Breitband für CubeSats

  • 30. April 2018

System für die Übertragung von großen Datenmengen auf Kleinstsatelliten ist einsatzreif.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR hat zusammen mit der Firma Tesat Spacecom erstmals ein System entwickelt, das die Über­tragung von großen Daten­mengen per Laser auf Kleinst­satelliten ermöglicht. Das minia­turisierte und extrem leistungs­starke Laser­terminal bestand den Critical Design Review in allen Punkten und wird nun gefertigt. Damit haben die Entwickler die letzte ent­scheidende Etappe vor dem Satelliten­start Ende 2018 bewältigt.

Abb.: Das Kommunikationssystem in diesem Kleinstsatelliten überträgt Daten mit einer Rate von 100 Megabit pro Sekunde. (Bild: DLR)

Abb.: Das Kommunikationssystem in diesem Kleinstsatelliten überträgt Daten mit einer Rate von 100 Megabit pro Sekunde. (Bild: DLR)

Im Projekt OSIRIS – Optical Space Infrared Downlink System – bringt das DLR-Institut für Kommu­nikation und Navi­gation diese Schlüssel­technologie auf Satelliten zur Anwendung. In enger Kooperation mit Tesat ist am DLR nun das kompak­teste Laser­terminal der Welt entstanden: Die OSIRIS-Nutzlast hat auf einer Fläche von zehn mal zehn Quadrat­zentimetern Platz, ist drei Zentimeter hoch und 300 Gramm leicht. Das Laser­kommunikations­system überträgt Daten mit einer Rate von 100 Megabit pro Sekunde – mindestens die hundert­fache Datenrate herkömm­licher funk­basierter Systeme.

Optimiert ist das Laser­terminal für den Einsatz auf CubeSats – würfel­förmigen Kleinst­satelliten mit jeweils zehn Zentimeter Kanten­länge. Diese sind sehr kosten­günstig und können mit hochauf­lösenden Kameras und Mess­geräten ausgestattet werden, etwa zur Erdbeo­bachtung, so dass sie verstärkt von Forschungs­einrichtungen sowie Industrie genutzt werden. Bisher werden die Daten per Funk übertragen, doch gerade Erd­beobachtungs­missionen erzeugen durch die hohe Auflösung ein hohes Daten­volumen. Erstmals steht nun ein leistungs­starkes optisches Kommunikations­system zur Verfügung, um die Fähigkeiten der Kameras besser nutzen zu können.

„Mit der Mission CubeL führen DLR und Tesat die Ergeb­nisse der Forschung zur Serien­fertigung. Das Laser­terminal ist extrem leistungs­stark und so kompakt, dass es zu fast jedem CubeSat kompatibel ist. Damit ermöglichen wir voll­kommen neue Missionen in dieser Klasse von Klein­satelliten“, sagt Christopher Schmidt, OSIRIS-Projekt­leiter am DLR-Institut für Kommunikation und Navi­gation. CubeL ist mit einem Sende­laser sowie einen Mechanismus zur hoch­präzisen Strahl­ausrichtung ausge­stattet. Für die Daten­übertragung stellt das System einen direkten optischen Down­link vom Satellit zur Boden­station her: Zur genauen Ausrichtung auf die Boden­station empfängt CubeL ein Laser­signal von der Boden­station. Damit lässt sich die Ausrichtung auf ein Tau­sendstel Grad kontrollieren. Zur Übertragung wird der zunächst konti­nuierliche Laser­strahl mit Daten auf CubeL moduliert. Die Boden­station empfängt das Signal und gewinnt daraus die Daten wieder zurück.

Für die Anwendung im Weltraum muss das System extremen Bedin­gungen stand­halten. Die Entwicklung des kompakten Aufbaus für den Einsatz auf CubeSats stellte das OSIRIS-Team rund um Christopher Schmidt vor große Heraus­forderungen. Die Freigabe zur Fertigung hat nun bestätigt, dass die strengen Vorgaben erfüllt wurden. Damit ist der Weg frei für die Produktion und das Laser­terminal bereit für die Tests zum Satelliten­start.

DLR / JOL

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