Technologie

Laserkommunikation mit Satelliten

14.10.2022 - Neue optische Bodenstation am DLR-Standort Oberpfaffenhofen eingeweiht.

Satelliten werden zunehmend zu Knoten des Internets. Während terrestrische Knoten über Glas­faser­netze einge­bunden sind, können Satelliten mit aktuellen Entwicklungen nur dann mithalten, wenn sie ebenfalls optisch vernetzt werden. Programme der europä­ischen Kommission wie die Secure Connectivity Initiative stützen sich ebenso auf diese Technologie wie eine Vielzahl kommerzieller Netzwerke wie Starlink oder Oneweb, die mit ihren nächsten Generationen ähnliche Entwick­lungen anstreben. Im Zentrum der Überlegungen stehen dabei optische Satelliten­links. Optische Verbindungen werden zudem nicht nur für Kommunikations­netzwerke in Betracht gezogen, sondern auch für die Quanten­verschlüs­selung. Das DLR betreibt seit vielen Jahren experi­mentelle Boden­stationen, um diese Technologien voran­zu­treiben. Am 12. Oktober wurde eine neue leistungs­stärkere Boden­station am DLR-Standort Ober­pfaffen­hofen eingeweiht.

Das Kernstück der neuen optischen Bodenstation ist ein neues Teleskop mit achtzig Zentimetern Durchmesser in einer Coudé-Anordnung, bei der das Licht des Teleskops über Spiegel direkt in ein Labor darunter geführt wird. Dies ermöglicht völlig neue Experimente, die in dieser Form bislang nicht durchgeführt werden konnten.

Optische Verbindungen zwischen Satelliten und den Empfangs­stationen am Boden, wie sie bei der Anbindung von Kommunikations­satelliten an das Internet oder bei der Daten­übe­rtragung von Erdbeobach­tung­satelliten an deren Daten-Prozes­sierungs­zentren eingesetzt werden, sind mit dem nötigen Weg durch die Atmosphäre eine besondere Heraus­forderung. Temperatur­schwankungen in der Atmosphäre führen zu einer Verzerrung der optischen Satelliten­signale, die Über­tragungs­fehler bewirken können.

Die neue Bodenstation erlaubt es, diese Phänomene genauer als bisher zu untersuchen, um Verfahren für eine fehlerfreie Übertragung auch unter schwierigen Bedingungen zu erreichen. So zielen die Arbeiten des DLR-Instituts für Kommunikation und Navigation sowohl darauf ab, Signale am Boden bestmöglich empfangen zu können, als auch die Sende­signale der Bodenstation so vorzu­verzerren, dass sie den Satelliten im All möglichst ungestört erreichen. In bodennahen Versuchen konnte das Institut bereits 2016 eine Über­tragungs­rate von 1,72 Terabit pro Sekunde erreichen und 2017 eine Über­tragungs­rate von 13.2 Terabit pro Sekunde realisieren. Diese Datenrate würde ausreichen, um ganz Westeuropa mit einer schnellen Internet­anbindung zu versorgen. Mit der neuen Bodenstation sollen solche Versuche nun auch mit Satelliten durchgeführt werden.

Eine genaue Entzerrung des Satelliten­signals ist zudem eine Grund­voraus­setzung, um Quanten­schlüssel aus dem All möglichst effizient verteilen zu können. Das DLR-Institut für Kommuni­kation und Navigation hat dazu erfolgreiche Vorarbeiten geleistet und bereits im Jahr 2013 zusammen mit der Uni München erfolg­reiche Übertragungs­versuche von einem Flugzeug zum Boden durchgeführt.

Satellitennavigations­systeme wie das europäische Galileo und das amerikanische GPS sind bereits heute als unabdingbare Infra­strukturen im alltäg­lichen Leben und in der Wirtschaft verankert. Um die Zeitsignale der Satelliten zu synchro­ni­sieren und die Satelliten­bahnen zu bestimmen, muss heute ein komplexer Prozess auf der Basis von Messungen einer Vielzahl von Sensor­stationen am Boden ablaufen. Am DLR wurde mit Kepler ein neuer Ansatz entwickelt, bei dem optische Verbindungen zwischen Navigations­satelliten eingesetzt werden. Diese optischen Verbindungen werden genutzt, um die Satelliten direkt zu synchro­ni­sieren und um die Bahnen mit nur zwei Boden­stationen exakt zu bestimmen. Dies führt nicht nur zu einer deutlichen Verein­fachung des Systems, sondern auch zu einer erheblich verbes­serten Genauigkeit

Der Kepler-Ansatz hat das Potenzial, die zukünftige Auto­mati­sierung im Verkehr durch hochpräzise Ortsdaten deutlich zu erleichtern. Zudem wäre das System kaum noch anfällig für Störungen, die heute etwa in Kriegs- und Krisen­gebieten willentlich herbei­geführt werden. In diesem Kontext wird die neue Bodenstation wertvolle Beiträge für die Validierung der DLR-Konzepte liefern.

DLR / RK

Weitere Infos

Webseminar: Simulation für die Raumfahrt

Dienstag, 21.März 2023, 14:00 Uhr
Im Webseminar lernen Sie mehr über die Rolle von Simulation beim Umsetzen von Weltraumforschungs- und Entwicklungsprojekten.

Zur Registrierung

Webseminar: Simulation für die Raumfahrt

Dienstag, 21.März 2023, 14:00 Uhr
Im Webseminar lernen Sie mehr über die Rolle von Simulation beim Umsetzen von Weltraumforschungs- und Entwicklungsprojekten.

Zur Registrierung