Kommunikation i rymden

Den huvudsakliga kommunikationen i solsystemet idag sköts av den amerikanska rymdmyndigheten NASA (National Aeronautics and Space Administration) och på god andra plats kommer den europeiska organisationen ESA (European Space Agency). Med allt minskande resurser följer därefter ungefär ryska Roscosmos (Федеральное космическое агентство России), kinesiska rymdflygstyrelsen CNSA (China National Space Administration, 国家航天局), japanska JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency, 独立行政法人宇宙航空研究開発機構) och indiska ISRO (Indian Space Research Organisation, लुढ़का अंतरिक्ष अनुसंधान संगठन). Alla dessa har flugit en farkost till Månen. Flera av organisationerna har också egna bärraketer.

Tro inte att Indien längre är ett fattigt land vars primära kännetecken är heliga kor på gatorna. De har skickat en egen satellit till Månen och en till Mars. Läs min artikelserie om månvandraren Chandrayaan-1, länkad under "Läs mer" på sista sidan. Notera att det fanns svenska instrument med ombord till Månen. Fortsätt läsa om Raj Hazra, en indisk universitetsstudent från Calcutta som idag är Intels chef för teknisk databehandling och chef på Intels superdatordivision. Indien är kort och gott ett land att räkna med på rymdsidan framöver.

Sverige är också en rymdspelare. SSC (Swedish Space Corporation) eller vardagligare Rymdbolaget administrerar rymdbasen Esrange som har daglig kontakt med en mängd satelliter som man har underhållsansvar för. Den svenska satelliten Astrid II styrdes helt från en radiostation på Rymdbolagets tak i Solna. Det var den svenskutvecklade satelliten Smart-1 som ESA flög till Månen år 2003 och kraschade med en smäll i ett månberg år 2006.

Vad sänder man?

Sändningar i rymden försiggår främst på mikrovågsfrekvenser, eftersom riktantennerna måste ha rimliga storlekar. Ju kortare våglängd, desto bättre riktverkan med en antennspegel av given storlek. Riktverkan betyder allt i rymden.

Det finns fler än 2 000 kommunikationssatelliter i bana runt Jorden just nu, med allehanda arbetsuppgifter. Att hjälpa till med radiokommunikation, sända tv, navigation, väderspaning, militära funktioner, nollgravitationsexperiment, satellittelefoni, rymdteleskop, gravitationsexperiment och så en bemannad rymdstation.

Rymdbaserade datanätverk är vardagsmat. Ett exempel är det satellitbaserade spårningsnätet Orbcomm som kan skicka och ta emot data i 2,4 respektive 4,8 kbps till och från exempelvis mindre forskningssatelliter vi sitt eget satellitnätverk på 137–150 MHz, och skicka data vidare till jordiska kunder via Internet. Och det är ingen liten affär. Orbcomm har omkring 500 000 abonnenter.

Iridiumsatelliterna kommunicerar direkt med jordiska mobiltelefoner från cirka 780 kilometers höjd. Varje satellit kan samtidigt hantera 1 100 telefoner med 2,4 kbps i bandet 1 618–1 625 MHz, men växlar samtal emellan satelliterna på Ka-bandet i 10 Mbps. Förbindelsen till de fyra markstationerna sker i bandet kring 20 GHz.

Inmarsat-satelliterna är stora som stadsbussar och har mängder av kommunikationskanaler, främst för marin kommunikation. Det rör sig huvudsakligen om röstkommunikation och textmeddelanden, men numera är även dataförbindelser på upp till 492 kbps möjligt. De huvudsakliga användarna är fartyg på haven, men även journalister och hjälporganisationer i katastrofområden sänder epost och video. Satelliterna befinner sig i geostationär bana (GEO) på 36 000 kilometers höjd över jordytan.

För att nu inte nämna de 32 GPS-satelliterna, som sänder på mellan 1,2 och 1,5 GHz mot Jorden hela tiden. GPS-satelliterna ligger på en höjd av 20 000 kilometer över jordytan (MEO) och sänder med ynka 25 watts uteffekt, vilket ger en signalstyrka på –130 dBm på Jorden, i stil med det vanliga bruset. Det går inte fort att sända med så låg signalstyrka. Överföringens kapacitet är 50 bitar per sekund och ett helt meddelande om 37 kilobit tar 750 sekunder att sända. USA är ingalunda ensamma om att ha system för satellitnavigation. Ryssland, Europa, Kina, Indien och Japan har, eller planerar sina egna system.

Och så tv-satelliterna. Det är ena bestar i sammanhanget. En typisk tv-satellit ligger i geostationär bana på 36 000 kilometers höjd och sänder ett antal tv-kanaler direkt till Jorden på antingen 3-4 GHz (S-bandet) eller 10-11 GHz (Ku-bandet), för det mesta digitala varianter. En typisk sådan satellit, Eutelsat 70, har 48 transpondrar som kan återsända massor av individuella tv-kanaler. Satelliten arbetar med en total uteffekt av 12 kilowatt fördelat över transpondrarna.

Vart sänder man?

De allra flesta satelliter ligger i Low Earth Orbit (LEO). Det gör även Internationella Rymdstationen ISS på 400 kilometer och Iridium på 781 kilometer. LEO omfattar höjder kring 200–2 000 kilometer, där 500-700 kilometer är den vanligaste höjden och kan räknas som korthållskommunikation. Har man tur kan man kommunicera med ISS med en vanlig handhållen sändare. Iridiumtelefoner är naturligtvis också handhållna.

Medium Earth Orbit (MEO) är höjder på 8 000–18 000 kilometer och används av olika kommunikationssatelliter och GPS-satelliterna.

Geostationary Earth Orbit (GEO), eller geostationär bana befinner sig på precis 35 786 kilometers höjd. Där placerar man tv-satelliter, vädersatelliter och andra kommunikationssatelliter som ska ligga still på samma ställe över Jorden hela tiden. 100 kilometer utanför den geostationära banan har man en skrotbana (graveyard orbit) dit man skickar uttjänta GEO-satelliter för att dö.

Men det är pluttavstånd, avsedda för kommersiella tjänster. För vetenskapligt bruk kommunicerar man ofta med satelliter kring Månen på 400  000 kilometers avstånd, eller Mars på 200 miljoner kilometers avstånd. Satelliten Rosetta, som just nu snurrar kring kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko, träffade på kometen och började sända bilder från ett avstånd på en miljard kilometer. Cassini snurrar kring Saturnus på 1,5 miljarder kilometers avstånd. Men det är inget. New Horizons, som just svischat förbi Pluto, sänder glatt hem till Jorden från 4,8 miljarder kilometer. Pytt. Det är väl inget. Voyager 1 som sändes upp för 38 år sedan, har hunnit 19,8 miljarder kilometer från Jorden. Den sänder inte många bitar per sekund, men förbindelsen fungerar trots allt.

Radiosfären är det område i rymden dit våra mänskliga radiosändningar bör ha hunnit, sedan mänskligheten började sända radio. Det hände för cirka 110 år sedan, så de första radiomeddelandena bör ha hunnit 110 ljusår ut, vilket innefattar ett antal kända exoplaneter. De första sändningarna var inte mycket att ha, men för 74 år sedan började vi med tv och kraftiga sändare. Tv-sfären har alltså 74 ljusårs radie. Tyvärr är uteffekten för låg för att utomjordingarna på dessa avstånd ska kunna höra sändningarna, såvida de inte har en hejans mottagare.

Beklagligtvis sänder vi inte längre några användbara signaler till ET, för våra digital-tv-sändare sänder idag krypterade signaler som är omöjliga att skilja från brus. Och brus vill ingen ET lyssna på. Brus slänger man förmodligen bort i sökandet efter intelligent signaler. Kanske vi gör oss själva en otjänst. Eller en tjänst, om man får tro Stephen Hawking, Bill Gates med flera, som är rädda för utomjordingar.

Men mänskligheten har varit äventyrligare än så. År 1974 konstruerade astronomerna Carl Sagan och Frank Drake ett radiomeddelande (The Arecibo Message) som mycket kortfattat beskrev Jorden, dess position, mänskligheten och Areciboteleskopet på 210 byte och skickade detta från sagda Areciboteleskop med 10 bitar per sekund i riktning mot stjärnhopen M13. Dit beräknas det nå fram om 25 000 år. För att säkert nå rymdskepp vid solsystemets gräns behövs en uteffekt på 20 kilowatt och en parabolantenn med 70 meters diameter. Frank Drake använde Areciboteleskopets radarsändare på en megawatt och antennen på 305 meter. Kanske signalstyrkan är tillräcklig för att M13-ianerna ska kunna höra det, men förmodligen inte.