- und Downloads von wissenschaftlichen Daten zur und von der Erde erfolgen. Das Projekt würde dem Marconi-Konzept der Esa ähneln – nur größer.
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