Af Aksel Brinck, Alt om Data
Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.
Det var en bedrift af de helt store, da NASA’s sonde New Horizons nytårsdag passerede en kegleformet klippe, Ultima Thule, i den fjerne del af vores solsystem, som kaldes Kuiperbæltet. At kunne flyve tæt forbi et himmellegeme, der kun er 35 kilometer langt med en afstand af 3500 kilometer, 6,6 milliarder kilometer væk fra Jorden – og det med en hastighed på 14 km/sek. – er mildt sagt forbløffende.
Mens mange danskere endnu plejede et værkbrudent hoved efter en sjov nytårs-aften, jublede staben bag den amerikanske rumfartsorganisations sonde så højlydt, at begejstringen endte som en af dagens store nyheder på de globale tv-stationer. Men når det handler om kommunikationen fra sonden, er tallene knap så imponerende. Det er efterhånden nogle måneder, siden passagen skete, men endnu er langtfra alle data fra forbi-flyvningen – for eksempel de mange fotooptagelser – ankommet til Jorden.
16 måneder undervejs
Det var også sonden New Horizons, som tre år tidligere havde opdaget, hvordan miniplaneten Pluto og dens måne Charon egentlig så ud. Også dengang var det en tålmodighedsprøve (der var ventetiden værd) at se billeder og videnskabelige data tikke ind. For nok har vi hernede på Jorden fået kvikt, trådløst internet. Vi har lynhurtige telefonlinjer. Og vi har et tæt væv af radiokommunikation plus satellit-tv med sekunders forsinkelse. Sådan er det ikke ude i det fjerne, kolde rum. Derude skal der økonomiseres med kræfterne. NASA’s sonder nærmest hvisker med rumcentret i USA, og denne hvisken foregår i slowmotion.
Det tager 16 måneder at få alle data ned til Jordens overflade og behandlet dem. Alene afstanden er en forhindring. New Horizons kommunikerer med radiobølger. Og selvom de bevæger sig med lysets hastighed, er de 4,5 timer om at nå ned til Jorden. Tilsvarende tager det 4,5 timer at sende en besked til sonden om for eksempel at ændre kurs. Så den slags beslutninger skal tages i god tid.
Alle videnskabelige data, fotooptagelser og andre informationer er lagret digitalt på to flash-harddiske (lig et SD-kort). Før de kan sendes afsted bliver de komprimeret og reformateret til højfrekvente radiobølger, der kan håndteres af sondens radiokommunikationssystem – hvorpå de sendes afsted gennem rummet fra en 2,1 meter stor parabol, der både rummer en sender og en modtager.
Sender med blot 12 watt
Men antennens output er helt nede på 12 watt. Det kan dårligt nok få en gammeldags glødepære til at lyse. Og signalet fra jorden er nede på en milliontedel af en milliardtedel watt. Så er der transmissionshastigheden. Her nede på Jorden sidder vi og hygger os med internethastigheder på over 100 Mbps. Men sonden kan kun sende data med en hastighed mellem 1 og 2 Kbps. Det er 50.000 til 100.000 gange langsommere. Sid stille og vent på, at en hjemmeside dukkede op på din pc i den hastighed. Der skulle brygges noget kaffe, før den dukkede op. Årsagen til den lave data-hastighed er den store afstand og ønsket om ikke at rutte med energien ombord på sonden.
En godt to meter stor parabolantenne på sonden New-Horizons sender og modtager svage signaler. Alle billeder sendes som radiosignaler.Den fjerneste sonde
New Horizons er historiens hurtigste rumsonde, men ikke den, som er nået længst fra Jorden. NASA’s Voyager 1-sonden forlod Jorden i 1977, og den er nu over 20 milliarder kilometer væk. Radiosignaler fra denne sonde er 19 timer om at nå frem til vores klode. Også her sker det med lysets hastighed, så man kan sige, at Voyager 1 nu er 19 lystimer fra Jorden. Det er langt, men i verdensrummet kun som et astronomisk stenkast. Den nærmeste sol bortset fra vores egen er Proxima Centauri, og den befinder sig hele 4,25 lysår fra der, hvor du sidder lige nu. Det er 39.447 lystimer!
Tre modtagere på Jorden
Undervejs gennem verdensrummet spredes radiosignalet. Alligevel kan det indfanges med store parabolantenner placeret tre steder på Jordens overflade: i Madrid (Spanien), Goldstone (Californien) og Canberra (Australien). Med denne placering er der altid et sæt paraboler, som vender ud mod enhver af de fungerende sonder, NASA har sendt til vejrs. Det netværk, som parabolerne udgør, kaldes Deep Space Network, forkortet DSN.
At man næsten hele tiden har kontakt med sonderne, hvor de end befinder sig, er selvfølgelig vigtigt. DSN-netværket bruges nemlig også til at have styr på sondernes nøjagtige position. Det kan ske, at en sonde glider helt ud af ”syne” – hvis den for eksempel befinder sig bag solen nogle dage eller et kort øjeblik bag en planeten, det skygger for signalet. Men det har man beregnet på forhånd, så den lille hvisken fra det fjerne kan afbrydes midlertidigt.
Signalet er så svagt, at den bevægelige parabol må have en diameter på mindst 25 meter. Faktisk er signalet fra Voyager 1 næsten usynligt. Det er 20 milliarder gange svagere, end den energi der skal til at drive et batteridrevet ur. Fra parabolens overflade reflekteres signalet ind mod en modtager, der er monteret højt over skålen. Ikke nok med, at sonden hvisker til Jorden; det gør den også i et støjfyldt miljø – nærmest som hvis nogen hviskede til dig på flere meters afstand under en lystig fest. Der er både kunstig støj fra radio- og mobilsignaler, regnskyer, som dæmper signalet, og den naturlige baggrundsstøj i universet, som stammer helt tilbage fra ”big bang”. Derfor skal signalet have en høj frekvens (GHz-området). Der sidder særligt støjsvage forforstærkere ved parabolens radiomodtager, og en kompleks rensning af data sker på vej mod kontrolcentret ved hjælp af højhastighedscomputere.
Dataene fra det ydre rum ankommer i pakker. Så først skal alle data pakkes ud og gennemgås. Der kan være en del dårlig data imellem; rejsen har jo været lang og forstyrret. Herefter lagres informationerne i arkivfiler, men lagringen sker i en meget rå form. Det er disse rå filer, der er ”guldet” for NASA’s forskere. De pakker filerne op, sorterer og gennemgår dem, så den kan omdannes til brugbare data. Det er dog ikke som at lede efter en nål i en høstak. Alle data er kodet med tidspunkt, sted og datatype. For eksempel bliver billeder fra sonden New Horizons prioriteret frem for andre data i transmissionen og har fået en særlig ”turbokode” før transmissionen.
Billeder er ikke nødvendigvis den vigtigste information, når man skal forstå, hvad der har formet himmellegemerne – Pluto eller fjernere isklumper ude i Kuiperbæltet som Ultima Thule. Men for os mennesker er billeder den hurtigste måde at begribe ting på. Det giver os en konkret forestilling om, hvor øvrige data stammer fra, og så er det heller ikke uden betydning for den amerikanske rumorganisation at have noget spændene at sende ud til offentligheden.