Kürzlich teilte die NASA bei einer Veranstaltung im Goddard Space Flight Center die erste Reihe von Vollfarbbildern, die vom James Webb Space Telescope (JWST) aufgenommen wurden. JWST ist das größte und leistungsstärkste bemannte Weltraumobservatorium, das jemals in Betrieb genommen wurde, und steht an der Spitze des menschlichen Einfallsreichtums. Trotz dieses Einfallsreichtums werden Computerbegeisterte jedoch über die verfügbare Speicherkapazität des Teleskops zum Speichern der damit aufgenommenen Fotos lachen - nur 68 GB.
Ehrlich gesagt ist es nicht nur eine SSD. Tatsächlich wird es als Solid-State-Recorder bezeichnet. Jedes elektronische Teil, das in einem Projekt wie JWST verwendet wird, muss einen zermürbenden Zertifizierungsprozess durchlaufen. Es gibt Standards für Zuverlässigkeit, Geschwindigkeit, Redundanz und Strahlungsbeständigkeit, die die Summe seiner Teile erfüllen muss. Die weltbesten SSDs können viel mehr Daten speichern und tausendmal schneller laufen, aber sie alle scheitern, wenn man sie hoch genug werfen kann.
Um es klar zu sagen: Die Bilder selbst sind beeindruckend und überwältigend, aber zwischen dem Moment, in dem JWST eines dieser weltraumopernartigen Bilder aufnimmt, und dem Moment, in dem wir sie tatsächlich auf dem Bildschirm anzeigen können, müssen Millionen Kontrollpunkte verfolgt werden.
Die massive, 25 Quadratmeter große Optik von JWST wurde entwickelt, um Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von bis zu 28 Mikrometern einzufangen. Und je breiter die Wellenlänge ist, die der Sensor erfassen kann, desto mehr Daten werden für jedes Bild erzeugt. Das gilt sowohl für das Handy-Bild als auch für die JWST. Alles, auch Farben, ist gegeben. Da JWST so empfindlich ist, kann es jeden Tag bis zu 58,8 GB Bilddaten produzieren, wodurch das historische Hubble und seine maximale Tagesleistung von 2 GB nervös in einer Ecke glimmen. Die Datenaufzeichnung selbst übernimmt das ICDH-Subsystem (ISIM Command and Data Handling) von JWST, das eine maximale Übertragungsrate von etwa 48 Mbit/s unterstützen kann. Das reicht JWST, um alle 2048 Sekunden etwa sechs 2048×10,7-Bilddateien zu speichern.
Dies kann ein Problem sein. Das strahlungsresistente JWST-Solid-State-Laufwerk mit 68 GB kann an einem Tag vollständig gefüllt werden. Aber in Wirklichkeit kann die JWST SSD je nach Zeitplan in nur 120 Minuten gefüllt werden. Das bedeutet, dass Daten auf SSDs ständig bereinigt werden müssen, indem sie die 1,5 Millionen km des Weltraums durchqueren, die JWST vom hellblauen Punkt der Erde trennen, wo sie sicher auf NASA-Servern gespeichert werden können.
Diese Entfernung wurde nicht zufällig gewählt, denn JWST parkt am Lagrange-Punkt 2, einem der Punkte, an dem sich die gravitativen Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Himmelskörpern gegenseitig aufheben, um möglichst stabile Bilder im Weltraum zu ermöglichen. Daher muss JWST nicht nur Bilder empfangen, sondern sie auch häufig zur Erde senden.
Das Kernkommunikationssystem von JWST, das auf Ka-Band-Frequenzen basiert, überträgt Daten auf einem 25,9-GHz-Kanal mit Geschwindigkeiten von bis zu 28 Mbit/s zur Erde. Um seine Datenbanken aufzufüllen, überträgt JWST jeden Tag wissenschaftliche Daten in zwei 4-stündigen Kontaktfenstern, wobei jeder Kontakt die Übertragung von mindestens 28,6 GB aufgezeichneter wissenschaftlicher Daten zur Erde ermöglicht.
Ein Paar langsamerer S-Band-Funkkanäle erfüllt andere Anforderungen. Der Uplink bei 2,09 GHz überträgt die zukünftigen Zeitpläne des Teleskops für Übertragungen und wissenschaftliche Beobachtungen mit 16 kbps, die 12 bis 20 Wochen im Voraus geplant sind. Der zweite Kanal, 2,27 GHz, 40 kbps, überträgt Teleskoptechnik- und Telemetriedaten, einschließlich Betriebsstatus und Systemstatus.
Ingenieure schätzen, dass am Ende der 10-jährigen Lebensdauer von JWST aufgrund von Zellschäden aus verschiedenen Quellen, einschließlich Aufzeichnungen und Radioaktivität, nur noch 60 GB Speicher verbleiben werden. Dies reicht für eine maximale tägliche Datensammlung von 57 GB.
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