Radio Science

Die Radio-Science (RS) Technik stellt ein wichtiges Werkzeug der Weltraumforschung dar. Sie untersucht:

• Frequenz und Phase,
• Amplitude,
• Polarisation und
• Laufzeit

eines Radiowellen-Trägersignals, welches von einer Raumsonde ausgesendet wird, sich im interplanetaren Raum ausbreitet und auf der Erde empfangen wird.

Die Änderungen der Parameter des Radiosignals entstehen durch

• die relative Bewegung zwischen Raumsonde und Bodenstation (klassischer Dopplereffekt),
• die Ausbreitung in neutralen und ionisierten Medien (Atmosphären, Ionosphären und koronales Plasma),
• die Ausbreitung in einer kosmischen Staubumgebung,
• die Reflexion an Planetenoberflächen und
• Effekte der Allgemeinen Relativitätstheorie.

Jede Weltraummission ist über Radiowellen in Kontakt mit den Bodenstationen auf der Erde. Kommandos für Manöver werden mit großen Sendeantennen zur Raumsonde gesendet (Uplink) und ebenso sendet die Sonde gespeicherte Informationen und wissenschaftliche Daten zurück zur Bodenstation (Downlink). Zusätzlich werden dabei regelmäßig Messungen der Entfernung (Ranging) und der Geschwindigkeit (Doppler) der Raumsonde durchgeführt.

Kernstück der Radio-Science-Ausrüstung an Bord eines Raumfahrzeuges ist der redundante, phasenkohärente Transponder, der in den beiden Betriebsarten Ein- oder Zwei-Wege-Modus (one- or two-way-mode) bei zwei unterschiedlichen Frequenzen (z. B. S-/X-Band) betrieben werden kann.
Von grosser Bedeutung ist weiterhin ein ultrastabiler Oszillator (ultra stable oscillator, USO), der zusätzlich zum Betrieb im Ein-Wege-Verfahren benötigt wird sowie die Hochgewinn-Antenne (High-Gain-Antenna, HGA) des Satelliten, die als Hauptsende- und Empfangsinstrument dient. Alle für RS wichtigen Signale werden über diese Antenne abgestrahlt bzw. empfangen.

Beteiligungen an Radio Science Experimenten auf

• Mars Express (MaRS)
• Venus Express (VeRa)
• Rosetta (RSI)
• JUICE (3GM)
• Marco-Polo-R (RSE)
• New Horizons (REX)