Alphasat: Mit Laser schnelle und sichere Datenübertragung
21 Juni 2012
Wenn Anfang 2013 Alphasat, Europas größter und mit innovativen Systemen ausgestatteter Kommunikationssatellit in den geostationären Orbit befördert wird, befindet sich auch eine Einrichtung zur superschnellen Datenübertragung mittels Laserlicht an Bord. Sie wurde im Auftrag der ESA und des DLR in Deutschland und der Schweiz bei den Firmen Tesat-Spacecom und RUAG entwickelt.
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.
Seit mehreren Jahren werden deshalb Laser-Übertragungssysteme auf Satelliten getestet. Führend daran beteiligt ist die in Backnang ansässige Firma Tesat-Spacecom. 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. Zurzeit wird ein derartiges Gerät auf dem bisher größten Telekommunikationssatelliten Europas – Alphasat I-XL, montiert.
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
Alphasat: Neue Dimensionen
Alphasat I-XL ist ein gemeinsames Projekt der ESA und des britischen Telekommunikationsunternehmens Inmarsat und wird von Astrium Satellites in Großbritannien gebaut. Er soll 2013 mit einer Ariane 5 in den geostationären Orbit befördert werden und erschließt künftigen Kommunikationssatelliten neue Dimensionen sowohl mit der Größe des Satelliten als auch bei den Übertragungstechnologien.
Inmarsat wird mit dem Satelliten der Marke „Xtra Large“ sein Globales Breitbandnetzwerk BGAN erweitern. Das Broadband Global Area Network ist ein System für Telefonverbindungen und mobile Breitband-Internetverbindungen. Alphasat XL deckt mit diesem Dienst zusammen mit bereits aktiven Inmarsat-Satelliten neben Europa auch Afrika, Asien sowie den Nahen Osten ab und erweitert so das Angebot, denn die Nachfrage nach mobilen Breitbandverbindungen nimmt ständig zu.
Neben dem kommerziellen Teil von Inmarsat befinden sich vier weitere Nutzlasten für technologische Tests an Bord, so genannte Technology Demonstration Payloads, darunter das LCT-Terminal. Weitere Informationen finden sich in dem detaillierteren Beitrag „Technologisches Neuland mit Alphasat“.
Die neue Satellitendimension wird erst durch den von der ESA und der französischen Raumfahrtagentur CNES zusammen mit industriellen Partnern entwickelten Satellitenbus Alphabus möglich, dessen erster Einsatz bei Alphasat I-XL erfolgt. Ein Satellitenbus ist das standardisierte Servicemodul eines Kommunikationssatelliten, das dann jeweils durch ein spezifisches Nutzlastmodul ergänzt wird. Alphabus wird in dem Beitrag „Alphabus: Eine neue Satellitengeneration“ näher beschrieben.
EDRS: Künftiges Datenrelaissystem der ESA
Das LCT-Terminal auf Alphasat dient auch der Erprobung der Lasertechnologie für ein eigenes Relaisstationssystem der ESA, das European Data Relay Satellite System (EDRS). Es wird bis 2014 zusammen mit dem europäischen Unternehmen Astrium errichtet. Der erste geostationäre Satellit mit einer EDRS-Übertragungseinrichtung wird Eutelsat 9B sein und die beiden künftigen ESA-Erderkundungssatelliten Sentinel1a und 2a als erste das System nutzen.
Der Einsatz der LCT-Technologie zeigt, dass die Generierung neuer Anwendungen in der Raumfahrt noch lange nicht am Ende ist und Europa bei ihrer Entwicklung eine führende Rolle spielt.
Quelle:ESA
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