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Science
07/19/2013

Breitband im All mittels Laserstrahl

ESA und NASA werden in den kommenden Wochen zwei Missionen starten, bei denen erstmals Datenübertragungsraten erzielt werden sollen, die mit Breitband-Internet vergleichbar sind. Das größte Problem stellt immer noch der Kontakt mit Bodenstationen dar.

Der Alphasat der europäischen Raumfahrtagentur ESA soll im geostationären Orbit als Kommunikationsrelais für andere Satelliten dienen. Mit Laser können zwischen den Satelliten Daten mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1,8 Gigabit pro Sekunde übertragen werden, berichtet Nature. Die ESA will die Technologie vor allem für eine Flotte von Wettersatelliten namens Sentinel verwenden, die dem Umweltbeobachtungsprogramm Copernicus Daten liefern sollen.

Unterdessen wird die NASA ihren Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) zum Mond schicken. Die Raumsonde wird seine Forschungsergebnisse per Laser zur Erde schicken und das mit bis zu 622 Megabits pro Sekunde.

Frequenz- und Amplitudenmodulierung
Alphasat und LADEE verwenden zur Datenübertragung unterschiedliche Laser-Konfigurationen. Alphasat kommuniziert mit anderen Satelliten über frequenzmodulierte Laserstrahlen. Diese sind resistent gegenüber solaren Interferenzen, allerdings sehr anfällig für atmosphärische Turbulenzen. Der Kontakt zwischen Alphasat und Bodenstation läuft daher weiterhin über Radiowellen, mit denen wesentlich geringere Übertragungsgeschwindigkeiten erzielt werden können.

LADEE dagegen verwendet einen amplitudenmodulierten Laser. Mit diesem kann die Erdatmosphäre störungsfreier überwunden werden. Gegen einen bewölkten Himmel kann aber auch diese Laserform nichts ausrichten. LADEE ist deshalb zusätzlich mit Radiokommunikation ausgestattet. Die Bodenstationen für die Sonde befinden sich wiederum in Zonen, die nur selten bewölkt sind, nämlich in den US-Bundesstaaten New Mexico und Kalifornien sowie den Kanarischen Inseln im Atlantik.

Laser streut weniger als Radiowellen
Beide Missionen sollen die Tauglichkeit von Laser-Kommunikation im All unter Beweis stellen. Bereits bisher ist es gelungen, mittels Laser mit weit entfernten Raumsonden zu kommunizieren, etwa dem Mars Global Surveyor oder der Messenger-Sonde auf dem Weg zum Planeten Merkur. Im Jänner 2013 wurde etwa das Bild der Mona Lisa mittels Laser an den Lunar Reconnaissance Orbiter geschickt.

Der Vorteil eines Lasers gegenüber Radiowellen liegt in der Fokussierung. Selbst über lange Distanzen weisen Laserstrahlen nur geringe Streuungswerte auf, man kann mit gleichbleibendem Energieaufwand immer längere Distanzen überbrücken. Radiowellen streuen dagegen stark. Je größer die Distanz zwischen den Kommunikationspartnern, desto mehr Energie muss für die Übertragung aufgewendet werden.

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