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KOMMUNIKATIONSSATELLITEN
Quantentechnologie für den Erdorbit
Redaktion / idw / Pressemitteilung des Ferdinand-Braun-Instituts gGmbH Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik
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30. August 2022

Der erste mithilfe von Quantentechnologie gesteuerte Satellit soll 2027 in den Weltraum starten. An Bord werden sich Quantensensoren befinden, die eine genaue Ausrichtung des kleinen Kommunikationssatelliten gewährleisten. Ziel ist ein weltumspannendes Netz aus Mini-Satelliten, das die Internetverbindung in abgelegenen Regionen verbessern helfen soll.

Quantensensoren

Um eine zuverlässige Übertragung der Signale sicherzustellen, müssen die Kommunikationssatelliten auf ihrer Umlaufbahn dauerhaft höchstpräzise ausgerichtet sein. Quantensensoren sollen dabei helfen. Bild: DLR (CC BY-NC-ND 3.0) [Großansicht]

 Das Quantentechnologie-Start-up Q.ANT, Bosch, TRUMPF und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben eine Partnerschaft zur Entwicklung weltraumtauglicher Lagesensoren geschlossen. Mithilfe dieser auf Quantentechnologie basierenden Sensoren soll es gelingen, Mini-Satelliten präzise auszurichten und die weltweite Datenkommunikation zu verbessern. Die Sensoren sind eine Schlüsseltechnologie, da sie eine hochgenaue Ausrichtung der Satelliten untereinander und damit eine Hochgeschwindigkeitsverbindung für Daten ermöglicht.

"Diese strategische Partnerschaft zeigt, welches Potenzial in der gemeinsamen Entwicklung von Zukunftstechnologien steckt. Der Einsatz von Quantentechnologie in der Luft- und Raumfahrt ist für den Industriestandort Deutschland eine riesige Chance", sagt Michael Förtsch, CEO von Q.ANT. Die Partnerschaft soll ein weltumspannendes, erdnahes Mini-Satelliten-Netz unterstützen, das die Internetverbindung insbesondere in abgelegenen Regionen verbessert. Den ersten Mini-Satelliten mit Quantentechnologie möchte das DLR in fünf Jahren Richtung Weltall starten.

Quanteneffekte nutzende Lagesensoren lassen sich nicht nur bei Satelliten, sondern auch beim automatisierten Fahren oder bei der Indoor-Navigation zum Beispiel in Fabrik- und Logistikhallen einsetzen. Das Forschungsbudget für das Projekt liegt bei rund 28 Millionen Euro, ein Großteil davon stammt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung. Mit dem Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik beteiligt sich zudem ein renommiertes Forschungsinstitut für Laserdioden, insbesondere für Anwendungen im Weltraum.

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Um eine zuverlässige Übertragung der Signale von Satelliten sicherzustellen, müssen die Satelliten auf ihrer Umlaufbahn dauerhaft höchstpräzise ausgerichtet sein. Verlieren die Satelliten die richtige Position, schwächen sich die Kommunikationssignale ab. Das Konsortium möchte mithilfe von Quantentechnologie eine langfristige Messstabilität garantieren. Quantensensoren eignen sich für den Einsatz in Satelliten besonders, weil sie dauerhaft genaue Messergebnisse liefern können, hohe Leistung auf wenig Raum erbringen, und wenig wiegen. Die Satelliten können dadurch jahrelang präzise ihre Position halten.

Die Entwicklung europäischer Quantensensoren soll die Unabhängigkeit vom Weltmarkt stärken. Q.ANT leitet die Entwicklungspartnerschaft, entwickelt das Gesamtkonzept des Sensors und ist für die Integration der verschiedenen Komponenten verantwortlich. Dabei liegt der Schwerpunkt auf einer präzisen und stabilen Ausrichtung der Sensorkomponenten untereinander, um die Funktionsfähigkeit im Satelliten zu gewährleisten. "Mit unserem Sensor wollen wir vereinfacht gesagt den Gleichgewichtssinn des Satelliten verbessern", so Förtsch. Das deutsche Quantentechnologie-Start-up mit Sitz in Stuttgart liefert zudem elektronische Schlüsselkomponenten wie eine sehr rauscharme Detektionseinheit.

Die Bosch-Forschung entwickelt eine miniaturisierte, weltraumtaugliche Messzelle. "Die Messzelle ist das Herzstück des Quantensensors", sagt Thomas Kropf, Forschungschef von Bosch. Sie ist mit einem atomaren Gas befüllt, das mit Laserstrahlen und Magnetfeldern zu einer Kreiselbewegung der Atome angeregt wird. Die gemessene Drehgeschwindigkeit der Kreiselbewegung ändert sich durch die Drehung des Sensors und gibt damit hochpräzise Rückschlüsse über Lageänderung des Satelliten und ermöglicht damit eine genauere Lagekontrolle. "Wir freuen uns, dass wir unsere Expertise im Bereich Quantensensoren in das Projekt einbringen und damit die Erfolgsgeschichte der MEMS (Micro-electro-mechanical Systems) Sensorik bei Bosch fortschreiben können."

TRUMPF bringt gleich von zwei deutschen Standorten sein Laser-Knowhow ein. Die Miniaturlaserdioden entstehen bei TRUMPF Photonic Components in Ulm, und werden bislang zum Beispiel Smartphones und in industriellen optischen Sensoren eingesetzt. Gemeinsam mit dem Ferdinand-Braun Institut werden die robusten Strahlquellen nun für den Einsatz in der Quantentechnologie und im Weltraum entwickelt. "Die Zukunft für unsere Minilaser ist vielversprechend und eröffnet viele neue Anwendungen. Mit dem Förderprojekt stärken wir einmal mehr den Photonik-Standort Deutschland. Viele Zukunftstechnologien profitieren von dem Knowhow und unserer hochmodernen Produktion, welche wir über Jahre aufgebaut haben", sagt Berthold Schmidt, CEO bei TRUMPF Photonic Components.

Der TRUMPF Standort in Berlin ist spezialisiert auf Lösungen in den Bereichen Sensorik, Laser- und Quantentechnologie. Dort werden die Lichtquellen aus Ulm mit neuartiger Aufbau- und Automatisierungstechnik in robusten, miniaturisierten Gehäusen mit weiterer Messtechnik integriert und temperaturstabilisiert, sodass sie den anspruchsvollen Bedingungen im Weltall standhalten. Das Galileo-Kompetenzzentrum im DLR ist für alle weltraumrelevanten Aspekte verantwortlich. Es stellt die Weltraumtauglichkeit sicher und ist für die Implementierung, den Transport und den Betrieb des Satelliten zuständig. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Verbundprojekt QYRO im Rahmen der Fördermaßnahme "Leuchtturmprojekte der quantenbasierten Messtechnik zur Bewältigung gesellschaftlicher Herausforderungen."

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