Welche Herausforderungen schränken die Auflösung von Weltraumkameras ein?

Ich habe über die Juno-Mission der NASA nachgelesen und bin auf den Wikipedia-Artikel über JunoCam gestoßen , bei dem es sich um Junos integrierte Kamera für sichtbares Licht handelt.

In dem Artikel wird erwähnt, dass die Auflösung des Sensors 1200x1600 Pixel beträgt, was knapp 2MP entspricht.

Es ist offensichtlich, dass es keine Kleinigkeit ist , eine Kamera in den Weltraum zu schicken und eine stabile Umlaufbahn um den Jupiter einzurichten - aber warum ist die Auflösung des JunoCam-Sensors nach dem Start von Juno im Jahr 2011 so niedrig?

Ich gehe - vielleicht zu optimistisch - davon aus, dass Designänderungen wie die Sensorauswahl 4-5 Jahre vor dem Start abgeschlossen sein werden. In den Jahren 2006 bis 2007 waren DLSR-Einsteiger häufig mit 10MP-Sensoren ausgestattet.

Grundsätzlich gilt;

• Ist es schwieriger, einen Sensor mit höherer Auflösung gegen Gefahren im Weltraum abzusichern?

• Wenn nicht, aus welchen Gründen sollte die NASA die Verwendung von Sensoren mit höherer Auflösung vermeiden?

Es gibt eine übergeordnete Anforderung für Weltraummissionen: Zuverlässigkeit. Im Allgemeinen sind die NASA-Vorzugsteile recht schwerfällig, da eine ausgereifte, gut verstandene Technologie dringend benötigt wird. Spitzentechnologie, die nicht funktioniert, wird unter den gegebenen Umständen missbilligt. 10 Jahre alte Bildsensoren entsprechen also Ihren Erwartungen.

Wenn Sie den von Ihnen verlinkten JunoCam-Artikel lesen, werden Sie feststellen (zweiter Absatz, erster Satz), dass die Datenübertragungsraten mit einer Größenordnung von 40 MB pro 11 Tage recht langsam sind. Mit zunehmender Bildgröße wird die Anzahl der Bilder verringert, die erfasst werden können, und ich gehe davon aus, dass viel Aufwand in die Ermittlung des Kompromisses zwischen Anzahl der Bilder und Bildauflösung gesteckt wurde.

Für das, was es wert ist, hat die NASA nach besseren Datenraten für ihre Programme gestrebt, aber die begrenzte Leistung und die damit verbundenen großen Reichweiten machen dies zu einem nicht trivialen Problem. Die LADEE-Mission vor ein paar Jahren beinhaltete den LLCD (Lunar Laser Communication Demonstrator), der recht gut funktionierte. Dies ist vielversprechend (optische Kommunikationsgrenze von 1 Bit / Photon am Empfänger), sodass zukünftige Missionen möglicherweise eine solche Funktion ausführen können viel besser.

Sie scheinen den Eindruck zu haben, dass die Qualität der im Raum aufgenommenen Fotos durch die Sensorauflösung eingeschränkt wird, was nicht der Fall ist. Ebenso wichtige Faktoren sind die Sensorempfindlichkeit, die sich mit zunehmender Pixelanzahl verschlechtert, und die Robustheit des optischen Systems.

Einfach ausgedrückt, wenn Sie eine 10MP DLSR-Kamera auf Jupiter senden, kann diese nach den Vibrationen, die sie beim Start erfahren hat, nicht mehr richtig (oder überhaupt nicht mehr) auf den Punkt fokussieren, an dem die tatsächliche Sensorauflösung keine Rolle spielt. Außerdem würde das Licht nicht ausreichen, um qualitativ hochwertige Fotos zu machen.

Denken Sie mehr wie 10 Jahre vor dem Start. Sobald es entworfen ist, ist es entworfen - das Wechseln von Komponenten ist ein wichtiger Risikofaktor, und es ist unwahrscheinlich, dass sie das wollen. Ein großer Teil dieser Zeit wird für Tests aufgewendet worden sein.

Dies ist der Reiz kleiner, halbwegs verfügbarer Satelliten mit billigen Trägerraketen, die in die Erdumlaufbahn fliegen. Wenn Sie einen verlieren, ist dies keine so große Sache. Angesichts der massiven Investition in Geld und Zeit, die Jupiter damit zu tun hat, ist das Hinzufügen von Risiken im Allgemeinen keine gute Sache.

Auch die Beugung an der optischen Apertur begrenzt die verwendbare physikalische Pixelgröße auf einen relativ großen Wert. Die Details sind einige Minuten Webrecherche wert, da sie auch die effektive Auflösung einschränken, die mit dem bei Digitalkameras, einschließlich DSLRs, üblichen feinen Pixelabstand möglich ist.

Die Datenübertragungsrate muss berücksichtigt werden. Es kostet Zeit und Batterieenergie, die von Ihnen gesammelten Bilder zurückzusenden.

Zu Ihrer ersten Frage: Ja: Der Schutz der Mikroelektronik vor harter Strahlung wird sehr viel schwieriger, wenn Sie die Größe eines Pixels verringern und seine Anfälligkeit für ionisierende Strahlung erhöhen.