Die Auflösung von Kameras und anderen Sensoren auf Erdbeobachtungssatelliten steigt stetig an. Dies führt zu immer größer werdenden Datenmengen, die heutzutage noch mit Funksystemen zur Erde übertragen werden. Die Datenverbindung zwischen dem Satelliten und der Erde begrenzt dabei die Fähigkeit der Systeme. Mit optischen Kommunikationssystemen, die Laserstrahlen zur Datenübertragung einsetzen ist, eine deutliche Steigerung der Datenraten möglich. Zahlreiche Bilder können mit hoher Auflösung übertragen werden. Im Rahmen einer internationalen Kooperation haben Forschende des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), des japanischen National Institute of Information and Communications Technology (NICT) und unterstützt durch die Universität Stuttgart mit Kanalmessungen zur Laser-Datenübertragung in Japan begonnen. Vor kurzem wurde hierfür ein erster Link aus dem All vom optischen Terminal „OSIRISv1“ auf einer optischen Bodenstation in Tokio empfangen.
„Die satellitengestützte Laserkommunikation läutet eine neue Ära in der Satellitenkommunikation ein“, ist sich Christian Fuchs vom DLR-Institut für Kommunikation und Navigation sicher. Er leitet am Institut federführend die Arbeiten im Bereich optischer Kommunikation. Systeme der nächsten Generation ermöglichen bereits Datenraten von bis zu zehn Gigabit pro Sekunde. Sie sind zudem kleiner, leichter und benötigen weniger elektrische Leistung als vergleichbare Funksysteme. Da Laserstrahlen Wolken nicht durchdringen, werden weltweite Netzwerke von optischen Bodenstationen benötigt, um die gewünschte Verfügbarkeit zu erreichen. OSIRISv1 (Optical Space Infrared Downlink System) wurde vom DLR entwickelt und in Kooperation mit dem Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart auf dem Satelliten „Flying Laptop“ im Jahr 2017 ins All gestartet.
Gemeinsames Experiment mit Forschern in Japan
Bei dem gemeinsamen Experiment wurden erste Messdaten, wie beispielsweise die optische Empfangsleistung, aufgezeichnet. Damit kann das Verhalten des atmosphärischen Übertragungskanals bewertet werden. Dies wird einerseits verwendet um die Auslegung von zukünftigen Systemen zu optimieren und andererseits um Netzwerke zu planen. Bei der eingesetzten Wellenlänge von 1.550 Nanometern, die in den Standards vorgesehen ist, gibt es bis dato sehr wenige Messdaten.
Erwähnenswert ist auch die genaue Strahlausrichtung, welche durch die Lageregelung des Flying Laptop Satelliten ermöglicht wird. OSIRISv1 besitzt selbst keine mechanischen Elemente zur Strahlsteuerung. Deshalb muss die Lageregelung des Satelliten diese Ausrichtung leisten. Die Universität Stuttgart hat hier in gemeinsamen Experimenten mit dem DLR an der DLR-Bodenstation in Oberpfaffenhofen die Lageregelung erfolgreich optimiert.
Die gewonnenen Messdaten werden von den Teams nun ausgewertet und sind die Grundlage für weitere Versuche in naher Zukunft, sowohl zur Bodenstation des NICT als auch zu weiteren Partnereinrichtungen weltweit. Die derzeitigen Messungen in Japan reihen sich in eine lange Historie von gemeinsamen Versuchen ein, die bisher unter Verwendung von japanischen Satelliten in Oberpfaffenhofen stattfanden. Versuche mit dem OICETS-Satelliten der japanischen Raumfahrtagentur JAXA fanden in den Jahren 2006 und 2009 statt und die Versuche mit der Nutzlast Small Optical TrAnsponder (SOTA) des NICT im Jahre 2013.
In naher Zukunft werden weitere internationale Experimente mit DLR-Nutzlasten erfolgen: Am 24. Januar 2021 wurde das kleinste Laserterminal der Welt, OSIRIS-CubeL, welches das DLR in Kooperation mit Tesat Spacecom entwickelt hat, an Bord des Satelliten PIXL-1 gestartet. Bereits im kommenden Jahr soll OSIRISv3 auf der Bartolomeo Plattform von Airbus Defence & Space an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) installiert werden.
