Es ist – etwas überspitzt formuliert – eine Sparübung, bei der Physiker Achim Vollhardt von der Universität Zürich sehr gerne mitmacht. Denn dank der Teilnahme an dem einzigartigen Nasa-Experiment war er so nah an der Orion-Raumkapsel der Artemis-II-Mission dran, wie sonst wohl kaum jemand in der Schweiz.
Zusammen mit weltweit 34 Stationen hilft er der Nasa beim «Downsizing». Sie untersuchen, wie stark der Aufwand schrumpfen darf, damit Objekte wie die Orion Raumkapsel noch zuverlässig geortet werden können. Aber auch geschrumpft bedeutet: eine noch immer ganz ordentlich grosse Antenne.
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Bild 1 von 3. Physiker Achim Vollhardt vor der Antenne, mit der er die Orion-Raumkapsel verfolgte. Die Antenne dient normalerweise der Ausbildung von Studierenden. Bildquelle: SRF.
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Bild 2 von 3. Die Antenne steht auf dem Dach des Physikgebäudes der Universität Zürich auf dem Campus Irchel, hat einen Durchmesser von gut 1,8 Metern und sieht aus wie eine überdimensionierte Satellitenschüssel. Bildquelle: SRF.
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Bild 3 von 3. Mit Motoren wird die Antenne computergesteuert bewegt, sodass sie der Raumkapsel folgen kann. Bildquelle: SRF.
Sie steht auf dem Dach des Physikgebäudes der Universität Zürich – ein Parabolspiegel mit etwas über 1.8 Metern Durchmesser. Ausgerüstet mit Motoren, um die Antenne zu steuern. Denn im Gegensatz zu einem Fernsehsatelliten bewegt sich die Orion-Raumkapsel am Himmel. Die Antenne muss sie laufend verfolgen, um Signale von ihr empfangen zu können.
Die Nasa benutzt dafür Antennen mit mindestens 34 Metern Durchmesser. Die sind sehr leistungsfähig, aber auch ständig überbucht und teuer im Unterhalt. Es wäre deshalb für die Nasa attraktiv, die Ortung der Raumkapsel auszulagern – an Anbieter mit kleineren Schüsseln.
«Wir müssen uns mit der 1.8 Meter Antenne deutlich mehr anstrengen, um die Signale zu empfangen. Wir können auch bloss einen ganz kleinen Teil der Signale empfangen.» erklärt Achim Vollhardt. Dieser kleine Teil sollte aber reichen, um zu sehen, wo sich die Raumkapsel befindet. Das ist unerlässlich für die Navigation. Denn will man eine Raumkapsel in den Weiten des Universums steuern, muss man exakt wissen, wo sie ist.
Dieses «Wo bin ich?» machen wir auf der Erde unter anderem mit GPS Satelliten. Im Weltraum geht das zum Beispiel mittels Messung des Doppler-Effekts.
Diesen Doppler-Effekt nutzt man auch im Weltall. Den Signalton sendet in diesem Fall die Raumkapsel. «Für eine Doppler-Messung sind diese kleinen Antennen gut genug. In der aktuellen Studie wollen wir herausfinden, wie gut die Datenqualität der Doppler-Messung mit kleinen Antennen ist.» erklärt Achim Vollhardt.
Ein «normaler» Computer reicht
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Bild 1 von 3. In der Elektronik-Werkstatt des Physik-Instituts steuert ein ganz gewöhnlicher Computer die Antenne und speichert die Daten. Bildquelle: SRF.
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Bild 2 von 3. Stellt man die Daten grafisch dar, sieht man vor allem das Rauschen. Das Frequenz-Signal der Orion-Kapsel ist nicht besonders stark, kann aber sehr genau verfolgt werden. Es sticht aus dem Rauschen hervor wie ein einzelner Grashalm aus einem gemähten Rasen. Bildquelle: Quelle?
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Bild 3 von 3. Zur Veranschaulichung kann Achim Vollhardt das Signal auch hörbar machen. Bildquelle: SRF.
In seiner Elektronikwerkstatt steht am Ende einer mit Kabeln und Geräten vollgepackten Werkbank ein ganz normaler Computer. Er steuert die Antenne auf dem Dach und speichert, was sie von der Orion-Raumkapsel empfängt. Achim Vollhardt macht die Daten hörbar. Damit sich das Signal vom rauschen abhebt, verändert er seine Tonhöhe künstlich. Dieses Signal hat die Raumkapsel einen Tag vor ihrer Rückkehr gesendet.
Wenn Zürich aber vom Mond wegschaut, gibt es keinen Kontakt zur Kapsel und kein Signal. Darum braucht es ein weltweites Netz dieser kleineren Antennen. Messen mehrere Bodenstationen gleichzeitig, kann berechnet werden wo sich die Kapsel befindet, und wohin sie fliegt. «Es ist beeindruckend, mit wie wenig Ressourcen der Empfang von solchen Signalen überhaupt möglich ist. Und es macht Spass, mit Studierenden daran zu arbeiten.»
Bevor die Nasa entscheidet, ob – und an wen – sie Navigationsaufträge auslagert, muss sie nun untersuchen, ob die aufgezeichneten Daten überhaupt gut genug sind. Ob also gespart werden kann, wird sich erst nach der Datenauswertung in einigen Monaten zeigen.
