Mit Laserlicht Daten übertragen

Die Übertragung der gigantisch steigenden Datenmengen zwischen Satelliten und der Erde stellt an die Ingenieure immer neue Herausforderungen. Bisher gelang es ihnen, durch höhere Funkfrequenzen und den Einsatz neuer Elektroniksysteme die Geschwindigkeit der Datenübertragung kontinuierlich zu steigern. Dem sind jedoch aus physikalischen Gründen Grenzen gesetzt. Ein Ausweg besteht in der Verwendung von Laserlicht.

Neue Datenautobahnen im All

Laserlicht 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. Gleichzeitig bietet das Vakuum im Weltraum optimale Ausbreitungsbedingungen für Laserlicht, so dass es sich besonders für die Verbindung zwischen zwei Satelliten (Intersatellite Link – ISL) eignet.

Ein weiterer Vorteil besteht in der scharfen Bündelung des Laserstrahls. Er hat bei der Fokussierung durch ein Teleskop mit 13 Zentimetern Durchmesser in 42 000 Kilometer 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.

Geostationäre Relaisstationen

Mit Laser können vielfältige Übertragungswege realisiert werden. Laserlicht ermöglicht beispielsweise in Echtzeit Fernerkundungsdaten eines in einem niedrigen Erdorbit (LEO) arbeitenden Satelliten über eine Relaisstation in der geostationären Umlaufbahn (GEO) mittels ISL zur Erde zu schicken. Und zwar auch dann, wenn sich die Bodenstationen außerhalb des Sichtfeldes des Raumflugkörpers im LEO befinden. So können Kunden ihre Daten nahezu in Echtzeit erhalten.

Neben LEO-GEO-Verbindungen können mit dem Laser-Terminal auf Alphasat weitere Möglichkeiten erprobt werden:

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

LCT – Das Terminal aus Backnang

Seit mehreren Jahren werden deshalb Laser-Übertragungssysteme auf Satelliten getestet. Führend daran beteiligt ist die in Backnang ansässige Firma Tesat-Spacecom GmbH. Sie hat in Zusammenarbeit mit dem DLR und der Schweizer Firma RUAG ein Laser-Terminal (Laser Communication Terminal – LCT) entwickelt, das bereits erfolgreich im All erprobt wurde. Ein derartiges Gerät befindet sich auch auf dem bisher größten Telekommunikationssatelliten Europas – Alphasat.

Das LCT-Terminal ist unter der Projekt-Bezeichnung TDP1 eine der vier Technologieerprobungsnutzlasten. Es basiert auf dem LCT, das im deutschen Fernerkundungssatelliten TerraSAR-X und dem amerikanischen Technologiesatelliten NFIRE erprobt wurde. Nun kommt es mit verbesserten Parametern bei Alphasat zum Einsatz und dient damit auch der Vorbereitung des europäischen Datenübertragungssystems EDRS. Das Terminal ist für die Übertragung von 1,8 Gbit/s über eine Entfernung von 45.000 km ausgelegt. Das entspricht der Entfernung zwischen dem geostationären und einem niedrigen Orbit um die Erde.

Von dem Schweizer Unternehmen RUAG kommt das Teleskop mit 135 Millimetern Durchmesser für LCT, das der Bündelung des Laserstrahls dient.