Laserkommunikation für Kleinstsatelliten

OSIRIS CubeSat

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat zusammen mit der Firma Tesat Spacecom ein System zur Übertragung großer Datenmengen per Laser auf Kleinstsatelliten entwickelt. Damit haben die Entwickler die letzte entscheidende Etappe vor dem Satellitenstart Ende 2018 bewältigt. 

Optische Kommunikation ermöglicht sehr hohe Datenraten und gilt als „kabellose Glasfaserverbindung“. Die Übertragung erfolgt per Lasersignal. Das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation wendet die Schlüsseltechnologie für Satelliten an. Dabei ist das kompakteste Laserterminal der Welt entstanden: Die Nutzlast hat auf einer Fläche von zehn mal zehn Quadratzentimetern Platz, ist drei Zentimeter hoch und 300 Gramm leicht. Das Laserkommunikationssystem überträgt Daten mit einer Rate von 100 Megabit pro Sekunde – mindestens die hundertfache Datenrate herkömmlicher funkbasierter Systeme.

Hundertfache Datenrate funkbasierter Systeme

Optimiert ist das Laserterminal für den Einsatz auf sogenannten „CubeSats“ – würfelförmige Kleinstsatelliten mit jeweils zehn Zentimeter Kantenlänge. Sie sind sehr kostengünstig und können mit hochauflösenden Kameras und Messgeräten beispielsweise für die Erdbeobachtung ausgestattet werden. Bisher werden die Daten per Funk übertragen, doch gerade Erdbeobachtungsmissionen erzeugen durch die hohe Auflösung ein hohes Datenvolumen.

CubeL ist mit einem Sendelaser sowie einen Mechanismus zur hochpräzisen Strahlausrichtung ausgestattet. Für die Datenübertragung stellt das System einen direkten optischen Downlink vom Satellit zur Bodenstation her: Zur genauen Ausrichtung auf die Bodenstation empfängt CubeL ein Lasersignal von der Bodenstation. Damit lässt sich die Ausrichtung  auf ein Tausendstel Grad kontrollieren. Zur Übertragung wird der zunächst kontinuierliche Laserstrahl mit Daten auf CubeL moduliert. Die Bodenstation empfängt das Signal und gewinnt daraus die Daten wieder zurück.

Für die Anwendung im Weltraum muss das System extremen Bedingungen standhalten. Die Entwicklung des kompakten Aufbaus für den Einsatz auf CubeSats war eine große Herausforderung. Die Freigabe zur Fertigung hat nun bestätigt, dass die strengen Vorgaben erfüllt wurden. Damit ist der Weg frei für die Produktion und das Laserterminal bereit für die Tests zum Satellitenstart.

Bild: DLR