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Forum: Offtopic Laser-Reflektor auf dem Mond


Autor: Jochen (Gast)
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Kann man den eigentlich mit "Hausmitteln" wie Laserpointer oder 
DVD-Brennerlaserdiode befeuern und bekommt den Lichtblitz nach 2 
Sekunden zurück oder ist das aussichtslos?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Aussichtslos. Ich habe irgendwas von um die 2MW Laserleistung im Kopf. 
Der Empfang geschieht mittels Korrelation oder sowas um wirklich noch 
einzelne Photonen zu erkennen. Also technisch sehr aufwendig.

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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klar bekommst du "etwas" zurück. nur überleg mal, wie groß der 
öffnungswinkel vom laserpointer ist. schätzungswise verteilt sich das 
licht nach 400.000km auf eine fläche, die einen großteil vom mond selbst 
einnimmt. dort trifft ein teil davon auf den reflektor, dieser anteil 
streut auf dem rückweg nochmals, muss dann durch die atmosphäre, wird 
also noch deutlich gedämpft (wie auch auf dem hinweg) und DER rest 
trifft dann auf deine photodiode.... kannst dir ja mal ausrechnen, um 
welche leistung es sich handelt. femtowatt dürfte realistisch sein.

Autor: oha (Gast)
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Solche Spielchen macht man ueblicherweise mit Kupferlasern, die waehrend 
10ns eine Leistung von 100kW oder so bringen. Und auch dann braucht man 
ein Telektop zum Senden und zum Empfangen.

Autor: Troll (Gast)
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Was kostet denn so ein "Telektop"? Hoffentlich nicht soviel wie ein 
Teleskop ;)

Autor: arno nyhm (Gast)
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kann ich auch meinen terawattlaser nehmen oder geht dann der mond 
kaputt?

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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http://de.wikipedia.org/wiki/Erde-Mond-Erde
auf andern Frequenzen geht das schon
"Streckendämpfung des Signals etwa 250 Dezibel"

Autor: oha (Gast)
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Ich denke optisch geht es etwas besser, denn die Gelandeten haben ein 
paar Retroreflektoren dagelassen. Daher sind die 
Ausbreitungseigenschaften besser als bei Funk. In neuem Zustand, dh ohne 
Staub drauf, reflektieren die um die 99%. Den Rest der Daempfung kann 
man der Appertur rechnen. Die Divergenz Theta = 
Lamda/(Pi*kleinster_Strahldurchmesser). Um den 
kleinster_Strahldurchmesser des Senders moeglichst Gross zu machen geht 
man von einem Teleskop aus, sagen wir 2m. Auf der reflektierten Seite 
ist der Reflektor der kleinster_Strahldurchmesser gleich dem Durchmesser 
des Reflektors. Dann noch die beiden Flaechenverhaeltnisse und man ist 
da. Ich grad keinen Rechner da...

Autor: Thomas (Gast)
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Hab kürzlich irgendwas dazu auf youtube gesehen. War irgendwas zwischen 
1 und 10 Photonen die zurückkommen. Der Reflektor kann auch nur das 
zurückwerfen was ankommen. Und das wird auf dem Rückweg durch die 
Athmosphäre nochmal zerstreut.

Autor: oha (Gast)
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Vergiss die Athmosphere. An einem guten Standort, dh dort wo auch die 
Teleskope stehen, geht die Streuung gegen Null. Also. Lasst uns mal 
rechnen.
Beginnen wir mit einer Appertur von 2m, dann betraegt die Divergenz :
Theta = Lamda/(Pi*kleinster_Strahldurchmesser) = (5E-7)/(3.14*2) = 8E-8. 
Der Fleckdurchmesser auf dem Mond ist demnach Dm = Distanz * tan 
(Divergenz) = Distanz * Divergenz = 32m. Was ja nicht so schlecht ist. 
Der Reflektor ist vielleicht 10cm im Durchmesser.
Dessen Divergenz ist Theta = Lamda/(Pi*kleinster_Strahldurchmesser) = 
(5E-7)/ (3.14*0.1) = 1.6E-6. Dessen Fleck aud der Erde hat den 
Durchmesser De =  4E8* 1.6E-6 = 640m. Am Reflektor haben wir demnach 
noch (0.1/32)^2 = 1E-5, Auf der Erde haben wir am 2m Teleskop (2/640)^2 
= 1E-5. Beides zusammen also 1E-5 * 1E-5 = 1E-10 = -100dB

Ist irgendwo ein Fehler ?

Autor: yalu (Gast)
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oha schrieb:

> Ist irgendwo ein Fehler ?

Du rechnest jeweils mit der theoretisch erreichbaren Divergenz (viel zu
optimistisch), dafür aber mit einem zu kleinen Reflektor (ein wenig zu
pessimistisch). Ich habe eimal ein paar Zahlen aus

  http://en.wikipedia.org/wiki/Lunar_Laser_Ranging_Experiment
  http://www.astrolink.de/m001/m001000/m001_x01.htm
  http://www.jpl.nasa.gov/news/features.cfm?feature=605

zusammengetragen (der angenommene Reflektor ist der von Apollo 11):

  Strahlduchmesser auf dem Mond:     dm = 6,5km
  Strahldurchmesser auf der Erde:    de = 20km
  Anzahl Einzelreflektoren im Array  nr = 100
  Einzelreflektordurchmesser         dr = 3,8cm

Welche Teleskopgröße typischerweise für den Empfang verwendet wird, habe
ich nirgends finden können, deswegen gehe ich wie du von dem

  Teleskopdurchmesser                dt = 2m

aus. Mit diesen Zahlenwerten komme ich auf eine Gesamtdämpfung von
165dB. Dazu kommt noch die Dämpfung am Reflektor und in der Atmosphäre.
Insgesamt dürfte die Dämpfung aber immer noch deutlich geringer als beim
Moonbounce (250dB, s. Beitrag von Christoph Kessler) sein, was ja bei
dem ungleich höheren Aufwand auch nicht verwundert.

@Christoph und andere, die sich auskennen:

Wie genau können eigentlich die Funkamateure mit der Moonbounce-Methode
den Mondabstand bestimmen?

Autor: oha (Gast)
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Richtig, ich ging von einem Gauss (0,0) Strahl aus. Vergiss die 
Daempfung am Reflektor und der Atmosphaere

Der optische Weg ist ganz sicher besser als der Weg mit Funk. Denn die 
Ausbreitungsbedingungen sind dieselben (Maxwell). Die Geschichte mit der 
Apertur auch. Nur ist die Divergenz bei Funk wegen der groesseren 
Wellenlaenge viel schlechter. Ein Radiotelekop hat viel weniger 
Richtwirkung wie ein optischer Spiegel. Und der Funkreflektor auf dem 
Mond ist sicher auch schlechter, der macht keine 99% Reflexion. Auch da 
ist die Apertur zu wellelaenge auch genauso schlecht. Welche Flaeche 
haben die da ? Mit welcher Richtwirkung ?

Autor: yalu (Gast)
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oha schrieb:

> Vergiss die Daempfung am Reflektor und der Atmosphaere

Die habe ich nur der Vollständigkeit halber für die Korinthen-
kackerabteilung hinzugefügt ;-)

> Und der Funkreflektor auf dem Mond ist sicher auch schlechter, ...

Der Funkreflektor ist in diesem Fall der Mond, das ist beim
Moonbounce ja gerade das Interessante.

> ... der macht keine 99% Reflexion.

Sicher nicht, da er aus dem falschen Material gemacht ist und (viel
schlimmer) geometrisch völlig abseits des Ideals liegt. Der einzige
Vorteil ist seine große Fläche, von der aber wegen der Geometrie auch
nur ein relativ kleines Stück in der Mitte effektiv nutzbar ist.

Autor: arno nyhm (Gast)
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eme-kommunikation über frequenzen im rf-bereich ist nicht 
außerordentlich schwer zu realisieren, es gibt ettliche amateure, die 
sich beeindruckende stationen aufgebaut haben!

http://www.kolumbus.fi/michael.fletcher/eme_test.htm
http://www.iz1bpn.it/1296eme.htm

und selbst bei einer dämpfung von 250dB und den grob berechneten werten 
braucht es dei der resultierenden leistung, die zur erde zurück kommt, 
noch nichtmal wirklich photomultiplier, da reichen ja noch sogar noch 
halbleiter.
das messtechnisch aufbereitet zu bekommen und das ganze 'drumherum' ist 
natürlich auch nicht trivial, aber bei dererlei experimenten befinden 
wir uns technisch weit weg vom randbereich des möglichen.

Autor: Tom (Gast)
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> ... der macht keine 99% Reflexion.

6,5 % bei Radiofrequenzen, soviel ich weiss. Dafür ist die 
reflektierende Fläche viel größer.

Ich glaube vernommen zu haben, dass man mit Amateurmitteln neulich eine 
Reflektion von der Venus gemessen hat - das ist cool. Die Amis wiederum 
haben Venusechos schon in den 60ern hingekriegt, mit Riesenaufwand 
allerdings.

Autor: Tom (Gast)
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Autor: oha (Gast)
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Die 250dB Daempfung sind doch eher zweifelhaft. Ich hab irgendwo her mal 
gehoert, das ein Signallevel von -180dBm das Quantenlimit darstellen. Dh 
auch ein mehrlagiger Faraday Kaefig kann nicht tiefer kommen. Also wenn 
mein Signal grad mal im Quantenrauschen versinkt, so muesste man dann ja 
mit +70dBm zum Mond senden. Das waeren dann 10kW. Allenfalls kann man ja 
noch was mit Spread Spektrum, oder alternativ mit Kompression, machen.

Autor: Arno H. (arno_h)
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EME macht man aber nicht mit einem Dipol.

Arno

Autor: oha (Gast)
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Das ist natuerlich richtig. Also einen Parabol mit 80dB und eine satte 
TWT dran ...

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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oha schrieb:
> Das ist natuerlich richtig. Also einen Parabol mit 80dB und eine satte
> TWT dran ...

Der hätte dann wohl die Größe der Erde...

Aber um von 10 kW auf 1 kW zu kommen (in dem Bereich wird ja wirklich
gearbeitet, OK, in DL nur 750 W zulässig) bräuchtest du für deine
Rechnung schon mal nur 5 dBd (da die Antenne ja in beiden Richtungen
verstärkend wirkt).  Das ist bereits eine ziemlich kleine Yagi.

Real dürften die Antennen natürlich einiges mehr an Gewinn bringen
(konkrete Angaben in dBd/dBi habe ich auf die Schnelle nicht finden
können), damit kann man also dann ganz gut diverse reale Verluste
kompensieren.

Autor: Arno H. (arno_h)
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Autor: Kupfer Michi (Gast)
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Hier noch ein paar wirklich detailierte Aufzeichnungen zum Thema EME 
Bounce
aus den 70ern

The W2IMU EME Notes
http://www.christopherbartramrfdesign.com/blaenffo...

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