Kodningsfolk kvalitetssikrer viden fra det ydre rum

tirsdag 18 okt 05
|

At holde kontakten med rumfartøjer langt ude i universet kræver kraftige og følsomme deep space jordstationer. Når rumfartøjet Venus Express i slutningen af oktober begiver sig ud på rejsen mod vor nærmeste nabo, Venus, så er det den nyligt indviede spanske jordstation Cebreros, der vil kommunikere med den på rejsen. Til udviklingen af jordstationens kommunikationsudstyr har COM•DTU bidraget med ekspertise om hvordan signaler fra det ydre rum kan dekodes og korrigeres.

 

/-/media/Institutter/Fotonik/nyheder/arkiv/esa_kodning_2005/esa_jordstation.ashx       /-/media/Institutter/Fotonik/nyheder/arkiv/esa_kodning_2005/venus_express.ashx

Copyright: European Space Agency/ESA 

 

Når det Europæiske Rumagentur ESA´s fartøj Venus Express i foråret 2006 går i kredsløb omkring Venus, så vil jordstationen modtage op i mod 500 megabits videnskabelige data i løbet af 8 timer hver dag.  På sin mission skal rumfartøjet undersøge hvorfor den mysteriøse planet, der på mange måder minder om jorden, har så enorm en drivshuseffekt at overfladetemperaturen er på 470 grader. ESA vil også forsøge at finde ud af hvorfor planeten roterer omvendt af hvad jorden gør og meget langsommere. En dag på Venus svarer til 243 dage på jorden.

 

De første undersøgelser skal bringe viden om atmosfæren på Venus og aktive vulkaner samt analyser af planetens svovlsyreholdige skyer. De svage signaler vil rejse millioner af kilometer tilbage til Cebreros kæmpemæssige øre - som jordstationens 40 meter høje antenne kaldes. Den nye antenne er særlig følsom og kan opfange signaler så langt væk som 900 millioner km ude i det ydre rum.

 

Docent Knud J. Larsen og professor Jørn Justensen fra COM•DTU har sammen med ESA´s Ground Station Systems Division udviklet og implementeret dekodningsalgoritmerne i programmeringssproget VHDL. Programmet er nu klart til at modtage de 4 millioner signaler som rumfartøjet vil sende per sekund.

 

”Da formålet med mission er videnskabelige resultater, så er vigtigt at få bragt dem så sikkert i hus som muligt. Det er også essentielt at ESA´s analytikere på jorden kan være helt sikre på rigtigheden af de data, som sendes fra Venus. Sendes der for eksempel 20000 bits, så vil op imod 2000  af dem være fejlagtige. Det er dem programmet kan opsnappe og korrigere”, fortæller Knud J. Larsen.

 

Fejlagtige signaler kan ikke blot forvrænge den viden, som sendes tilbage til jorden.  De kan også medføre, at man i ESA’s kontrolrum antager noget om fartøjets tilstand som ikke er korrekt f.eks. om dens kurs, position, batteri-forbrug eller temperatur. Slukker kontrolrummet for noget udstyr, fordi de tror at batterierne er afladede, så mister man måske værdifulde informationer.

 

”Ved at fejlkorrigere signalerne sikrer vi os, at de informationer der overføres mellem jordstationen og satellitten er pålidelige. At finde den bestemte logik, der kan identificere og rette fejl i datastrømmen er det store kunststykke i kodning. I princippet skaber vi ud fra de oprindelige transmitterede data en helt ny sammenhæng ved at lægge mere information til det vi modtager”, fortsætter Knud J. Larsen.

 

Programmets fejlkorrigerende kodning kan sammenlignes med det der sker, når en taler ved at han har svært ved at trænge igennem med sit budskab pga. f.eks. støj fra omgivelserne. Personen gentager derfor budskabet f.eks. tre gange på lidt forskellige måder. Ud af tre gentagelser hører lytterne måske kun to udsagn klart og tydeligt. Alligevel formår de at skabe en helhed ud af hvad der blev sagt. Det at man ræssonerer sig frem til budskabet, er meget lig den dekodning som sker i programmet.

 

Fejlkorrektion og dekodning er dog ikke helt så enkelt. I den videnskabelige udvikling har det hidtil været sådan, at forskere i jagten på smukke matematiske strukturer er kommet på nye måder at kode information på. Efterfølgende har det typisk taget andre forskere som f.eks. kodningsfolkene på COM•DTU 5-10 år at finde dén snedige logik, der kan dekode koderne og bringe dem til brug i praksis.

 

De mere præcise detaljer i implementeringen af algoritmerne til den nye Cebreros jordstation er for kort tid siden kommet på plads med hjælp fra DTU. Nu skal det så blot lykkes Venus Express fartøjet at komme helskindet til Venus. Tidligere fartøjer er brændt op. Måske får vi med missionen endeligt svar på hvorvidt Venus er jordens tvilling.