Suche nach einem Thema für eine GFS in Astronomie mit einem Bezug zur Informatik?
Hallo zusammen,
ich bin Schüler eines Technischen Gymnasiums in der Jahrgangsstufe 2 und plane, meine GFS im Fach Astronomie zu halten. Dabei möchte ich einen Bezug zu meinem Profilfach, Informationstechnik und Informatik, herstellen. Leider fällt mir kein passendes Thema ein, das Astronomie und Informatik auf interessante Weise kombiniert.
Ein Thema, das mich interessiert hat, ist die Datenübertragung und die verwendeten Netzwerkprotokolle in der Weltraumforschung. Dabei wollte ich erklären, wie Daten von Raumsonden und Satelliten zur Erde übertragen werden, welche Netzwerkprotokolle dabei verwendet werden und welche Herausforderungen und Lösungen es für die Datenübertragung über große Entfernungen gibt. Leider konnte ich dazu keine geeigneten Quellen oder Paper im Internet finden.
Daher meine Frage: Könnt ihr mir andere interessante Themen vorschlagen, die Informationstechnik/Informatik und Astronomie miteinander kombinieren?
Vielen Dank im Voraus für eure Hilfe!
4 Antworten
Raumsonden besitzen kein Netzwerk. Die sind so weit weg, dass Netzwerkprotokolle extrem ineffizient würden.
Im Internet wird ein Paket gesendet und dann auf eine Bestätigung, dass es Fehlerfrei angekommen ist gewartet. Kommt keine Antwort oder es wird gemeldet, dass die Daten "kaputt" sind, dann wird das Paket wiederholt.
Das kann man bei Raumsonden deren Signale viele Minuten braucht nicht machen, damit würde man nur wenige Pakete pro Stunde senden können und müsste die sehr lange zwischenspeichern.
Die Voyager Sonden haben kein RAM wie man es von einem PC kennt. Die speichern ihre Daten auf ein Magnetband. Das Band startet und stoppt dann mit jeder Messung der Sensoren und Meldungen des Computers. Sind alle Daten beisammen, dann wird das Band sehr langsam abgespielt um die Daten zu übertragen,
Je langsamer die Übertragung, desto weniger SNR (Signal to Noise Ratio) braucht man um die Bits zu identifizieren.
Am Anfang lief das Band noch recht schnell und lieferte 21,5 Kilobit pro Sekunde. Derzeit läuft es auf der langsamsten Geschwindigkeit und liefert nur noch 160 Bits pro Sekunde.
Eigentlich wäre die Raumsonde schon seit vielen Jahren außer Reichweite, aber durch bessere Radioteleskope und dem Einsatz moderner digitalen Möglichkeiten Signale die eigentlich im Rauschen untergegangen sind zu identifizieren und zu rekonstruieren ist es trotzdem möglich Daten zu empfangen. Das war als die Sonden gestartet wurden völlig undenkbar.
Werden Signale gesendet und es gibt keinen Rückkanal (digitales Radio und Fernsehen) werden Korrekturdaten mit geliefert. Gehen nicht zu viele Bits kaputt, kann man die korrekten Bits der Nutzdaten ausrechnen.
Protokolle können frei gewählt werden. Die Voyager Sonden haben keinen Computer im modernen Sinne, die können weder Korrekturdaten für die Rekonstruktion kaputter Bits generieren noch irgendwelche aufwändigen Protokolle senden.
Im Prinzip senden die eine auffällige Bitfolge die nicht in den Nutzdaten auftreten kann, dann eine Nummer die angibt welcher Art die folgenden Daten sind (z.B. Nummer des Sensors der die Daten liefert) und dann einfach die Daten. Das wird dann für jede Datenquelle wiederholt.
Wie das funktioniert, das kannst Du nachlesen wo die Funktionsweise von Disketten erklärt wird. Da ist das gleiche Problem. Hier muss das Laufwerk erkennen können wann ein Sektor anfängt und welche Nummer der hat. Daraufhin folgt dann einfach der Inhalt des Sektors. Dazu muss ermittelt werden wie schnell die Daten genau rein kommen, man braucht eine Möglichkeit der Taktrückgewinnung. Man muss ja wissen welches Bit wann gesendet bzw. gelesen wird.
Auch die ISS hat keinen "Netzwerkanschluss". Die senden ihre Daten klassich nur in eine Richtung. Mit viel Tricks haben die dann einen Weg ermöglicht Internetdaten durch diese Art der Kommunikation hindurch zu tunneln. Wie das geht kann man in diesem hochinteressanten Video am Ende sehen:
https://www.youtube.com/watch?v=1I3dKEriVl8
Das Starship ist da ganz anders. Das hat richtigen Internetanschluss und zwar per Starlink. Deswegen konnte man beim letzten Flug auch hochauflösende Livebilder vom Starship im Internet gucken. Für diese Datenmenge hätte die ISS etwa 18 Monate gebraucht um die ins Internet hoch zu laden.
Wenn das Starship aber irgendwann einmal außerhalb des Erdorbits sein wird, dann wird das auch keinen "Internetanschluss" mehr haben und ist dann auf Funkübertragungen die keinen Live-Rückkanal haben angewiesen - wie alle anderen Sonden auch.
Interessehalber habe ich mal meinen Kopf und eine Suchmaschine angestrengt und das gefunden . Vielleicht passt das ja
Zumindest das folgende sieht technisch aus
was ich mir vorstellen könnte, dass man (Du musst das Rad ja nicht neu erfinden) programmieren könnte, wann die Planeten des Sonnensystems das nächste mal in einer Reihe/Linie stehen
Mir würden dann noch Simulationsprogramme für Weltraum einfallen: Ganz klassisch der Bewegung/Sternenhimmel, aber auch Physik und Planen von Weltraummissionen.
Irgendwo in dem Vortrag wird so ein beliebtes Simulationsprogramm/Spiel gezeigt und etwas erläutert:
https://koeln.ftp.media.ccc.de/events/gpn/gpn13/gpn13-raumschiffe-fliegen.mp4
Es wurde auch mal ein früher Computer einer Weltraummission digital (auf FPGA) nachgebildet. Die NASA hat dann sogar auch mit geholfen. Ich denke, dass das Projekt (von dem ich gehört habe) das hier ist: https://www.curiousmarc.com/space/apollo-guidance-computer ... wobei das dann sehr Informatiklastig ist.