Heute morgen habe ich über einen sehr netten Zeichentrickfilm über die Landung der Raumsonde Philae auf dem Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko geschrieben. Diese Landung war der spektakuläre Höhepunkt der europäischen Rosetta-Mission und sie verlief nicht ganz so, wie es eigentlich geplant war. Die Harpunen, mit denen sich Philae am Kometen verankern sollte, haben nicht ausgelöst und darum ist die Sonde von der Oberfläche abgeprallt und schließlich an einem Punkt zur Ruhe gekommen, der nicht optimal ist. Philae arbeitet mit einer Solarbatterie und braucht Sonnenlicht. Ihr Landeplatz liegt nun aber im Schatten und als der Strom für die ersten Messungen verbraucht war, konnte sie sich nicht mehr weiter aufladen. Philae schläft also seit November 2014 – aber vielleicht wacht sie morgen wieder auf!

So hätte die Landung ablaufen sollen. Es kam anders... (Bild: DLR, CC-BY-SA 3.0)

So hätte die Landung ablaufen sollen. Es kam anders… (Bild: DLR, CC-BY-SA 3.0)

Der Komet kommt der Sonne immer näher; im August 2015 wird der sonnennächste Punkt seiner Bahn erreicht sein. Damit wird es auch immer wärmer auf der Oberfläche und immer mehr Strahlung kann auch Regionen erreichen, die bisher nur wenig Licht abbekommen haben. Langsam könnte also auch Philae wieder genug Strom produziert haben, um ihren Winterschlaf zu unterbrechen. Morgen, am 12. März 2015 wird die Europäische Raumfahrtagentur probieren, ob ein Kontakt mit Philae möglich ist.

Damit das klappt, muss das Innere des Kometenlanders auf jeden Fall auf eine Temperatur von mehr als -45 Grad Celsius erwärmt worden sein. Wenn dann noch die Solarpanele von der Sonne mit mindestens 5,5 Watt versorgt werden (und die Sonde nicht irgendwie sonst defekt ist), dann wacht Philae auf. Die Sonde wird sich in diesem Fall weiter aufheizen und die restliche Energie zur Ladung ihrer Batterie verwenden. Ist Philae wach, dann wartet sie alle 30 Minuten auf ein Signal von Rosetta. Wird dieses Signal registriert, schickt Philae eine Antwort zurück – aber nur, wenn in der Zwischenzeit genug Energie gesammelt wurde, damit sich auch die Sendeeinheit der Sonde aktivieren konnte und dafür braucht sie 19 Watt.

Jede Menge “Wenns” also, und es ist bei weitem nicht sicher, das morgen wirklich ein Kontakt hergestellt werden kann. Es wäre eigentlich eine ziemliche Überraschung, wenn es gleich beim ersten Versuch klappen würde. Es kann durchaus auch sein, dass Philae zwar schon munter ist und Signale empfangen kann, aber noch nicht genug Energie hat, um auch zu antworten. Die ersten Kommandos, die man daher auf die Oberfläche des Kometen schicken wird, werden neue Instruktionen zur optimalen Erwärmung der Sonde sein. Sie werden auch geschickt, wenn man noch keine Antwort von Philae bekommt.

Vorerst werden bis 20. März Kommunikationsversuche mit der Sonde durchgeführt werden. Im besten Fall gibt es eine Antwort, aus der man erfährt, wie der Status von Philae ist. Es kann sein, dass die Batterie wie geplant funktioniert und dann können neue Messungen durchgeführt werden. Es kann auch sein, dass Philae intakt aber die Batterie kaputt und nicht mehr aufladbar ist. Dann kann die Sonde nur dann arbeiten, wenn sie direkt dem Sonnelicht ausgesetzt sind. Momentan sind das laut den Wissenschaftlern bei der ESA knapp 1,3 Stunden während jedes 12,4stündigen Kometentags. Es kann aber natürlich auch sein, dass Philae gar nicht mehr aufwacht.

Was auch immer passiert: Die Mission wird auf jeden Fall weitergehen. Rosetta umkreist den Kometen weiterhin, funktioniert immer noch nach Plan und wenn das so bleibt, wird sie noch mindestens bis Dezember 2015 Daten sammeln. Aber vielleicht kriegt sie dabei ja demnächst wieder Unterstützung von Philae. In den nächsten Tagen wissen wir mehr…

Kommentare (44)

  1. #1 Franz
    11. März 2015

    Was mich daran fasziniert, auf wie viele Eventualitäten die Software darauf schon vorbereitet sein muss. Die haben vermutlich auch so an die 20 Powermodes die ‘geschickt’ geschalten werden. Ich stell mir immer die Spannung der Techniker vor die jetzt eine Sequenz abschicken. Kommt man zwei Minuten später drauf, dass das ein Blödsinn war, dann …. hat man schon mal ein paar Minuten Zeit sich gute Argumente einfallen zu lassen.

  2. #2 Frantischek
    11. März 2015

    Die Angaben in Watt sind ein bisschen ungeschickt finde ich.
    Wie lange muss das Solarpanel denn die 5,5W erzeugen können um Philae aufzuwecken? Das gleiche gilt für die Kommunikation. Wenn nur wenige Minuten am Tag 5,5 bzw, 19 Watt erzeugt werden wird wohl nicht viel laufen.
    Da wären Angaben in Wattstunden besser finde ich.

    Und welche Leistung wird für die Heizung (hat doch eine, oder?) benötigt?

    Wie auch immer. Ich hoffe sehr das die “Auferstehung” klappt und Philae auch noch ein paar Bilder von der Oberfläche machen kann wenn der Komet am aktivsten ist.

  3. #3 Franz
    11. März 2015

    @Frantischek
    Es wird fast immer in Watt gemessen. Dieser Wert stellt quasi die Grenze dar, bei der das Gerät aktiviert wird. Bei der Kommunikation ist es quasi so, dass solange 19W bereitstehen, die Anlage läuft. Kann der Sonnenkollektor und/oder die Batterie diese Leistung nicht mehr liefern, wird abgeschaltet.

    Es sind mehrere ‘Powermodes’ definiert, die je nach Zustand der Batterie und Solarpanels der Reihe nach abgefahren werden und verschiedene Funktionen freigeben.

    Ist ein Minimalwert überschritten, wacht vermutlich der Onboardcomputer auf und aktiviert die Heizung. Ist es warm genug, dass die Batterien arbeiten, dann kommt die nächste Phase in der die Batterien geladen werden, ist die Batteriespannung hoch genug, dann kommt die nächste Phase und der Kommunikationscomputer wird gestartet usw. bis am Ende die Sonde voll funktionsfähig ist. Aber selbst dann werden die Powermodes öfter umgeschaltet, z.B: werden am ‘Abend’ die Systeme wieder der Reihe nach gezielt deaktiviert. Eine komplette Abschaltung ist immer ein Risiko, denn unter -40°C fangen die Probleme mit den Halbleitern an. Noch weiter unterhalb (-60°C) geht dann gar nichts mehr. Deshalb, denke ich, braucht die Sonne nicht nur Licht auf den Panels sondern auch Wärme um überhaupt in einen Bereich zu kommen, wo ein Prozessor erst gestartet werden kann.

  4. #4 Frantischek
    11. März 2015

    Soweit ist mir das schon klar. Aber Watt sind einfach keine ausreichende Angabe in dem Fall.
    Du schreibst:
    “Bei der Kommunikation ist es quasi so, dass solange 19W bereitstehen, die Anlage läuft. Kann der Sonnenkollektor und/oder die Batterie diese Leistung nicht mehr liefern, wird abgeschaltet.”
    Wie lange dauert die kürzeste notwendige Kommunikationssequenz? Wie lange dauert es bis die Batterie bei einer gegebenen Versorgung (5W, 15W, 120W) genügend geladen ist um so eine Sequenz laufen zu lassen? Wie viel Watt braucht die Heizung um zu laufen und wie viele Stunden am Tag muß sie mit welcher Leistung mindestens laufen.

    Das alles wäre sehr einfach auszudrücken wenn man einfach Wattstunden statt Watt angibt.

    Dann könnte man schreiben:
    ” Ab einer Leistung 132Wh pro Tag kann Philae wieder rund um die Uhr laufen. Ab 456Wh pro Tag kann sie ohne Unterbrechungen kommunizieren.
    Mindestens sind dann z.B. 19Wh pro Tag für die Kommunikation bzw. 5,5Wh für den Minimalbetrieb nötig.(sofern eine sinnvolle Kommunikation ca. 1 Stunde dauert)”

    Oder:
    “Wenn die Solarpanele mind. eineinhalb Stunden am Tag volle Leistung bringen kann die Batterie 150Wh speichern, womit man etwa 8 Stunden lang kommunizieren könnte.”
    usw…

    Ich hoff ich hab mich halbwegs verständlich ausgedrückt und ihr wisst was ich meine.

  5. #5 Frantischek
    11. März 2015

    Anderes Beispiel:
    Mein Staubsauger zieht 2000W.
    Kann ich mit 2000W mein Wohnzimmer saugen? Nein!
    Denn dafür brauch ich mindestens eine halbe Stunde. D.h. um mein Wohnzimmer zu sagen brauche ich 1000 Wattstunden bzw. 1kWh.

  6. #6 Florian Freistetter
    11. März 2015

    @Frantischek: “Aber Watt sind einfach keine ausreichende Angabe in dem Fall.”

    Das sind die Angaben des DLR: http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10081/151_read-12972/#/gallery/311

  7. #7 Frantischek
    11. März 2015

    Ich weiß. Ich hab den Link schon im Artikel angeklickt. Das sollte auch keine Kritik an dir sein. Ich find nur die Maßeinheit ungeschickt und wollte das kundtun.

  8. #8 Ludger
    11. März 2015

    Frantischek #4:” Ab einer Leistung 132Wh pro Tag […]”

    Das finde ich verwirrend. Leistung (Watt) mal Zeit (Stunden) geteilt durch Zeit (pro Tag).

  9. #9 Franz
    11. März 2015

    @Frantischek
    Sonden ticken da ein bisschen anders. Da rechnest du nicht vorher wie viel Energie(Wh) du brauchst um den Satelliten auf einen bestimmten Level zu bekommen, sondern sobald genug Leistung vorhanden ist (Spannung bricht nicht unter einen bestimmten Wert bei Belastung), geht die Sonde in den Zustand ‘heizen’ und hat, übertrieben gesagt, keine Ahnung wie lange sie brauchen wird. Ist die Temperatur erreicht und es stehen nun weitere Watts zur Verfügung, startet der Computer und macht halt so viel wie möglich. Zeit spielt da fast keine Rolle, die ganzen Aktionen und Übergänge hängen nur an der verfügbaren Leistung.

    In Summe kann man im nachhinein natürlich schon sagen, dass die Sonde 4Wh braucht um von -40 auf Betriebstemperatur zu kommen. Aber der Wert ist nicht wirklich interessant wenn ich die Aktionen programmieren muss.

    Stell dir vor du hast eine Solaranlage die deinen Staubsauger betreibt. Du drückst auf Start und … nichts .. zu wenig Leistung. Dann kommt die Sonne und er schafft Stufe 1. Dann saugst du, es dauert halt, dann steigt die Sonne höher und du schaffst es auf Stufe 2 zu schalten, dann saugst du schneller. Irgendwann bist du fertig. Dann fragt dich einer: Wie viel Energie brauchst du, um dein Wohnzimmer zu saugen und ich wette mit dir du wirst sagen: Das hängt von der Leistung der PV ab.

  10. #10 Frantischek
    11. März 2015

    @Ludger: Findest du? Ich finds logisch.

    @Franz: Weißt du das sicher? Mir kommt das ziemlich doof vor wenn ich ehrlich bin. Wenn die Sonde so funktioniert kann es doch leicht passieren das sie (wenn wir jetzt von den 4Wh ausgehen) z.B. jeden Tag 2Wh erzeugt. Nach deiner Aussage würde sie dann ein bisschen heizen und darauf hin wieder auskühlen. Am nächsten Tag wieder ein bisschen heizen und wieder auskühlen usw…

    Ich fänds da schon viel sinnvoller, wenn man weiß das 4Wh benötigt werden um auf Betriebstemperatur zu kommen, das man wartet bis mindestens die 4Wh zusammen sind bevor man zu heizen anfängt.
    Wobei das natürlich noch weiter geht. Nur mit Betriebstemperatur fängt man ja noch nix an. Da gehört ja ein Betrieb auch noch dazu. Aber das lass ich jetzt der Einfachheit halber vor. Das Prinzip ist ja das gleiche.

    Genau so der Funkverkehr. Was hat die ESA davon wenn die Sonde jedes mal wenn 19W erreicht werden zu senden beginnt und dann gegebenenfalls das Paket nicht fertig senden kann weil die Energieversorgung wieder zusammenbricht?

  11. #11 Frantischek
    11. März 2015

    @Franz: Ich hoffe es ist klar das ich nicht dich oder deine Aussagen ziemlich doof finde sondern das Konzept eine Sonde so zu betreiben.

    Wobei es natürlich sein kann das es gute Gründe gibt das so zu machen die sich mir nicht erschließen.

    Wenn du da genaueres weißt wär ich dir für Links dazu oder einer näheren Erklärung dankbar.

  12. #12 Franz
    11. März 2015

    @Frantischek
    Ich hoffe es ist klar das ich nicht dich oder deine Aussagen ziemlich doof finde sondern das Konzept eine Sonde so zu betreiben.
    Keine Panik, bei mir ist es eher so dass ich Widerspruch bevorzuge.

    Aber, was soll die Sonde denn machen ? Ihr einziger Messwert ist die Leistung. Woher soll sie wissen, dass sie 2 Stunden Sonne hat ? Wenn genug Leistung da ist, dann ‘probiert’ sie es halt. Ist sie warm genug (Messwert) und genug Power (Messwert), dann lädt sie die Batterien. Sind die Batterien geladen (Messwert), dann startet der Computer. Ist genug Leistung da, dann senden wir oder fahren unser Programm ab. Sinkt die Leistung wieder, schaltet die Sonde wieder suckzessive zurück. Mit Hilfe der Batterie bist du in den einzelnen Phasen flexibler, aber trotzdem hängst primär an der PV.

    In einem Satelliten im Erdorbit läufts anders, denn da geht man davon aus, dass immer genug Energie vorhanden ist, aber wenn du auf jedes Milliampere angewiesen bist, dann ist die gerade zur Verfügung stehende Leistung das Maß aller Dinge.

    Ich schau mal ob ich öffentliche Dokumente finde, die verlink ich dann.

  13. #13 Hans
    11. März 2015

    @Frantischek: Guck doch mal neben an bei den SciLogs im Blog von Michael Khan, ob Du da irgendwas brauchbares findest. Der Mann ist Raumfahrtingenieur und gibt dort auch regelmässig mal Erklärungen ab, wie etwas funktioniert oder warum nicht.

  14. #14 Traumologe
    11. März 2015

    @Frantischek: ein wesentlicher Umstand, den du glaube ich nicht auf dem Radar hast, ist dass die Batterie auch Betriebstemperatur haben muss, bevor sie geladen werden kann. Dh. wenn die Solarzellen Strom liefern und der Korpus noch unter ca. 0°C hat, kann man damit gar nichts anderes sinnvoll machen als zu heizen und den Computer anzuwerfen (was ja aufs selbe rausläuft, nur in letzterem Fall noch potentiell sinnvolle Arbeit erzeugt, bevor der Strom in Wärme umgewandelt wird), speichern geht nicht. Daher die Aussage, dass Philea eine Mindestleistung braucht, weil es bis es richtig schön warm geworden ist einfach keine Batterie hat.

  15. #15 Traumologe
    11. März 2015

    Oh, und noch eine Sache – je wärmer der Korpus ist, desto stärker kühlt er natürlich auch wieder aus, dh. eine Angabe in Joule wäre mindestens genauso irreführend wie Watt, weil es eben einen Unterschied macht, ob du die Energie in einer Stunde zur Verfügung hast, oder über zwölf Stunden verteilt – es kann sein, dass ersteres genügt, und letzteres gar nichts bringt.

  16. #16 Horst
    11. März 2015

    @Frantischek
    Du machst einen Denkfehler.
    Zitat: “Kann ich mit 2000W mein Wohnzimmer saugen? Nein!”
    Doch, natürlich kannst du das. Solange deine Steckdose die Leistung liefern kann, die der Staubsauger aufnehmen will, nämlich 2000 W, wird der Staubsauger funktionieren. Es kommt da nicht auf die Zeit an. Läuft der Staubsauger eine Stunde, so hat er 2kWh an Arbeit verrichtet. Nach zwei Stunden sind es 4 kwh usw.. Die Leistungsaufnahme liegt aber immer bei 2000 W. Eine Zeiteinheit ist dabei unsinnig.

    Und der Sender von Philae braucht halt 19 W. Sobald die Stromversorgung diese elektrische Leistung (nicht elektrische Arbeit!) liefern kann, funktioniert der Sender. Auch da hat die Zeit nichts damit zu tun. Solange die 19 W zur Verfügung stehen, ist alles gut. Solange kann gesendet werden.

  17. #17 Frantischek
    11. März 2015

    Ich komm mir hier ziemlich unverstanden vor.
    @Horst:

    Zitat: “Kann ich mit 2000W mein Wohnzimmer saugen? Nein!”
    Doch, natürlich kannst du das.

    Das stimmt schlicht und einfach nicht. Das saugen braucht Zeit und deshalb brauche ich wie gesagt z.B. 1kWh dafür.
    Das in der halben Stunde kontinuierlich 2000W gezogen werden ist mir schon klar.

    Ebenso wird eine Funkübertragung nicht in Nullzeit ablaufen.
    Mittlerweile bin ich aber selber zu dem Schluß gekommen das man ja den Funkkontakt so gestalten kann das er nach jeder Unterbrechung einfach fortgesetzt werden kann.
    Aber auch da wirds eine Mindestpaketgröße geben. Und um dieses kleinste mögliche Paket zu übertragen braucht man eben Zeit. Und diese Arbeit/Energie wird halt nicht in Watt angegeben, sondern in Wattstunden.
    @Traumologe:
    Was dein Beitrag bedeutet ist mir nicht ganz klar.
    Du wirst sicherlich damit recht haben das auch die Batterie eine Mindesttemperatur braucht um zu funktionieren.
    Aber auch die dafür benötigte Heizleistung wird nicht in Nullzeit abgegeben werden.
    Dadurch verschiebt sich doch die Fragestellung nur von “für den Betrieb nötig” auf “für den Ladevorgang nötig”.

    Wo ich eine Angabe nur in Watt noch verstehen bzw. sinnvoll finden würde wären z.B. reine Rechenleistung. O.K. Der Rechner springt an wenn die benötigte Energie vorhanden ist, und geht wieder aus wenn sie unterschritten wird. Wenn das nächste Mal genug Energie vorhanden ist rechnet er einfach weiter.

  18. #18 Frantischek
    11. März 2015

    @Traumologe:

    O.k. Jetzt versteh ichs. Das:

    der Korpus noch unter ca. 0°C hat, kann man damit gar nichts anderes sinnvoll machen als zu heizen

    hab ich irgendwie überlesen.

    Also wird jetzt erst einmal alle verfügbare Energie direkt in die Heizung gesteckt. Klingt logisch. Wobei auch da anzugeben wäre wieviel Energie dazu nötig ist. Über die Leistung der Heizung wurde ja nix extra geschrieben, weder von Florian noch vom DLR selber. Und auch die wird in Form von Arbeit/Energie abgegeben werden weil sie ja Zeit braucht.

  19. #19 Frantischek
    11. März 2015

    Dreifachpost, Entschuldigung dafür!

    Das obige:

    Also wird jetzt erst einmal alle verfügbare Energie direkt in die Heizung gesteckt.

    kann ja eigentlich auch nicht stimmen. Sonst würd ja das DLR nicht angeben das Philae jetzt einmal 5,5W braucht um aus dem Tiefschlaf aufzuwachen.

    Ich verstehs irgendwie nicht so ganz und werd jetzt einmal ein bisschen googeln und darüber nachdenken…

  20. #20 Franz
    11. März 2015

    @Frantischek
    Ich denke es ist auch eine Ansichtssache. Betrachte ich das System von außen, dann sehe ich dass die Heizung 10Wh Stunden heizen muss um die Temperatur auf einen bestimmten Wert zu bringen.
    Bin ich aber die Sonde, dann sehe ich nur die Leistung die zur Verfügung steht und wie soll ich jetzt entscheiden, wenn ich als Input habe, dass ich 10Wh brauche ? Die Sonde weiss ja nicht wie lange die Leistung zur Verfügung steht , also schaltet sie mal ein. Wenn dann der Prozessor läuft, dann kann natürlich auch ein Rechenalgorithmus verwendet werden um den Energiebedarf zu berechnen, aber beim ‘aufwachen’ hast du keine Intelligenz.

  21. #21 Horst
    11. März 2015

    @Frantischek
    Stelle dir einmal vor, dein Staubsauger hätte 2300 Watt. Das sind bei einer Netzspannung von 230 Volt dann 10 Ampere. Solange jetzt deine Steckdose in der Lage ist, diese 10 Ampere zu liefern, funktioniert dein Staubsauger. Eine Zeitangabe ist dabei völlig irrelevant. Du musst nicht eine bestimmte Zeit warten, du schaltest den Staubsauger ein und er läuft und leistet 2300 Watt. kwh ist die EInheit für elektrische Arbeit. Danach berechnet dein Stromanbieter deinen Stromverbrauch. Dein Staubsauger leistet aber immer 2300 Watt, völlig unabhängig von einer Zeit. Und so ist es bem Sender von Philae auch. Sobald die Batterie genügend Strom liefert, damit der Sender auf seine 19 Watt kommt, läuft das Ding. Wüsste man jetzt die Batteriespannung, könnte man ausrechnen, wie viel Strom sie dafür liefern muss.
    Noch einmal: Leistung (Watt) hat nichts mit Zeit zu tun. Es ist einfach nur das Produkt aus Stromstärke und Spannung. Hat die Batterie z.B. 24 Volt und zieht ein Verbraucher 2 Ampere, so ist die Leistung 48 Watt. Die Zeit taucht in der Leistungsformel P=U x I nicht auf.

  22. #22 Hans
    11. März 2015

    Mittlerweile bin ich aber selber zu dem Schluß gekommen das man ja den Funkkontakt so gestalten kann das er nach jeder Unterbrechung einfach fortgesetzt werden kann.
    Aber auch da wirds eine Mindestpaketgröße geben. Und um dieses kleinste mögliche Paket zu übertragen braucht man eben Zeit.

    Ich hab bei Michael Khan mal gelesen, dass so “einfache Dinge“, wie grundsätzliche Betriebsbereitschaft ohne besondere Kommunikationsprotokolle gemacht werden. Da sendet der Lander dann einfach nur einen Ton einer bestimmten Frequenz, wobei da nichts weiter aufmoduliert wird. Das Bodenteam kann dann u.a. aus Lautstärke schon Informationen gewinnen. Das ganze lässt sich auch Schaltungstechnisch so bauen, dass es den Bordcomputer dafür erst mal nicht braucht. Ob das auch bei Philae so gemacht wurde, weis ich aber nicht.

  23. #23 Whit3N0ise
    11. März 2015

    @Frantischek

    Vielleicht ist es so noch klarer:

    Bei Solarzellen ist die Spannung wegen der Potentialdifferenz, die sich durch die “Höhe” der Bandlücke ergibt, im Wesentlichen immer konstant, solange Licht drauffällt. Der Strom ist allerdings direkt von der Anzahl der auftreffenden Photonen (also der Lichtintensität) abhängig, weil für jedes Photon ein Elektron die Lücke vom Valenz- ins Leitungsband überspringen kann.

    Nehmen wir an, an den Solarzellen von Philae würde eine Spannung von 10V liegen, dann kann sich der Lander heizen, den Computer hochfahren und beginnen, die Batterie zu laden, sobald die Solarzellen wenigstens 550 mA an Strom liefern. Ab 1.9 A läuft er dann im Regelbetrieb.

    Natürlich könnte man immer die Werte für Strom und Spannung angeben, aber das Produkt – also Watt – ist da eigentlich direkter bzw. aussagekräftiger.

    Wegen der Kommunikation:

    Die werden wohl den ECSS Packet Utilisation Standard verwenden, d.h. die absolute Mindestgröße eines Pakets (inklusive Data Field Header und Checksum) ist 11 Bytes lang, da steht dann aber auch nur der Service+Service Subtype drin und sonst nichts. Maximale Paketgröße ist dabei 65542 Bytes, wobei man maximal 65531Bytes an “Datennutzlast” reinpacken kann. Sollte Rosetta noch die ältere Variante des Standards (ESA PSS) verwenden, weichen die Zahlen vielleicht um ein paar Bytes ab – ich hab den nie gelesen.

    Falls Philae nicht grundsätzlich von selbst zu reden beginnt, wird Rosetta wohl versuchen, ein Telecommand-Paket (zB Service Test, quasi ein Ping) vom Boden an den Lander weiterzuschicken, der dann mit einem entsprechenden Telemetrie-Paket antwortet, dass von Rosetta dann zum Boden geroutet wird. Typischerweise wird der Austausch zuwischen Sonde und Lander innerhalb von wenigen Sekundenbruchteilen passieren. Auch wenn der Strom dann gleich wieder ausfällt, weiss man wenigstens, dass Philae aktiv war.

  24. #24 Alderamin
    11. März 2015

    @Frantischek

    Die Watt sind interessant, um zu ermitteln, ob ein Gerät direkt live betrieben werden kann oder die Batterie geladen werden kann, oder eben nicht. Die Wattstunden sind wichtig, wenn’s um die Dauer der verfügbaren Leistung geht, und die wird wohl für die meisten Geräte an Bord nicht direkt von den Solarpanels, sondern von der Batterie geliefert. Interessant wäre halt zu wissen (bzw. zu schätzen), wieviele Wattstunden die Batterie angesammelt haben könnte und wie lange die Sonde davon “leben” kann, um Daten zu übertragen oder gar Messungen durchzuführen.

    Diese Zahl hat nur mittelbar mit der verfügbaren Leistung der Solarzellen zu tun. Wenn die Solarzellen mit viel weniger als 19 Watt die Batterie teilaufladen können, dann kann man dieser auch kurzfristig 19 Watt und mehr entnehmen. Das Laden dauert dann halt viel länger, als das Verbrauchen.

  25. #25 Karl Mistelberger
    12. März 2015

    Batteries and Heaters

    Batteries and other components that are not designed to survive cold martian nights reside in the warm electronics box. Nighttime temperatures may fall as low as minus 105 Celsius (minus 157 Fahrenheit). The batteries need to be kept above minus 20 Celsius (minus 4 Fahrenheit) for when they are supplying power, and above 0 Celsius (32 Fahrenheit) when being recharged. Heat inside the warm electronics box comes from a combination of electrical heaters, eight radioisotope heater units and heat given off by electronics components.

    Each radioisotope heater unit produces about one watt of heat and contains about 2.7 grams (0.1 ounce) of plutonium dioxide as a pellet about the size and shape of the eraser on a standard pencil. Each pellet is encapsulated in a metal cladding of plutonium-rhodium alloy and surrounded by multiple layers of carbon-graphite composite material, making the complete unit about the size and shape of a C-cell battery. This design of multiple protective layers had been tested extensively, and the heater units are designed to contain their plutonium dioxide under a wide range of launch and orbital-reentry accident conditions. Other spacecraft, including Mars Pathfinder’s Sojourner rover, have used radioisotope heater units to keep electronic systems warm and working.

    Diese Möglichkeit ist bei Philae aus bekannten, aber nichtigen Gründen nicht vorhanden.

    http://mars.nasa.gov/mer/technology/is_severe_environments.html

  26. #26 M. Lohr
    12. März 2015

    Tja, Franischek, lass es mich mal ziemlich plump ausdrücken: Ingenieure ticken eben anders als Physiker. Die rechnen lieber gleich mit der Einheit, die interessiert und pedantieren nicht herum, wie ein Oberstudienrat für Physik.

    Denn wie du schon selbst geschrieben hast:

    Dann könnte man schreiben: “Ab einer Leistung 132Wh pro Tag kann Philae wieder rund um die Uhr laufen. […]”

    Anders ausgedrückt: “Ab einer Leistung von 132 Wh pro 24 h kann Philae wieder rund um die Uhr laufen.”

    In oberstudienrätekonformen SI-Einheiten: “Ab einer Leistung von 475200 Ws / 86400 s kann Philae wieder rund um die Uhr laufen.” Und dummerweise lässt sich die Zeit dann kürzen und nur die Größe der Arbeit bleibt zurück…

    Und daraus folgt für den Ingenieur mit gesundem Menschenverstand: “Sobald (dauerhaft bzw. über möglichst lange Zeiträume) eine Arbeit von 5,5 W verrichtet werden kann, kann Philae (bald) wieder rund um die Uhr laufen.” Laufen im Sinne von: “Aus den Batterien für jeweils ausreichend lange Zeit mit ausreichend Energie versorgt werden.”

    Nur die Arbeit ist daher interessant, nicht die Leistung. Das merkt man schon, wenn man bedenkt, dass diese Arbeit zunächst einmal nur verrichtet wird, um Batterien zu laden. Die eigentliche Leistung erbringen dann ja die Batterien.

  27. #27 Franz
    12. März 2015

    @Whitenoise
    Hast du da eine Info, dass der OBC schon gestartet wird auch wenn die Batterien noch leer sind ? Wird da nicht autark erst die Batterie auf bestimmtes Level gebracht, bevor der OBC gestartet wird ? Sonst bricht mir ja bei jeder kleinsten Verfinsterung die Spannung ein und der OBC stürzt (unkontrollierbar ?) ab.

    Andererseits, sowas ist sicher die schönste Herausforderung ein System zu entwerfen, welches in einer unbekannten Umgebung mit unbekannten Lichtverhältnissen noch immer Kontakt aufnehmen kann. Es würde mich ja interessieren wie viele Szenarien da vorher durchsimuliert wurden und wie viel Erfahrung da reingeflossen ist.

  28. #28 Darth Ewok
    12. März 2015

    hoffen wir das beste. philae war eh schon ein grosser erfolg. wenn sie jetzt noch aus den tiefschlaf erwachen und weiterarbeiten kann ist das wie ostern und weihnachten an einem tag.
    beide daumen hoch!

  29. #30 Desolace
    12. März 2015

    Diese Mission machts aber auch immer spannend!! 😀 Daumen sind gedrückt!

  30. #31 Whit3N0ise
    12. März 2015

    @Franz

    Schwer zu sagen, kommt drauf an wer für’s Laden der Batterien zuständig ist. Aber grundsätzlich spricht nichts gegen den direkten Betrieb über die Solarzellen. Wenn der OBC Arbeitstemperatur hat und booten kann, dann verbraucht er typischerweise in der Größenordnung von 1 Watt.

    Kurze Perioden von “Lichtausfällen” werden wohl nicht vorkommen, vor der Sonne vorbeiziehende Wolken gibts auf Kometen eher nicht 🙂

    Prinzipiell kann der OBC aber ohne weiteres ausfallen. Die C-DPU von Philae besteht ja aus zwei hot-redundanten RTX2010 Microcontrollern für das Programm und einem FPGA für Interfacing und ein paar andere Aufgaben. Das Programm liegt in einem PROM, von dem der Computer direkt bootet sobald Strom da ist. Da das Programm wohl kaum mehr als ein paar kB groß ist, geht das auch flott innerhalb von Sekunden. Natürlich wird man in dem Versorgungsmodus eher keine Daten ins mass-memory (im Fall von Philae ein E²PROM) schreiben, das könnte bei einem plötzlichen Stromausfall übel ausgehen. Die übrigen Microcontroller (ebenfalls RTX2010) und der ADSP 21020 für die Instrumente bzw Experimente werden ebenfalls nur bei Bedarf und entsprechender Versorgungssicherheit angeschaltet.

  31. #32 Karl Mistelberger
    12. März 2015

    > Prinzipiell kann der OBC aber ohne weiteres ausfallen. Die C-DPU von Philae besteht ja aus zwei hot-redundanten RTX2010 Microcontrollern für das Programm und einem FPGA für Interfacing und ein paar andere Aufgaben. Das Programm liegt in einem PROM, von dem der Computer direkt bootet sobald Strom da ist. Da das Programm wohl kaum mehr als ein paar kB groß ist, geht das auch flott innerhalb von Sekunden.

    Um das Prinzipielle noch etwas weiter zu spinnen: Der RTX2010 kann quasistatisch betrieben werden. Die Arbeitsfrequenz liegt zwischen 0 Hz und 8 MHZ. Wenn genügend Strom da ist, hüpft er um einen Befehlsschritt weiter und schläft dann wieder, bis der Strom für den nächsten Schritt reicht?

  32. #33 Radio Eriwan
    12. März 2015

    > Wenn genügend Strom da ist, hüpft er um einen Befehlsschritt weiter und schläft dann wieder, bis der Strom für den nächsten Schritt reicht?

    Theoretisch möglich, aber in der Praxis wirst Du auf Probleme stoßen. Man müsste den Inhalt des RAM ja erhalten. Das wäre einerseits durch Pufferung möglich, aber umso ein System Fail Safe zu bauen geht man davon aus, dass die Pufferung nicht reichen wird bis die Spannungsversorgung wieder arbeitet. Fällt also aus.
    Etwas praxisnaher wäre es die Daten statt im RAM im E²PROM abzulegen. Zu beachten sind dann aber die Punkte, erstens das der E²PROM zum Schreiben mehr Leistung benötigt und zweitens die Anzahl der Schreibzyklen begrenzt ist.

    Aus meiner Sicht wäre ein quasi Boot Loader die beste Lösung. Ein kleines Programm das als erstes startet und nur schaut wieviel die Spannungsversorgung hergibt. Und dann im zweiten Schritt je nach verfügbarer Energie die Komponenten zuschaltet.

    Ich drücke schon mal die Daumen das sich Philae bald melden wird.

    so long and thanks for all the fish

  33. #34 Whit3N0ise
    12. März 2015

    @Karl Mistelberger

    Wenn der Strom ausgeht, sind alle flüchtigen Speicher in einem undefinierten Zustand. Das betrifft natürlich auch die Register und die beiden Stacks. Klar könnte man den Takt runterdrehen um Strom zu sparen, allerdings ist das bei Echtzeitsystemen unsinnig, denn wenn die vorgegeben Antwortzeiten dann immer noch eingehalten werden können, wäre die höhere Taktung ohnehin nicht notwenig gewesen.

  34. #35 Karl Mistelberger
    13. März 2015

    Statt mit einem Fragezeichen hätte ich meinen Beitrag besser mit einem Smiley beendet. 😉

    The largest uncertainty though is whether Philae’s internal systems have suffered from the terribly low temperatures of the environment.

    Dieses Problem hätte man sehr leicht umgehen können.

    http://blogs.esa.int/rosetta/2015/03/13/philae-reflections-and-hopes/

  35. #36 Alderamin
    13. März 2015

    @Karl Mistelberger

    Dieses Problem hätte man sehr leicht umgehen können.

    Indem man später gelandet wäre? Man hatte eigentlich kalkulieret, dass es an dem geplanten Landeort zu warm für Philae würde und die Sonde in Sonnennähe überhitzen würde. Außerdem war unsicher, ob sich die Sonde bei einem hochaktiven Kometen würde halten können (man nahm ja zunächst an, die Oberfläche sei weich wie Pulverschnee). Theoretisch hätte eine Fontäne den Lander wegpusten können, der wiegt ja fast nichts.

    Hätte der Haltemechanismus nicht versagt, wäre Philae genau zur richtigen Zeit am richtigen Ort gelandet und hätte langsam das Aktivwerden des Kometen aus der Nähe beobachtet. Da, wo die Sonde jetzt feststeckt, wäre man natürlich lieber später gelandet. Oder eher gar nicht.

  36. #37 Desolace
    13. März 2015

    Gibts jetzt eigentlich schon was Neues, hat sich Philae schon gemeldet? Hab bisher nix gehört…

  37. #38 Franz
    13. März 2015

    @Whitenoise
    1 Watt kommt mir wenig vor, da kannst du aber nur einen Core am Minimum herumwerkeln lassen und mit Verdunkelung meinte ich eher wenn ein Staub drüberzieht oder Licht durch Ritzen scheint (Philae liegt ja im Graben).
    Ich kenne leider das Powerkonzept von Philae nicht, mach aber grad was ähnliches.

    @Radio
    Aus meiner Sicht wäre ein quasi Boot Loader die beste Lösung. Ein kleines Programm das als erstes startet und nur schaut wieviel die Spannungsversorgung hergibt. Und dann im zweiten Schritt je nach verfügbarer Energie die Komponenten zuschaltet.
    So läufts auch im Normalfall (das waren auch die Powermodes die ich am Anfang erwähnte), aber bei Philea gabs so viel Neuland, da haben sie das vielleicht anders hochgezogen. Die ersten Schritte (Notfallheizung) läuft oft sogar ohne Prozessor, ist ein einfacher Regler in HW.

    Der springende Punkt ist meiner Meinung, ob alle Bauteile die langen tiefen Temperaturen überlebt haben, denn spezifiziert sind die bis -40°C im Normalfall. Normalerweise hat ein Satellit eine Betriebstemperatur von -40 bis 80°C (die mögens auch warm).

  38. #39 Whit3N0ise
    13. März 2015

    @Franz

    Ich wär ehrlich gesagt schockiert, wenn die beiden RTX2010 mehr als ein halbes Watt brauchen. Die gesamte interne Verschaltung der Dinger lässt sich vermutlich von Hand auf ein Din A4 Blatt zeichnen. “Moderne” rad-hard Prozessoren in der 300kRad Kategorie brauchen je nach Typ in der Gegend von 0,1-20 mW pro MHz Taktfrequenz, und die sind um Größenordnungen komplexer als eine so simple stack machine.

    Du hast natürlich recht, wenn das Licht nur kurzfristig durch Spalten reinkommt, kann der Strom sehr stark variieren, da kommts natürlich drauf an wie der DC-DC Konverter von Philae arbeitet bzw buffert. Ohne Details zu kennen, würd ich das aber recht gelassen sehen, immerhin sind die “Prozessoren” nur wenig komplexer als die µController in einer neueren Fernbedienung – da überlegt auch niemand, dass die nur hochfahren, wenn man grad den Kanal wechselt 😛

  39. #40 Frantischek
    14. März 2015

    Danke für die ganzen Antworten. Alleine aus eurer Diskussion hab ich jetzt mehr gelernt/verstanden als ich selber recherchieren konnte!

    Ich will jetzt nicht auf alles einzeln eingehen, deswegen nur so viel.
    Alle die mir erklären wollen was der Unterschied zwischen Leistung und Arbeit ist, bzw. wie man Leistung errechnet usw…
    Danke, aber so weit kenn ich mich eh aus. Ich bin/war gelernter Elektroniker, auch wenn die Ausbildung schon gute 20 Jahre her ist und ich seit 10 Jahren nix mehr in der Richtung mache und deswegen natürlich sehr unfit bin (eigentlich ein Armutszeugnis das zuzugeben, aber is halt so).

    Das die Sonde(n) auf diese (von euch beschriebene) Art und Weise arbeiten hat mich zuerst erstaunt. Nach euren Kommentaren ist es aber mehr als logisch. Ich hätt auch nie geglaubt das die mit SO WENIG Strom auskommen. Eigentlich Wahnsinn.

    So ganz unrecht hab ich dann aber auch nicht gehabt, teilweise (wenns sinnvoll ist) wird ja tatsächlich die Arbeit in Wh angegeben.

    Ich hab halt ein ganz anderes Bild gehabt, das von normalen PCs, Autoelektronik usw. geprägt war. Also z.B. das Philae zuerst hochfahren muß (was ich mir nicht innerhalb von Sekunden vorstellen konnte), dann ein Selbstdiagnoseprogramm laufen lässt und bei der Kommunikation halt gleich auch einen Haufen Daten mitschickt.
    Wenn das ganze aber nur Sekunden dauert ist natürlich eine “Live”-Versorgung viel sinnvoller.

    Zuletzt:
    Heizung hat Philae ja gar keine, oder? Hab zumindest nix drüber gefunden, und was ich gefunden hab hat sich gelesen als wenn sie “Wechselwarm” also von der Umgebungstemp. abhängig ist.

  40. #41 Radio Eriwan
    14. März 2015

    @ Franz
    Das Ganze in Hardware ‚zu gießen‘ und dem RTX erst ‚anzuwerfen‘ wenn genug Spannung da ist und die Temperatur stimmt hat natürlich auch so seinen Charme.
    Apropos Temperatur, lt. Datenblatt (http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/hs-r/hs-rtx2010rh.pdf) erfüllt der RTX2010 die MIL-STD-810 Anforderungen, heißt im Klartext der funktioniert garantiert auch noch bei -55°C.

    Es gibt aber handverlesene Bauteile die noch mehr Kälte vertragen. Ich kann mich noch an meine Lehre erinnern (1988-1989), heißt jetzt glaub ich Industrieelektroniker, Praxis hatte ich in der Schaltkreisendmessung. Wir hatten damit so unsere Mühe die Messsysteme auf die Temperaturen runter zu kühlen. Zischenden Wolken von verdampfendem Stickstoff, zentimeterdicke Eisschichten auf den Messsystemen, verklemmte Mechaniken weil Aluminium anstatt Edelstahl verwendet wurde. Aber ich schweife ab…. Normalerweise wurden die ersten Messreihen mit -55°C gefahren. Der „Ausschuss“ wurde dann bei -40°C nochmals getestet. Na ja und so weiter und so fort… Es gab aber auch hin und wieder Messreihen die mit -65°C anfingen. Wahl wohl für den Export nach Russland bestimmt….

    @Frantischek
    > Heizung hat Philae ja gar keine, oder?
    Leider habe ich auch nichts dazu gefunden, interessiert mich auch. Aber ich vermute mal so etwas in der Art wird es geben. Möglicherweise wird ein Teil der verbauten Elektronik dazu quasi ‚missbraucht‘. Jegliche Art (eingeschaltete) Elektronik erzeugt Wärme. Wenn man jetzt das Ganze gut einpackt geht die (Ab)Wärme nicht verloren und die Elektronik bleibt temperaturtechnisch im grünen Bereich.
    So genug gefachsimpelt, ich drück jetzt wieder die Daumen, das sich Philae melden wird.

    so long and thanks for all the fish

  41. #42 Herr Senf
    19. März 2015

    Man muß nicht alles verankern, auch Kometen dürfen Monde haben:
    Auf der Planetary Science Conference in Houston wurde berichtet, daß 67P/Chu-Ge von 0,5m-Monden auf gebundenen Bahnen “eskortiert” wird.
    Grüße Senf

  42. #43 Abdullah Chan Turks
    Neu Kirchen
    6. Juni 2015

    Alda , Isch gesehen haben so eine Kohmet da so vom Himmel in der Nacht so Schweif dann PEEEOOOWW Peng in unserem Garten LAN , alda isch hab dann Anerufen Polizei LAN und so ja ehm , VALLA , kanscht du mir Helfen LAN Alde.

  43. #44 Florian Freistetter
    6. Juni 2015

    @Abdullah: Sehr schöner Kommentar!