TERRASAR-X
Kommunikation per Laserstrahl
Redaktion / Presseinformation des DLR
astronews.com
10. November 2008

Die Datenmengen, die Satelliten im Erdorbit sammeln, müssen auch irgendwie wieder auf die Erde gelangen. Deutlich schneller als die herkömmliche Mikrowellentechnik ist die Kommunikation per Laserstrahl. Sie ist allerdings auch äußerst anspruchsvoll. Forschern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt gelang nun erstmals eine solche Kommunikation mit dem Satelliten TerraSAR-X.

Das DLR kommunizierte jetzt erstmals mit TerraSAR-X per Laserstrahl. Bild: DLR

Der Erderkundungssatellit TerraSAR-X ist nicht nur der erste Satellit, der im Rahmen einer Public Private Partnership realisiert wurde (astronews.com berichtete wiederholt), sondern hat auch Geräte an Bord, um eine neue Methode der Datenübertragung per Laser zu testen.

Im Frühjahr realisierte man erstmals eine äußerst schnelle Datenübertragung per Lasterstrahl zwischen zwei Satelliten. Jetzt ist es Forschern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen erstmals gelungen, mit ihrer optischen Bodenstation TerraSAR-X über einen Laserstrahl zu kontaktieren. Dabei verfolgte die Station den Satelliten und empfing Signale des Tesat-Laserterminals vom TerraSAR-X-Satelliten.

Per Laserstrahl könnten Daten von Erdbeobachtungssatelliten zum Boden in Zukunft um ein Vielfaches schneller übermittelt werden als heute - eine große Verbesserung für die Fernerkundung der Erde. Für erdnahe Satelliten besteht nämlich nur ein relativ kurzes Zeitfenster, um mit der Bodenstation bei einem Überflug in Verbindung zu treten: nur rund acht Minuten. In dieser Zeit können über zwei Billiarden Bits übertragen werden, was dem Inhalt von etwa 70 DVDs entspricht. Über Intersatelliten-Links zwischen Laserübertragungsstationen, so genannten Laser Communication Terminals (LCT), können Datenraten von 5,6 Gigabit pro Sekunde erreicht werden, also etwa zwanzig Mal schneller als die Übertragungsrate der modernsten Satelliten mit der zurzeit üblichen Mikrowellentechnik.

Der Grund für die höheren Übertragungsraten ist die wesentlich höhere Frequenz des Lichtes, das damit mehr Informationen pro Zeiteinheit transportieren kann. Außerdem genügt eine geringe Strahlungsenergie um Daten über lange Strecken zu übertragen. Einfach ist diese Form der Datenübermittlung jedoch nicht: Die Datenübertragung per Laser stellt große Herausforderungen an die Ausrichtung von Sender und Empfänger, weil sich der Satellit mit hoher Geschwindigkeit am Himmel bewegt und der Laserstrahl, der von der Bodenstation empfangen wird, lediglich einen Öffnungswinkel von weniger als einem Tausendstel Grad hat. Dies entspricht einem Strahldurchmesser am Boden von nur wenigen Metern, obwohl die Entfernung zum Satelliten 500 bis 2.000 Kilometer beträgt.

 Außerdem hängt die Übertragung vom Wetter und den Bedingungen in der Atmosphäre ab. Aus diesem Grund haben die Wissenschaftler des DLR-Instituts für Kommunikation und Navigation bei dem jetzt erfolgten Test die Ausbreitung des Lichtes vom Satelliten durch die Atmosphäre zur Bodenstation untersucht. Diese Ergebnisse sind eine Voraussetzung für die Auslegung zukünftiger Systeme zur Datenübertragung aus dem Weltraum zur Erdoberfläche.

Mit dem durch die DLR Raumfahrt-Agentur finanzierten und von der Firma Tesat-Spacecom gebauten "LCT" auf TerraSAR-X gelang im Frühjahr 2008 mit zwei Laser-Übertragungsstationen bereits die Datenkommunikation per Laserstrahl zwischen TerraSAR-X und dem amerikanischen Satelliten NFIRE über eine Entfernung von 5.000 Kilometern Lasersignale aus dem All.

Das erfolgreiche Experiment liegt in einer Entwicklungslinie mit der Technologie, wie sie im deutsch-japanischen Projekt KIODO (KIrari’s Optical Downlink to Oberpfaffenhofen) demonstriert werden konnte. Im Juni 2006 war es innerhalb dieses Projekts gelungen, in Oberpfaffenhofen den Laserstrahl des japanischen Satelliten "OICETS" (Optical Interorbit Communications Engineering Test Satellite) mit der optischen Bodenstation in Oberpfaffenhofen "einzufangen" und über diese Verbindung Datenraten von 50 Megabit pro Sekunde zu empfangen.

Weitere dieser Experimente sind in Zukunft geplant. Dann wird TerraSAR-X im Rahmen einer internationalen Messkampagne mit Bodenstationen auf Teneriffa, in Oberpfaffenhofen und in Tokio Kontakt aufnehmen. Partner des DLR sind dabei die Europäische Weltraumorganisation ESA, die japanische Forschungseinrichtung NICT (National Institute of Information and Communications Technology) und die Firma Tesat-Spacecom.