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Langstreckenkommunikation

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  • Langstreckenkommunikation

    Hier nun ein Thread über die heute vorstellbaren Möglichkeiten der Kommunikation über astronomische Distanzen. Ich beziehe mich hierbei auf die Kommunikation von Raumschiff - Bodenstation und Sonde/Fahrzeug - Bodenstation.

    Wissenschaftlich fundierte Vorstellungen:

    1: Ganz altmodisch: die normale Sendeantenne, wie sie jede Sonde an Bord hat. Das Problem bei der Kommunikation über astronomische Distanzen allgemein liegt in der Zeitverzögerung. Als das LEM fröhlich über den Mond tuckerte brauchten die Signale schon (hin und zurück) volle 4 Sekunden. Diese Verzögerung hätte das Fahrzeug gefährden können. Das LEM hatte eine Sperre eingebaut - sobald der Boden sich auffällig stark veränderte blockierten die Reifen, so konnte man verhindern dass es sich selbst in einen Krater manövriert. Ein Funksignal wird mit zunehmender Distanz schwächer und wird mehr und mehr von normalen Hintergrundrauschen überlagert. Bei einer hohen Distanz bräuchte man extreme Sender und seeehr empfindliche Empänger, dies bringt uns zur Theorie 2:

    2: Kommunikationsbaken: Im Gegensatz zu 1 wirklich noch Theorie. Die heutigen Satelliten zähle ich jetzt mal nicht dazu. Ein Raumschiff könnte in regelmäßigen Abständen Kommunikationsbaken aussetzen, welche die ankommenden und ausgehenden Signale verstärken und beschleunigen. Dies ist eine naheliegende Form der Kommunikation, aber eine Bake müsste auch die Position halten können - hier wird es schwierig. Man könnte natürlich eine Bake im freinen All "parken" aber sie müsste permanent mit Manövrierdüsen ihr abtreiben verhindern, auf Dauer ist das keine gut Lösung. Im Endeffekt könnte man die Sonde noch im Orbit eines Planeten (oder etwa vergleichbaren) aussetzen, da sie aber dem Planeten mit seiner Drehung folgt ist eine Kommunikation nur in einen bestimmten Zeitraum möglich, sollte man mehrere Baken auf diese Art unterbringen hat man nur ein winziges Zeitfenster für einen freien Kanal nach Hause. Die Baken könnten ankommende Nachrichten allerdings zwischenspeichern und dann weiterschicken, was jedoch wieder eine Verzögerung bedeuten würde. Die Reichweite der Kommunikation wäre dann ebenfalls abhängig vom Vorrat der Baken an Bord unseres Schiffes.

    3. Kommunikation durch Laserstrahlen: in Ansätzen hat dies bereits funktioniert, allerdings nur vom Erdorbit zu einer Auffangstation. Es könnte möglich sein, bei mittleren Distanzen, Nachrichten zu "morsen". Bei einer höheren Entfernung würde sich der Strahl aber vermutlich zu sehr aufspliten und seine Wirkung verlieren, außerdem dürfte es schwierig sein einen Laserstrahl derartig genau auszurichten.

    Hypothetische Ansätze:

    4. Kommunikation durch Subraum-/Hyperraumfunk: die bevorzugte Kommunikationsart in diversen SF-Welten. Diese Kommunikationsart würde aber die Existenz des noch nicht wissenschaftlich nachgewiesenen Hyperraums vorraussetzen. Die Nachricht wird hierbei in den Hyperraum verlagert, sie ist somit in unserem Raum nicht mehr existent und kann sich selbst mit Überlichtgescwindigkeit bewegen. Es ist also eine Art Warpfeld für das Signal.

    5. Kommunikation durch eine Einstein-Rosen-Brücke:
    Ebenfalls nicht nachgewiesen werden konnten bisher die Einstein-Rosen-Brücken, auch Wurmlöcher genannt. Ich erspare mir jetzt hier eine Erklärung, ich glaube ihr wisst was dies sein soll. Es ist durchaus vorstellbar eine Nachricht (oder ein Schiff) durch ein solches Phänomen zu schicken. Allerdings lässt sich der Ausgangspunkt nicht vorher bestimmen. Falls ein Wurmloch stabil wäre könnte man also im Idealfall nur um die Öffnung herum kommunizieren oder halt eine neue Bakenkette legen. Als Alternative gäbe es da noch das Erzeugen von künstlichen Wurmlöchern (Transwarp, Stargate). Diese Form der Kommunikation ist jedoch deratig spekulativ, dass eine fundierte Beschäftigung mit ihr kaum möglich ist.

    Dies war mein kleiner Vortrag, fallen euch noch weitere denkbare Wege der Langstreckenkommunikation ein?
    "All dies könnte bloß eine aufwändige Simulation sein,
    die in einem kleinen Gerät auf jemandes Tisch läuft."
    (Jean-Luc Picard über das Wesen der Wirklichkeit)

  • #2
    Eine hypthetische Möglichkeit wäre die Kommunikation über Gravitationswellen.
    Diese Variante wäre zwar nicht FTL-fähig, aber durchaus hypothetisch möglich.
    Dazu braucht man aber extrem empfindliche Empfänger... noch schlimmer als mit EM-Pulsen.
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    Even logic must give way to physics. / Sogar die Logik muss sich der Physik beugen. -- Captain Spock, 2293

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    • #3
      Zitat von McWire Beitrag anzeigen
      Eine hypthetische Möglichkeit wäre die Kommunikation über Gravitationswellen.
      Diese Variante wäre zwar nicht FTL-fähig, aber durchaus hypothetisch möglich.
      Dazu braucht man aber extrem empfindliche Empfänger... noch schlimmer als mit EM-Pulsen.
      So weit ich weiß, konnte man Gravitationswellen noch nicht nachweisen. Der Detektor war, glaube ich, ein riesiger an Drähten aufgehängter Aluminumzylinder. Aber ich frage mich erstens, auf welcher Wellenlänge / Frequenz man senden wollte, und wie man das Signal moduliert. Sowohl Frequenz- als auch Amplitudenmodulation dürften schwierig sein.

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      • #4
        Zitat von transportermalfunction Beitrag anzeigen
        So weit ich weiß, konnte man Gravitationswellen noch nicht nachweisen. Der Detektor war, glaube ich, ein riesiger an Drähten aufgehängter Aluminumzylinder. Aber ich frage mich erstens, auf welcher Wellenlänge / Frequenz man senden wollte, und wie man das Signal moduliert. Sowohl Frequenz- als auch Amplitudenmodulation dürften schwierig sein.
        Binärmodulation.. also aus/ein.

        Erzeugen könnten man sie durch Rotation einer möglichst großen Masse um eine andere Masse... man müsste nur einen Weg finden die Welle zu pulsen, sprich zu unterbrechen.
        Je nach Pulslänge kann man dann digitale Signale von einigen kByte/Sekunde erzeugen... für Audio- würde es reichen, für Videosignale eher nicht.

        BTW: Man konnte Gravitationswellen indirekt nachweisen, indem man das Rotationsverhalten zweier sich umkreisender Pulsare erfasst und eine Abnahme der Bahnenergie nachwies, die auf die Abstrahlung von Gravitationswellen hindeutet.
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        • #5
          Zitat von McWire Beitrag anzeigen
          Binärmodulation.. also aus/ein. Erzeugen könnten man sie durch Rotation einer möglichst großen Masse um eine andere Masse... man müsste nur einen Weg finden die Welle zu pulsen, sprich zu unterbrechen.
          Möglichst große Massen heißt dann wohl zwei Neutronensterne oder schwarze Löcher Oder wie groß müsste die Masse minimal sein?

          Zitat von McWire Beitrag anzeigen
          Je nach Pulslänge kann man dann digitale Signale von einigen kByte/Sekunde erzeugen... für Audio- würde es reichen, für Videosignale eher nicht.
          Da bin ich skeptisch, eher für Morsezeichen. An Audio und Video wage ich nicht zu denken. Und dann könnte man noch fragen, ob man Gravitationswellen auch bündeln kann, für einen "schmalen Richtstrahl", z.B. mit Gravitationslinsen, wenn man nicht möchte, dass das ganze Universum mithört.

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          • #6
            Da bin ich skeptisch, eher für Morsezeichen.
            In irgendeiner Buchserie (ich komm einfach nicht drauf welche das war?) die ich mal gelesen habe gab es genau diese Variante. Da waren es über das System verteilte Dronen/Sonden die entsprechende Signal mit sehr geringer Übertragsungsrate erzeugt haben. Die Reichweite war auf 4 Lichtstunden beschränkt (sowas weiß ich noch aber auf das Buch/den Autor komm ich nicht ), diente glaube ich nur Annäherungssensor.
            "Wer Sicherheit der Freiheit vorzieht ist zu Recht ein Sklave"
            (Aristoteles 384 v.Chr. - 322 v.Chr.)

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            • #7
              Zitat von McWire Beitrag anzeigen
              Binärmodulation.. also aus/ein.

              Erzeugen könnten man sie durch Rotation einer möglichst großen Masse um eine andere Masse... man müsste nur einen Weg finden die Welle zu pulsen, sprich zu unterbrechen.
              das fällt unter Amplitudenmodulation (oder auch Amplitudenumtastung, weil das zu modulierende Eigangssignal digital ist): die Trägerwelle, deren Frequenz durch die Rotationsfrequenz der beiden Massen gegeben ist, wird durch das Ein/Ausschalten der Unterbrechung in ihrer Amplitude verändert (Unterbrechung aus: hohe Amplitude, Unterbrechung ein: niedrige oder verschwindende Amplitude).
              Die Frage ist, wie man so eine Unterbrechung realisieren soll.

              Zitat von McWire Beitrag anzeigen
              Je nach Pulslänge kann man dann digitale Signale von einigen kByte/Sekunde erzeugen... für Audio- würde es reichen, für Videosignale eher nicht.
              die Pulslänge ist durch die Trägerfrequenz nach unten beschränkt, da sie nicht kürzer als eine Periodendauer der Trägerfrequenz werden kann. Allerdings kann man statt binären Signalen höherwertige Signale verwenden (mehrere Bits pro Puls), und auf diese Weise eine höhere Übetragungsrate erzielen. Die Signalwertigkeit ist nur durch das Signal-Rausch-Verhältnis begrenzt, nach Shannon gilt für die Übertragungsrate C (in Bit/s) auf einem Frequenzband der Breite B (~ 1/Pulsdauer) bei einem Signal-Rausch-Verhältnis S/N:

              C <= B log_2 (S/N + 1)


              .
              EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :

              Agent Scullie schrieb nach 23 Minuten und 14 Sekunden:

              Zitat von EA-Loyalist Beitrag anzeigen
              2: Kommunikationsbaken: Im Gegensatz zu 1 wirklich noch Theorie. Die heutigen Satelliten zähle ich jetzt mal nicht dazu. Ein Raumschiff könnte in regelmäßigen Abständen Kommunikationsbaken aussetzen, welche die ankommenden und ausgehenden Signale verstärken und beschleunigen.
              vestärken ja, aber nicht beschleunigen, jedenfalls nicht bei Signalen die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Die bekommt man nicht schneller.

              Zitat von EA-Loyalist Beitrag anzeigen
              3. Kommunikation durch Laserstrahlen:
              ist vom Prinzip her nicht von Kommunikation mit Radiowellen verschiedenen, sind beides EM-Wellen. Die stärkere Richtwirkung von Laserstrahlen kann man auch mit Richtfunk erreichen.

              Zitat von EA-Loyalist Beitrag anzeigen
              Hypothetische Ansätze:

              4. Kommunikation durch Subraum-/Hyperraumfunk: die bevorzugte Kommunikationsart in diversen SF-Welten.
              ich würde eher etwas allgemeiner FTL-Kommunikation sagen. Neben hyperraumartigen Lösungen gäbe es da noch die Möglichkeit, dass jedes Signal von einer kleinen Warpblase umhüllt ist, die einen FTL-Transport innerhalb der herkömmlichen Raumzeit erlaubt, oder einfach direkt sich raumartig ausbreitende Signale. Dass diese auf eine imaginäre Eigenzeit führen würde, die für den Signalträger verstreichen müsste, kann man verschmerzen, wenn man annimmt, dass für solche Signale eine Eigenzeit keine Bedeutung hat. Wobei das freilich wieder auf eine nicht-raumzeitliche Natur dieser Signale hindeuten würde, was dann wieder in Richtung Hyperraum ginge.

              Zitat von EA-Loyalist Beitrag anzeigen
              5. Kommunikation durch eine Einstein-Rosen-Brücke:
              Ebenfalls nicht nachgewiesen werden konnten bisher die Einstein-Rosen-Brücken, auch Wurmlöcher genannt.
              nur als kleiner Hinweis: eine Einstein-Rosen-Brücke ist kein Wurmloch, jedenfalls kein passierbares, da sie allenfalls dazu benutzt werden kann, dass zwei schwarze Löcher in dieselbe Singularität führen, siehe

              http://www.scifi-forum.de/off-topic/...ml#post1963817
              Zuletzt geändert von Agent Scullie; 02.03.2009, 14:56. Grund: Antwort auf eigenen Beitrag innerhalb von 24 Stunden!

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              • #8
                Zitat von Agent Scullie Beitrag anzeigen
                das fällt unter Amplitudenmodulation (oder auch Amplitudenumtastung, weil das zu modulierende Eigangssignal digital ist): die Trägerwelle, deren Frequenz durch die Rotationsfrequenz der beiden Massen gegeben ist, wird durch das Ein/Ausschalten der Unterbrechung in ihrer Amplitude verändert (Unterbrechung aus: hohe Amplitude, Unterbrechung ein: niedrige oder verschwindende Amplitude).
                Die Frage ist, wie man so eine Unterbrechung realisieren soll.
                Es ist ein Spezialfall der Amplitudenmodulation, aber für mich ist es eine eigene Modulationsart.. eben eine Pulsmodulation bzw binäre Ein/Aus-Modulation.

                Wie man diese Unterbrechung realisieren kann, ist mir auch nicht ganz klar.
                Wenn man als Gravitationswellengenerator zwei sich umkreisende Neutronensterne nimmt, könnte man als Unterbrecher mehrere andere Massen nehmen, die in weitem Abstand diese Sternenpaar in verschiedenen Flugbahnen umkreisen.
                Damit hätte man zumindestens einen Sender mit einem periodischen und komplexen Grundsignal, was man schon im weitesten Sinne als Langstreckenkommunikation bezeichnen könnte.
                Information könnte man damit aber nur sehr langsam übertragen, indem man die Bahnen der Massen künstlich verändert.

                Zitat von Agent Scullie Beitrag anzeigen
                die Pulslänge ist durch die Trägerfrequenz nach unten beschränkt, da sie nicht kürzer als eine Periodendauer der Trägerfrequenz werden kann. Allerdings kann man statt binären Signalen höherwertige Signale verwenden (mehrere Bits pro Puls), und auf diese Weise eine höhere Übetragungsrate erzielen. Die Signalwertigkeit ist nur durch das Signal-Rausch-Verhältnis begrenzt, nach Shannon gilt für die Übertragungsrate C (in Bit/s) auf einem Frequenzband der Breite B (~ 1/Pulsdauer) bei einem Signal-Rausch-Verhältnis S/N:

                C <= B log_2 (S/N + 1)
                Die Formel ist mir bekannt.l

                Für Audio- oder Textübertragung dürften die relativ hochfrequenten Gravitationswellen eines Neutronenstern-Paares wohl reichen.
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                • #9
                  Zitat von McWire Beitrag anzeigen
                  Es ist ein Spezialfall der Amplitudenmodulation, aber für mich ist es eine eigene Modulationsart.. eben eine Pulsmodulation bzw binäre Ein/Aus-Modulation.
                  Kann man so sehen: Amplitude = 0 und Amplitude = Maximum ergibt was Binäres. Wobei man das sicher nicht so unstetig rauf und runter regeln kann. Da scheint mir eine Frequenzmodulation nicht nachteilig zu sein.

                  Zitat von McWire Beitrag anzeigen
                  Wenn man als Gravitationswellengenerator zwei sich umkreisende Neutronensterne nimmt,
                  Vermutlich sind Neutronensterne besser geeignet als weiße Zwerge oder schwarze Löcher. Letztere sind was ihre Struktur angeht, kaum zu beeinflussen, da ihre wesentlichsten Parameter Masse und elektrische Ladung sein dürften, und aus was die Dinger bestehen weiß der Kuckuck. Weiße Zwerge hingegen sind nicht so kompakt wie Neutronensterne, die ja nur wenige Kilometer Durchmesser haben und deren Rotationsverhalten (Winkelgeschwindigkeit) von Temperatur bzw. Entropie abhängt, die man evtl. beeinflussen kann. Möglicherweise haben Neutronensterne auch eine dünne feste Eisenkruste. Massereiche Neutronensterne sollten auch Hyperonen und Kaonen enthalten, also eine ganz, andere zugänglichere Physik aufweisen als schwarze Löcher.

                  Zitat von McWire Beitrag anzeigen
                  Für Audio- oder Textübertragung dürften die relativ hochfrequenten Gravitationswellen eines Neutronenstern-Paares wohl reichen.
                  Gibt es dazu konkrete Zahlenwerte?

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                  • #10
                    .
                    EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :

                    Agent Scullie schrieb nach 23 Minuten und 14 Sekunden:

                    vestärken ja, aber nicht beschleunigen, jedenfalls nicht bei Signalen die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Die bekommt man nicht schneller.

                    ist vom Prinzip her nicht von Kommunikation mit Radiowellen verschiedenen, sind beides EM-Wellen. Die stärkere Richtwirkung von Laserstrahlen kann man auch mit Richtfunk erreichen.

                    ich würde eher etwas allgemeiner FTL-Kommunikation sagen. Neben hyperraumartigen Lösungen gäbe es da noch die Möglichkeit, dass jedes Signal von einer kleinen Warpblase umhüllt ist, die einen FTL-Transport innerhalb der herkömmlichen Raumzeit erlaubt, oder einfach direkt sich raumartig ausbreitende Signale. Dass diese auf eine imaginäre Eigenzeit führen würde, die für den Signalträger verstreichen müsste, kann man verschmerzen, wenn man annimmt, dass für solche Signale eine Eigenzeit keine Bedeutung hat. Wobei das freilich wieder auf eine nicht-raumzeitliche Natur dieser Signale hindeuten würde, was dann wieder in Richtung Hyperraum ginge.

                    nur als kleiner Hinweis: eine Einstein-Rosen-Brücke ist kein Wurmloch, jedenfalls kein passierbares, da sie allenfalls dazu benutzt werden kann, dass zwei schwarze Löcher in dieselbe Singularität führen, siehe

                    http://www.scifi-forum.de/off-topic/...ml#post1963817[/QUOTE]

                    Zu der Signalbeschleunigung: das hängt von der Sendekapazität der Schiffsantenne ab. Prinzipiell ist aber spätestens bei annährend Lichtgeschwindigkeit Ruhe, da hast du ohne Frage recht.

                    Der Laser: da bin ich skeptisch. Eine Radiowelle trifft bekanntermaßen ein großes Gebiet, ein Laserstrahl ist eine eher lokal wirkende Kraft, wie erwähnt wird es wohl schwierig bei höheren Distanzen die Auffangstation(en) zu
                    treffen.

                    Die Einstein-Rosen-Brücke: Ich kenne diesen Begriff nur als ursprüngliche Bezeichnung für die Idee eines Wurmloches, welches sich dann eher auf das Gesamtkonzept bezieht.

                    ...aber der echte SciFi-Kenner weiß worauf ich hinaus wollte.
                    "All dies könnte bloß eine aufwändige Simulation sein,
                    die in einem kleinen Gerät auf jemandes Tisch läuft."
                    (Jean-Luc Picard über das Wesen der Wirklichkeit)

                    Kommentar


                    • #11
                      Zitat von EA-Loyalist Beitrag anzeigen
                      Zu der Signalbeschleunigung: das hängt von der Sendekapazität der Schiffsantenne ab. Prinzipiell ist aber spätestens bei annährend Lichtgeschwindigkeit Ruhe, da hast du ohne Frage recht.
                      Antennen senden i.d.R. EM-Wellen aus, die breiten sich nicht mit annähernd Lichtgeschwindigkeit aus, sondern mit genau Lichtgeschwindigkeit. Deswegen gibt es da nichts zu beschleunigen.

                      Zitat von EA-Loyalist Beitrag anzeigen
                      Der Laser: da bin ich skeptisch. Eine Radiowelle trifft bekanntermaßen ein großes Gebiet, ein Laserstrahl ist eine eher lokal wirkende Kraft,
                      ein Laser strahlt nur in einen schmalen Raumwinkel, ja, das kann man mit Radiowellen aber genauso machen, und macht es z.B. beim Richtfunk. Da ist die sogenannten Sendekeule sehr stark auf eine bestimmte Richtung fokussiert, ganz ähnlich wie beim Laser. Dass sich eine Radiowelle isotrop in alle Richtungen ausbreitet, trifft nur auf eine Rundumstrahlantenne (z.B. Dipolantenne) zu. Daneben gibt es auch Antennen mit Richtwirkung, etwa Parabolantennen oder Hornantennen.

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                      • #12
                        Wie siehts denn mit verschränkten (glaube so nennt man das) Teilchen aus?

                        Also dieses virtuelle Teilchenpaar, damit hat man doch afaik schon erfolgreich Informationen instantan übertragen.

                        Kommentar


                        • #13
                          Zitat von TwoDoubleThree Beitrag anzeigen
                          Wie siehts denn mit verschränkten (glaube so nennt man das) Teilchen aus?

                          Also dieses virtuelle Teilchenpaar, damit hat man doch afaik schon erfolgreich Informationen instantan übertragen.
                          nein hat man nicht(wird man auch nicht können da Quantenteleportation nun einmal keine Informationen überträgt)
                          I can see a world with no war and no hate.

                          And I can see us attacking that world, because they would never expect it.

                          Kommentar


                          • #14
                            Zitat von EA-Loyalist Beitrag anzeigen
                            Der Laser: da bin ich skeptisch. Eine Radiowelle trifft bekanntermaßen ein großes Gebiet, ein Laserstrahl ist eine eher lokal wirkende Kraft, wie erwähnt wird es wohl schwierig bei höheren Distanzen die Auffangstation(en) zu
                            treffen.
                            Das ist Stand der Technik bei Satellit-zu-Satellit-Kommunikation.

                            Kommentar


                            • #15
                              Zitat von Pyromancer Beitrag anzeigen
                              Das ist Stand der Technik bei Satellit-zu-Satellit-Kommunikation.
                              Das fällt wohl kaum in den Bereich der Langstreckenkommunikation. Die Frage ist, wie man z.B. zwischen zwei Planeten eine Verbindung aufbaut, also mindestens einmal zwischen Erde und Mars, und da habe ich schon so meine Zweifel, dass das mit einem Laser hinhaut, auch wenn das sicher mit einigem Aufwand irgendwie geht.

                              Bei Radiowellen erreicht man aber keine so enge Bündelung, dass der "Strahl" nicht einen beachtlichen Teil der Galaxis "durchleuchtet", während bei einem Laser der Empfänger das komplette Signal absorbieren und aus dem Verkehr ziehen kann. Bei Radiowellen ist mithören fast unvermeidlich. Aber man Antennenkonstruktionen machen, die das bis zu einem gewissen Grad minimieren.

                              Nur, wie das mit Gravitationswellen gelöst werden soll, ist noch weitaus interessanter, selbst in der Theorie.

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