Alphasat: Mit Laserlicht Daten übertragen

Ein weltweites Problem: Die in allen Lebensbereichen gigantisch steigenden Datenmengen müssen in kürzester Zeit verteilt und an das Ziel gebracht werden. Bisher gelang es den Ingenieuren durch höhere Funkfrequenzen und den Einsatz neuer Elektroniksysteme die Bandbreite der Übertragungswege zwischen Erde und Satellit kontinuierlich zu steigern. Dem sind jedoch aus physikalischen Gründen Grenzen gesetzt.

Höheres Tempo auf Datenautobahn

Der Schlüssel zur Lösung des anstehenden Problems könnte Laserlicht sein. Es hat den Vorteil, dass die Frequenz, also die Schwingungszahl der Lichtwelle pro Zeiteinheit, wesentlich höher als bei Funkwellen ist. Dementsprechend können mehr Informationen in der gleichen Zeit übertragen werden. Das Verfahren hat jedoch momentan noch einen Nachteil: Es ist gegenüber Wolken und Schmutzpartikeln in der Atmosphäre störempfindlich. Doch dieses Problem glauben die Experten in den nächsten Jahren lösen zu können.

Ein weiterer Vorteil dieser Übertragungsart besteht in der recht scharfen Bündelung des Laserstrahls. Er hat bei der Fokussierung durch ein Teleskop mit 25 Zentimetern Durchmesser in 42 000 Kilometern Entfernung lediglich einen Durchmesser von wenigen hundert Metern. Die ausgestrahlten Informationen kommen so nur im nahen Umfeld des Empfängers an. Abhörmöglichkeiten sind damit stark eingeschränkt. Die Daten „rasen“ also über die Datenautobahn nicht nur schneller, sondern auch sicherer. Außerdem ist ein geringerer Energieaufwand nötig als bei Lösungen mit Funkwellen.

Erste Tests im Weltraum

Entsprechende Versuche mit Laserlicht werden bereits im Weltraum durchgeführt. Die Arbeiten auf europäischen, japanischen und amerikanischen Satelliten sollen ab 2012 auf Alphasat, dem größten und modernsten europäischen Kommunikationssatelliten mit einem wesentlich leistungsfähigeren System fortgeführt werden. Der sechs Tonnen schwere Alphasat basiert auf Alphabus, Europas neuer Generation von Hochleistungsplattformen.
Das als Laser-Terminal (eng. laser communication terminal - LCT) bezeichnete Gerät wird eine der drei von der ESA entwickelten Nutzlasten zur Technologiedemonstration(TDP) an Bord des ersten Alphasat sein. Die TDPs ergänzen die kommerzielle Hauptnutzlast des Satelliten, der von dem weltweiten Satellitenkommunikations-Dienstleister Inmarsat bestellt wurde.

Vielfältige Übertragungswege

Mit Laser können vielfältige Übertragungswege realisiert werden. Laserlicht ermöglicht in Echtzeit Fernerkundungsdaten eines in einem niedrigen Erdorbit (LEO) arbeitenden Satelliten über eine Relaisstation in der geostationären Umlaufbahn (GEO) zur Erde zu schicken. Und zwar auch dann, wenn sich die Bodenstationen außerhalb des Sichtfeldes des Satelliten im LEO befinden. Neben LEO-GEO-Verbindungen sollen mit dem Laser-Terminal auf Alphasat folgende Möglichkeiten erprobt werden:

• Übertragungen zwischen Alphasat und anderen GEO-Satelliten
• Verbindungen zwischen Flugzeugen und GEO-Satelliten
• optische Übertragungen von Alphasat zu Bodenstationen und umgekehrt

Damit können völlig neue Anwendungen Realität werden, beispielsweise die Versorgung von Flugzeug-Passagieren mit breitbandigen Internetanschlüssen und Telefonverbindungen.

Europa ist führend

Europa spielt bei der Entwicklung der optischen Datenübertragung mittels Laserlicht eine führende Rolle in der Welt. So wurde bereits im November 2001 eine Laserverbindung zwischen dem im GEO stationierten ESA-Technologiesatelliten Artemis und dem im LEO agierenden französischen Fernerkundungssatelliten SPOT 4 hergestellt. Das war die erste optische Datenkommunikation mit Lasersignalen zwischen zivilen Satelliten. Damals wurden erst bescheidene 50 Mbps (Megabits pro Sekunde) erreicht.

Das für Alphasat geplante Laser-Terminal LCT kommt ebenfalls aus Europa. Es wird in Deutschland von der TESAT Spacecom GmbH & Co. KG entwickelt und gebaut. Ansässig in Backnang (Baden-Württemberg), kann das traditionsreiche Unternehmen – es ging aus der AEG Telefunken hervor – seine umfangreichen Erfahrungen in der Satellitenkommunikationstechnik einbringen. Unterstützt wird TESAT von der Schweizer Firma Oerlikon Space, die das Teleskop für die Strahlfokussierung liefert.

Die bei TESAT entwickelten LCTs sollen Datenübertragungsraten von bis zu 5 Gbit/s erreichen. Das entspricht der Übertragung von etwa 200 000 voll geschriebener DIN A4-Seiten pro Sekunde. Als erstes Testobjekt im niedrigen Erdorbit wurde der deutsche Radar-Fernerkundungssatellit Tandem-X ausgewählt, dessen Start 2009 geplant ist. Alphasat soll dann von ihm Radardaten mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2,8 GBit/s empfangen.

Bald Live-Übertragung vom Mars?

Noch steht die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung mit Laserstrahlen am Anfang ihrer Entwicklung. Doch bereits jetzt ist absehbar, dass dieses zukunftsträchtige Feld, an dessen Entwicklung die ESA großen Anteil hat, in den nächsten Jahren eine stürmische Entwicklung nehmen wird. Die Forscher denken dabei an kühne Projekte in der bemannten Raumfahrt. Datenübertragungen zu Stationen auf dem Mond oder dem Mars dürften schon in wenigen Jahren keine Science Fiction mehr sein. Wenn die ersten Abgesandten des Planeten Erde auf dem Mars arbeiten werden, können die Erdlinge dann die Arbeit ihrer Artgenossen per Live-Video verfolgen.