Satelliten kommunizieren über Laserstrahlung

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Tauschen Satelliten Daten aus, nutzen sie normalerweise Radiowellen. Die Datenrate konnte jetzt auf das Hundertfache gesteigert werden – mit Lasern statt Radiosignalen.

An Bord der Testsatelliten war ein Diodenlaser-Pumpmodul, an dessen Entwicklung Fraunhofer-Forscher beteiligt waren. Mit Lichtgeschwindigkeit sausten die Daten vom deutschen Satelliten TerraSAR-X zum US-Satelliten NFIRE – und überbrückten dabei fehlerfrei mehr als 5000 Kilometer Weltraum. Das Besondere an dem Test, den die Firma Tesat-Spacecom durchführte: Laser übermittelten die Daten zwischen den Satelliten.

Die erreichte Bandbreite ist hundertmal größer als bei der Übertragung durch Radiowellen – die Datenmenge entspricht etwa 400 DVDs pro Stunde. So könnten größere Datenpakete künftig über mehrere Satelliten hinweg übertragen werden – etwa um Bilddaten von Satelliten zur Bodenstation zu senden. Das war bisher nicht möglich, da die Bandbreite der Radiowellen nicht ausreicht. Ein weiterer Vorteil der neuen Übertragung: Laser lassen sich besser fokussieren als Radiowellen – so können Daten gezielt versendet werden.

Die Laser, die die Kommunikation übernehmen, werden an Bord des Satelliten von Modulen aktiviert, die Forscher am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen im Auftrag von Tesat entwickelt haben. “Die Module müssen die Beschleunigung und Vibrationen des Satelliten beim Start aushalten sowie die unwirtlichen Bedingungen im Weltraum – etwa extreme Strahlung und hohe Temperaturunterschiede”, sagt Martin Traub, der die Entwicklungsarbeiten am ILT leitete. “Wir haben die Pumpmodule daher im Vorfeld unter enormen Bedingungen getestet: Temperaturen von -35 Grad Celsius bis 60 Grad Celsius, Beschleunigungen, die 1300-mal so hoch waren wie die Erdbeschleunigung, Bestrahlungen mit Gammastrahlen.”

Für den Einsatz im Weltraum dürfen die Module weder zu groß noch zu schwer sein: Mit 5x5x2 Zentimetern sind sie kaum größer als eine Streichholzschachtel und mit 130 Gramm wiegen sie nicht viel mehr als eine Tafel Schokolade. “Das geringe Gewicht erreichen wir durch die Wahl der Materialien und ein aufwändiges Gehäuse: All das Material, das nicht unbedingt erforderlich ist, haben wir weggefräst”, so Traub. Die Herausforderung dabei: Trotz des geringen Gewichts muss die Wärme abgeführt werden, die bei der Ausgangsleistung von mehreren Watt entsteht.

Den ersten Einsatz im Weltraum haben die Lasermodule gut überstanden. Im nächsten Schritt sollen Laserterminals in einem geostationären Satelliten eingebaut werden.