Schneller Datenkanal ins All: Deutsche Forscher knüpfen erfolgreich Laser-Verbindung zu Satelliten

Satelliten schießen gestochen scharfe Bilder von der Erdoberfläche und liefern wichtige Klimadaten über die Atmosphäre. Bisher tragen Mikrowellen diese Informationsflut zu den Empfangsstationen auf der Erde. Bis zu hundertmal schneller könnte eine Laserverbindung diesen Datenfluss bewältigen.

Teleskop für Laserverbindungen zu Satelliten
Teleskop für Laserverbindungen zu Satelliten

Oberpfaffenhofen - Das ist notwendig, da der Satellit nur alle ein bis zwei Tage für knapp vier Minuten in Kontakt zu einer Bodenstationen treten kann. Forscher vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen testeten nun erfolgreich eine solche optische Datenverbindung.

"Bei der Datenverbindung gibt es derzeit schon einen Flaschenhals", sagt Joachim Horvath vom DLR Institut für Kommunikation und Navigation. Dieser könnte mit der Lasertechnik deutlich geweitet werden, um schnell an die Daten des Satelliten zu gelangen. In ihrem so genannte "Optische Downlink-Experiment", das im Juni 2006 in Oberpfaffenhofen insgesamt acht Mal nachts durchgeführt wird, erreichten sie eine Übertragungsgeschwindigkeit von 50 Megabit pro Sekunde. Modernste Mikrowellenverbindungen schaffen zwar auch schon 270 Megabit in der gleichen Zeit, doch haben Laser das Potenzial für Datenraten im Gigabit-Bereich (Anm.: entspricht 1000 Megabit).

Mit einer Leistung von 100 Milliwatt richtete der japanische Satellit OICETS (Optical Inter-orbit Communications Engineering Test Satellite) aus seiner 600 Kilometer hohen Umlaufbahn seinen Laser auf Oberpfaffenhofen. Aufgefangen wurde das Licht im nahen Infrarotbereich - Wellenlänge 847 Nanometer - mit einem Lichtteleskop samt einer 40-Zentimeter-Schüssel. Diese geringe Größe erlaubt auch eine mobile Satellitenverbindung, beispielsweise von einem Auto aus. Analysiert werden die Lichtsignale durch eine hochempfindliche Photodiode.

Schon ab Herbst könnten die DLR-Forscher mit dem deutschen Erderkundungssatelliten TerraSAR-X einen weiteren Datenrekord aufstellen. Mit 1064 Nanometern Wellenlänge soll der installierte Infrarot-Laser Datenraten von 5,5 Gigabit pro Sekunde ermöglichen. Neben dem Laser wird dabei auf ein ausgeklügeltes Phasenmodulations-Verfahren gesetzt, mit dem die Daten auf den Laserstrahl quasi aufgeprägt werden. Die dabei verwendeten optischen Komponenten wurden bereits erfolgreich innerhalb des EU-Projekts Capanina eingesetzt. Bei Capanina wurden unter anderem im nordschwedischen Kiruna per Laserstrahl Daten von einem optischen Sendeterminal empfangen, das von einem Stratosphärenballon in 22 Kilometern Höhe getragen wurde.

Einzig das Wetter könnte der Datenübertagung einen Strich durch die Rechnung machen. Sobald Wolken am Himmel sind, kann der Laser nicht mehr bis zur Erdoberfläche durchdringen. Für diese Fälle müsste weiterhin auf die deutlich langsamere Mikrowellen-Verbindung zurückgegriffen werden.