Quelltext der Seite Relaissatellit (Chang’e 7)

{{Infobox Satellit
|name           = Relaissatellit
|typ            = Relaissatellit
|bild           = Polrelais.jpg
|bildbeschreibung = <!-- wenn nicht der Satellit selbst abgebildet ist -->
|land           = {{CHN}}
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'''Relaissatellit''' ({{zh|v=中继卫星|t=中繼衛星|p=Zhōngjì Wèixīng}}) ist der Arbeitstitel eines [[Funkrelaisstation|Relaissatelliten]] der [[Nationale Raumfahrtbehörde Chinas|Nationalen Raumfahrtbehörde Chinas]], der 2024 zum Mond starten<ref name="flightfans">{{Internetquelle |autor= |url=https://m.weibo.cn/status/4816453633575263 |titel=中国探月工程未来规划简图 |werk=weibo.cn |datum=2022-09-22 |abruf=2022-09-22 |sprache=zh}}</ref> und dort in einem um 54,8° zum Mondäquator geneigten, stark elliptischen Orbit von 300 × 8600 km stationiert werden soll. Damit soll die Kommunikation mit den auf der Mondrückseite operierenden Komponenten der [[Mondprogramm der Volksrepublik China#Internationale Mondforschungsstation|Internationalen Mondforschungsstation]] ermöglicht werden.<ref>{{Internetquelle |autor= |url=https://www.ednchina.com/news/5585.html |titel=嫦娥七号将着陆月球南极，喜鹊号中继实现月地通信，其速率有多高？ |werk=ednchina.com |datum=2020-08-28 |abruf=2021-08-07 |sprache=zh}}</ref>{{Zukunft|2026}}

== Übersicht ==
Im Jahr 2024 soll der 4. Schritt des Mondprogramms der Volksrepublik China beginnen, die [[Mondprogramm der Volksrepublik China#4. Schritt, Erkundung der Polregion (Chang’e 6 2024+; Chang’e 7, 2026+; Chang’e 8 2027+)|Erkundung der Polregion]]. Für den Standort der Mondbasis hat man sich bereits auf den südlichen Rand des [[Südpol-Aitken-Becken]]s auf der erdabgewandten Seite des Mondes festgelegt.<ref name="nutzla">{{Internetquelle |autor=甘永、杨瑞洪 |url=http://www.cnsa.gov.cn/n6758823/n6758838/c6840869/content.html |titel=嫦娥七号任务搭载机遇公告 |werk=cnsa.gov.cn |datum=2022-09-21 |abruf=2022-09-21 |format=PDF; 230&nbsp;kB |sprache=zh}}</ref>
Während das [[Raumfahrtkontrollzentrum Peking]] bislang nur zwei Roboter auf der Mondrückseite zu betreuen hatte (Lander und Rover von [[Chang’e 4]]), geht man für den 4. Schritt – auch im Hinblick auf die geplante Internationale Mondforschungsstation – von bis zu zehn Robotern aus, die dort gleichzeitig aktiv sind, was eine aufwendige Kommunikationsinfrastruktur notwendig macht.

2024 soll der seit 2018 in einem [[Halo-Orbit]] um den [[Lagrange-Punkte|Lagrange-Punkt]] L<sub>2</sub> des Erde-Mond-Systems kreisende Relaissatellit [[Elsternbrücke (Relaissatellit)|Elsternbrücke]] durch einen weiteren Relaissatelliten ergänzt werden.<ref>{{Internetquelle |autor= |url=https://it.sohu.com/a/586340096_120399893 |titel=嫦娥七号发射时间推迟，调整到2026年底，是为等阿联酋月球车？ |werk=sohu.com |datum=2022-09-19 |abruf=2022-09-20 |sprache=zh}}</ref>
Ursprünglich sollte jener Relaissatellit mit der Sonde [[Chang’e 7]] zum Mond gebracht werden. Nachdem sich der Start letzterer jedoch durch die Notwendigkeit zur Integration des emiratischen Rovers [[Muhammad-bin-Raschid-Raumfahrtzentrum#Raschid 2|Raschid 2]] auf 2026 verschob, beschloss man 2022, den Relaissatelliten 2024 alleine zum Mond zu schicken, genauso wie einst die Elsternbrücke.<ref name="flightfans" />

Die Elsternbrücke hat den Vorteil, dass dank der rund um die Erde verteilten Bodenstationen des [[Chinesisches Deep-Space-Netzwerk|Chinesischen Tiefraumnetzwerks]] eine ständige Verbindung mit der Rückseite des Mondes besteht. Der Nachteil ist, dass Halo-Orbits um die Lagrange-Punkte L<sub>1</sub> und L<sub>2</sub> inhärent instabil sind<ref>{{Internetquelle |autor=刘磊 et al. |url=http://jdse.bit.edu.cn/sktcxb/en/article/doi/10.15982/j.issn.2095-7777.2015.04.004 |titel=地月平动点中继应用轨道维持 |werk=jdse.bit.edu.cn |datum=2015-10-20 |abruf=2021-08-08 |sprache=zh}}</ref> und der Satellit daher etwa alle 9 Tage 80&nbsp;g Treibstoff für ein kleines Bahnkorrekturmanöver verbraucht. Daher wurde für den neuen Relaissatelliten ein sehr stabiler elliptischer Orbit um den Mond selbst gewählt, bei dem er, da der mondfernste Punkt seiner Bahn über der erdabgewandten Seite der südlichen Polregion liegt, für gut acht Stunden, also zwei Drittel seines zwölfstündigen Orbits, Sichtverbindung mit der geplanten Landezone hat.

Für die Zukunft ist geplant, das System zunächst durch einen zweiten derartigen Relaissatelliten zu ergänzen, dann um weitere Satelliten in verschiedenen Orbits, im Hinblick auf die Navigation bei einer [[Bemanntes Raumfahrtprogramm der Volksrepublik China#Bemanntes Monderkundungsprogramm|bemannten Landung]] auch um den erdnahen Lagrange-Punkt L<sub>1</sub>.<ref name="dfh">{{Internetquelle |autor=Zhang Lihua |url=https://downloads.spj.sciencemag.org/space/2021/3471608.pdf |titel=Development and Prospect of Chinese Lunar Relay Communication Satellite |werk=sciencemag.org |datum=2021-04-27 |abruf=2021-08-08 |format=PDF; 3,12&nbsp;MB |sprache=en}}</ref>

== Aufbau ==
Der in betanktem Zustand rund 600&nbsp;kg schwere Satellit mit einer geplanten Lebensdauer von mindestens acht Jahren beruht auf dem CAST-100-[[Satellitenbus]] der [[Hangtian Dong Fang Hong|Hangtian Dong Fang Hong Satelliten GmbH]].<ref>{{Internetquelle |autor= |url=https://www.cast.cn/english/news/3297 |titel=CAST 100 Bus |werk=cast.cn |datum=2021-02-02 |abruf=2021-08-08 |sprache=en}}</ref>
Er wird nach Plänen der [[Chinesische Akademie für Weltraumtechnologie|Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie]] von derselben Gruppe um Chefkonstrukteur Zhang Lihua (张立华, * 1970) gebaut, die bereits für den Relaissatelliten Elsternbrücke verantwortlich war. Das Gehäuse besitzt die Maße 140 × 140 × 85&nbsp;cm, dazu kommen noch zwei [[Solarzelle]]nflügel mit insgesamt sechs [[Solarmodul|Modulen]]. Die [[Galliumarsenid]]-[[Tandem-Solarzelle|Tripelzellen]] liefern 1000&nbsp;W elektrische Leistung; für die Zeiten, wo sich der Satellit im Schatten befindet, steht ein [[Lithium-Ionen-Akkumulator]] mit einem Ladungsspeichervermögen von 90&nbsp;[[Amperestunde|Ah]] zur Verfügung.

[[Datei:BetriebsorbitPolrelais.jpg|mini|Betriebsorbit]]
Der Satellit besitzt vier Haupttriebwerke von jeweils 20&nbsp;N Schubkraft sowie zwölf [[Reaction Control System|Lageregelungstriebwerke]] mit jeweils 5&nbsp;N. Alle 16 Triebwerke arbeiten mit dem [[Raketentreibstoff#Monergole|monergolen]] Raketentreibstoff [[Hydrazin]]. Wenn der Satellit seinen Betriebsorbit erreicht hat, erfolgt die Lageregelung hauptsächlich über vier [[Reaktionsrad|Reaktionsräder]], die nach Erreichen der Maximaldrehzahl mit den Lageregelungstriebwerken drallentsättigt, also wieder gestoppt werden. Zur Orientierung besitzt der Satellit drei [[Sternsensor]]en, zwei [[inertiale Messeinheit]]en und mehrere [[Sonnensensor#Raumfahrt|digitale Sonnensensoren]].

Von der Elsternbrücke übernommen ist eine auf der Oberseite des Gehäuses fest montierte, ausfaltbare [[Parabolantenne]] von 4,2&nbsp;m Durchmesser mit einem [[Antennengewinn]] von 44&nbsp;dBi, über die der Funkverkehr mit der Mondoberfläche läuft. Es stehen 10 gleichzeitig nutzbare [[Frequenzband#Mikrowellenbereich|X-Band]]-Kanäle für den Funkverkehr nach unten zum Mond und 10 Kanäle für den Verkehr nach oben zum Satelliten zur Verfügung. Die [[Datenübertragungsrate]] für Steuerbefehle vom Satelliten an die Roboter beträgt 1&nbsp;kbit/s, wenn diese die Daten mit einer [[Rundstrahlantenne]] empfangen, und 1&nbsp;Mbit/s wenn die Roboter eine Parabolantenne auf den Satelliten ausrichten. In der umgekehrten Richtung können Telemetrie- und Nutzlastdaten der Roboter bei Verwendung einer Rundstrahlantenne mit einer Geschwindigkeit von 50&nbsp;kbit/s nach oben übertragen werden, bei Verwendung einer Parabolantenne mit 10&nbsp;Mbit/s. Anschließend werden die Signale im Satelliten [[Demodulation|demoduliert]] und [[Code|dekodiert]].

Für die Übertragung der Nutzlastdaten an die Bodenstationen der [[Chinesische Akademie der Wissenschaften|Chinesischen Akademie der Wissenschaften]], sowohl von den Robotern auf dem Mond als auch vom Satelliten selbst – er trägt als Nutzlast einen bildgebenden Teilchendetektor zur Beobachtung des irdischen [[Magnetosphäre#Aufbau|Magnetschweifs]] – wird das K<sub>a</sub>-Band genutzt. Mit [[Quadraturphasenumtastung]], einer Verschlüsselung mit [[Low-Density-Parity-Check-Code]] und einem [[Wanderfeldröhre]]n-Verstärker mit 55&nbsp;W Ausgangsleistung wird eine Datenübertragungsrate von 100&nbsp;Mbit/s erreicht. Als Antenne wird hier eine kleine Parabolantenne mit 60&nbsp;cm Durchmesser in [[Kardanische Aufhängung|kardanischer Aufhängung]] verwendet, die auf der der Erde zugewandten Seite des Satellitengehäuses montiert ist. Die Übertragung der Telemetriedaten der Roboter und des Satelliten selbst an die militärischen Bodenstationen des Chinesischen Tiefraumnetzwerks sowie die der Steuerbefehle von dort an den Satelliten erfolgt mit der sogenannten „Unified-S-Band-Technologie“ (USB), bei der alle Daten auf einer einzigen Trägerwelle im S-Band gesendet werden. Hierfür besitzt der Satellit zwei USB-Transponder und sechs Rundstrahlantennen für das S-Band.

Die Systeme sind hierbei wechselweise redundant. So können bei einem Ausfall des S-Band-Systems die Telemetrie- und Steuersignale auch über das K<sub>a</sub>-Band übertragen werden, und wenn die K<sub>a</sub>-Band-Signale während der sommerlichen [[Monsunregen|Regenzeit]] einer starken Dämpfung durch die Wassertröpfchen in der irdischen Atmosphäre unterliegen, können die Nutzlastdaten auch über das S-Band übertragen werden, allerdings mit einer niedrigeren Datenübertragungsrate. Ähnlich wie bei einem [[Globales Navigationssatellitensystem|Satellitennavigationssystem]] wird die sogenannte „[[Time of Arrival]]“, also eine [[Laufzeitmessung]] der Signale zwischen den an der Kommunikation beteiligten Partnern dazu genutzt, um deren Position im Orbit bzw. auf der Oberfläche des Mondes mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.<ref name="dfh" />

== Verwendung als Radioteleskop ==
Die Ausrichtung des für den Satelliten verwendeten [[Hangtian Dong Fang Hong#Satellitenbusse|CAST-100-Busses]] kann in weniger als 10 Minuten um 30° verändert werden. Daher beabsichtigt man, die 4,2-m-Antenne während der vier Stunden, die der Satellit bei jedem Umlauf über dem Nordpol des Mondes verbringt, als Radioteleskop zu nutzen. Zu diesem Zweck musste die Ausrichtungsgenauigkeit von 0,1° auf weniger als 0,05° bzw. 170 [[Winkelsekunde]]n verdoppelt werden. Der Satellit soll im Zusammenwirken mit irdischen Teleskopen für [[Very Long Baseline Interferometry|Langbasisinterferometrie]] mit einer Grundlinie von 400.000&nbsp;km verwendet werden. Man will die Position und Zusammensetzung von [[Radioquelle]]n außerhalb der [[Milchstraße]] bestimmen, aber auch – als Teil des [[Chinesisches Deep-Space-Netzwerk|Chinesischen Tiefraumnetzwerks]] – die Position von Raumflugkörpern wie der Asteroidensonde [[Tianwen-2]].

Für die Verwendung als Radioteleskop ist an der Antenne ein gekühlter [[Frequenzband#Mikrowellenbereich|X-Band]]-Empfänger für den Frequenzbereich 8–9&nbsp;GHz mit einer [[Rauschtemperatur]] von weniger als 50&nbsp;[[Kelvin|K]] und vier wählbaren Bandbreiten (64, 128, 256 und 512&nbsp;MHz) montiert. Um bei einem gegebenen Signal die Laufzeitdifferenz zwischen dem Satelliten und dem irdischen Radioteleskop genau bestimmen und somit die Position der Radioquelle oder des Raumflugkörpers berechnen zu können (die Position des Satelliten selbst kann mit einer Genauigkeit von 30&nbsp;m bestimmt werden), besitzt der Satellit eine [[Atomuhr]] mit einer maximalen Abweichung von 10<sup>−12</sup> pro Sekunde bzw. 10<sup>−14</sup> pro Tag. Empfänger und Uhr besitzen zusammen eine Masse von 45&nbsp;kg und haben eine durchschnittliche Leistungsaufnahme von 220&nbsp;W.<ref name="ausschreibung">{{Internetquelle |autor=宋猗巍 |url=http://www.clep.org.cn/n6020511/c6810049/content.html |titel=关于开展探月工程四期嫦娥七号任务载荷竞争择优的通知 |werk=clep.org.cn |datum=2020-08-27 |abruf=2021-08-09 |sprache=zh}}</ref>

== Vergleich der Relaissatelliten ==
Hier ein Vergleich einiger Kennziffern der beiden lunaren Relaissatelliten:

{| class="wikitable"
!   !! Elsternbrücke !! Relaissatellit
|-
| Bus || CAST 100 || CAST 100
|-
| Startmasse || 449 kg || 600 kg
|-
| Stromversorgung || 4 Solarmodule, insgesamt 780 W || 6 Solarmodule, insgesamt 1000 W
|-
| Akkumulator || 45 Ah || 90 Ah
|-
| Orbit || südlicher Halo-Orbit um L<sub>2</sub><br />z-Amplitude 13.000 km || elliptischer Orbit um Mond 54,8°<br />300 × 8600 km
|-
|Umlaufzeit || 14 Tage || 12 Stunden
|-
| Sichtverbindung zu Robotern || immer || 8 von 12 Stunden
|-
| Zahl der Roboter || 2 || 10
|-
| Antennen || X-Band-Parabolantenne 4,2 m<br />S-Band-Spiralantenne || X-Band-Parabolantenne 4,2 m<br />6 S-Band-Rundstrahlantennen<br />K<sub>a</sub>-Band-Parabolantenne 0,6 m
|-
| Satellit-Mond || X-Band 125 bit/s || X-Band 1 kbit/s
|-
| Mond-Satellit || X-Band 555 kbit/s || X-Band 10 Mbit/s
|-
| Satellit-Erde || S-Band 4 Mbit/s || K<sub>a</sub>-Band 100 Mbit/s
|-
| Start || 2018 || 2024 (geplant){{Zukunft|2024}}
|-
| Betriebsende || 2026 (erwartet){{Zukunft|2026}} || 2032 (erwartet){{Zukunft|2032}}
|}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Navigationsleiste Chinesische Mondmissionen}}

{{SORTIERUNG:Relaissatellit}}
[[Kategorie:Kommunikationssatellit]]
[[Kategorie:Raumfahrt (Mond)]]
[[Kategorie:Raumfahrt der Volksrepublik China]]
[[Kategorie:Raumfahrtmission 2024 (geplant)]]