Zahlen, bitte! Einmal Mond und zurück - Der erste Weltraum-Funkspruch in 198 MHz

Dank ausgefeilter Technik nahm der Mond für einige Jahre das Satellitenzeitalter vorweg. Das stellte die Weichen für die moderne, weltumspannende Kommunikation.

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  • Markus Will

Am 24. Juli 1954 schickte das US-Militär erstmals – und zwar Jahre vor dem Satellitenzeitalter – einen Funkspruch in den Weltraum, den eine Erd-Empfängerstation nach zweieinhalb Sekunden wieder empfing. Möglich machte diese Verbindung von Stump Neck, Maryland aus, über rund 770.000 Kilometer ein guter alter Bekannter: der Mond.

Er diente als passiver Reflektor und ermöglichte so die Erde-Mond-Erde-Funkverbindung (auch Moonbounce genannt) über die für damalige Verhältnisse mit Abstand weiteste Strecke aller Zeiten. Und das Experiment bewies, dass die irdische Ionosphäre durchlässig für Funkübertragungen ist. Die Erkenntnis ermöglichte erst die Raumfahrt sowie die Erforschung des Alls durch Sonden.

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Das Naval Research Laboratory (kurz NRL) wurde 1923 als Forschungseinrichtung der US-Navy sowie der -Marines geschaffen. Vom ersten Tag an arbeiteten die Forschenden am Hochfrequenzfunk, um die Kommunikation von Seestreitkräften zu verbessern. Inmitten dieser Forschungen wurden sogar zufällig die Grundlagen des späteren Radars entdeckt.

Mit dem Zweiten Weltkrieg kam diese zum Teil streng geheime Grundlagenforschung weitgehend zum Erliegen –, die Forschungskapazitäten wurden für die Verbesserung bestehender Systeme gebraucht. Außerdem sollten die Forscher aus erbeuteter Kommunikations- und Radartechnik Produktverbesserungen der eigenen Systeme entwickeln.

Zahlen, bitte!

In dieser Rubrik stellen wir immer dienstags verblüffende, beeindruckende, informative und witzige Zahlen aus den Bereichen IT, Wissenschaft, Kunst, Wirtschaft, Politik und natürlich der Mathematik vor.

Ein Forschungsprogramm befasste sich dabei mit Ortung von Funksprüchen. Die immer empfindlicheren Funkempfänger fingen mehr und mehr deutsche und japanische Funksprüche ab. Nach dem Krieg konzentrierte sich die Funk-Überwachung auf zufällig aufgefangene Funksprüche der Sowjetunion.

Ein Forschungsobjekt war ein deutsches Funk-Sende-Empfangsgerät FuSE 62, besser bekannt unter dem Decknamen "Würzburger Antenne". Mit diesen Geräten ließen sich unter anderem Flüge der Nachtjäger koordinieren. Daraus wurden Funk-Abhörgeräte entwickelt.

Am 10. Januar 1946 gelang einer anderen Einheit, geleitet vom begeisterten Funkamateur John Hibbett DeWitt, den Mond als Reflektor für Funksignale zu verwenden. Ein Signal über die Frequenz 111,5 Megahertz und einer Ausgangsleistung von 4000 Watt wurde vom Mond reflektiert. Der Versuch bewies zudem, dass die Ionosphäre der Erde überwindbar sei.

Notizbuch-Eintrag von James H. Trexler, datiert am 28. Januar 1945. Er berechnet dabei eine Erde-Mond-Erde-Funkübertragung zwischen Los Angeles als Startpunkt und Washington D.C. als Empfänger. Das Funksignal wird in Richtung Mond geworfen und durch die Ionosphäre sowie die Oberfläche des Mondes zurückgeworfen.

(Bild: Naval Research Laboratory)

Mit diesen Erkenntnissen kam erstmals die Idee auf, den Mond für Funkübertragungen zu nutzen, was zunächst nur zögerlich verfolgt wurde. Vorerst wurde nur eine passive Überwachung des Mondes auf russische Radarsignale genehmigt. NRL-Ingenieur James H. Trexler blieb allerdings am Ball: Er berechnete bereits, was erforderlich sei, um eine aktive Kommunikation über den Mond als Relaisstation zu gewährleisten.

Mit dem geheimen PAMOR-Programm (Passive Moon Relay) kam 1950 weitere Bewegung in die Mondradarforschung: 100.000 Dollar stellte die Marine zur Verfügung. In Stump Neck, Maryland wurde eine neue Station errichtet, die mit einem Parabolspiegel mit den Maßen von 67 × 80 Metern. Am 21. Oktober 1951 wurde der Mond einem 750 Watt-Sender zum Test mit Impulsen von je 10 Mikrosekunden gezielt bestrahlt. Die gute Qualität der empfangenen Signale überraschte den erfahrenen Amateurfunker Trexler. Das Signal wurde vom Mond viel klarer zurückgeworfen als gedacht.

Erwartet wurde, dass die eingesetzte Energie vom gesamten Mond abgestrahlt wird. Stattdessen war die Rückstrahlung viel schärfer: Der Kreis des Echos betrug mit berechneten 338 Kilometern fast genau ein Zehntel des Mond-Durchmessers. Damit wurde deutlich, welch Potenzial in dieser Technik steckte: Mit dieser Qualität war tatsächliche Kommunikationsformen jenseits von einfachen Signalen möglich. Angesichts dieser Erkenntnisse wurde umgehend ein Kommunikations-Mondrelais-Projekt bewilligt.

Trexler schlug vor, den Mond als passiven Reflektor zu nutzen, um damit Verbindungen von den USA zu Schiffen, U-Booten oder Flugzeugen zu gewährleisten. Für den reinen Empfang reichten Standard-Funkantennen. Am 24. Juli 1954 war es dann so weit: Trexler sprach mehrere Worte in das Mikrofon der Neck-Funkantennenanlage des Labors in Maryland, die mit einer Frequenz von 198 Megahertz abgeschickt wurden. Nach etwa zweieinhalb Sekunden empfingen die Antennen die zurückgeworfenen Worte ein. Die bis dahin mit Abstand weiteste Funkübertragung war perfekt.

1955 folgten weitere Versuche vom Stump Neck-Labor aus: erst nach Washington, dann bis Kalifornien. 1956 erging eine Glückwunschnachricht bis nach Hawaii. Angetan von dieser Kommunikation wurde das Communication Moon Relay System entwickelt, ein voll funktionsfähiges Satellitenkommunikationssystem zwischen Washington D.C. und Hawaii. Der Erdsatellit überbrückte dabei eine Distanz von über 7700 Kilometern.

Dieses Bild hat bereits den Erdtrabanten besucht: Eine Fax-EME-Bildübertragung mit dem US-Flugzeugträger Hancock. Die Offiziere und Besatzungsmitglieder bilden an Deck die Worte "Moon Relay" (Mond Relais). An 28. Januar 1960 von Honolulu, Hawaii per Funk-Express über Mond nach Washington, D.C. verschickt. Reisezeit: 2,5 Sekunden.

(Bild: U.S. Navy)

Das System arbeitete mit 28-Meter-Parabolspiegeln, 100-Kilowatt-Sender und in den Frequenzbereich um 400 Megahertz. Bis zu 16 Fernschreibkanäle konnten bis zu 60 Wörtern pro Minute übertragen. Selbst Fotos ließen sich über den Mond verschicken. 1961 konnte die U.S.S. Oxford mit der Heimat kommunizieren, während sie in südamerikanischen Gefilden unterwegs war.

Das technisch ausgefeilte System wurde allerdings mit dem Aufkommen von Kommunikationssatelliten Ende der 1960er obsolet. Die künstlichen Satelliten waren flexibler, günstiger und boten umfangreichere Möglichkeiten. Dennoch hat die Erde-Mond-Erde-Verbindung viel Pionierarbeit geleistet und war eine Vorstufe zum Satellitenzeitalter.

Das Erde-Mond-Erde-Verfahren (EME) wird bis heute noch von Funkamateuren genutzt. Mit Spezialantennen und Softwarelösungen kommunizieren sie mit dem Verfahren über Kontinente hinweg.
Dabei bekommt der Begriff Erdsatellit eine neue Bedeutung.

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(mawi)