Langstrecken-Laserkommunikation Optische Verbindungen zwischen Satelliten mit einer bis zu 100-fachen Bandbreite

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Die Kommunikation zwischen Satelliten steht vor einem Paradigmenwechsel: Mit seiner jüngsten TRL-6-Demonstration zeigt ein US-Systemanbieter, wie laserbasierende Hochgeschwindigkeitsverbindungen über Orbitgrenzen hinweg realisierbar werden.

Der US-amerikanische Systemanbieter BlueHalo hat einen entscheidenden Entwicklungsschritt in der weltraumgestützten optischen Kommunikation vollzogen: Das Unternehmen demonstrierte erfolgreich ein bidirektionales Zwei-Terminal-System zur laserbasierenden Kommunikation über große Distanzen und mehrere Umlaufbahnebenen hinweg (LEO, MEO, GEO). Die Technologie richtet sich sowohl an sicherheitskritische staatliche Anwendungen als auch an kommerzielle Betreiber von Satellitenplattformen.

Kern der Entwicklung sind laserbasierende optische Terminals, die im Vergleich zur klassischen Hochfrequenzkommunikation (HF) eine deutlich höhere Datenrate, geringere Latenzzeiten sowie ein besseres Verhältnis von Leistungsaufnahme zu Datenvolumen ermöglichen. Die in der Demonstration eingesetzten Terminals zielten insbesondere auf geostationäre Kommunikationsverbindungen, bei denen Bandbreitensteigerungen um den Faktor 10 bis 100 gegenüber herkömmlichen HF-Systemen erzielt werden konnten. Parallel dazu wurde Jitter – einer der kritischen Störfaktoren bei optischen Verbindungen – durch adaptive Line-of-Sight-Stabilisierung kompensiert. Zum Vergleich: Das DLR entwickelte ein Cubesat-kompatibles System (CubeLCT) mit 100 MBit/s – eine Steigerung um das 100-fache gegenüber typischen Cubesat-Funkverbindungen.

Technischer Fokus der Demonstration

Während des Tests wurden zwei autonome optische Kommunikations-Terminals unter weltraumähnlichen Bedingungen betrieben. Die Systeme durchliefen erfolgreich komplexe Abläufe wie Precision Pointing, Acquisition und Tracking (PAT). Dabei wurde auf Laserquellen mit Sendestärken kalibriert, die eine verlässliche Überbrückung von intersatelliten Kommunikationsstrecken (Crosslinks) über verschiedene Orbit-Höhen ermöglichen. Die Simulation umfasste unter anderem Vibrationseinflüsse, thermische Schwankungen und den Betrieb im Vakuum.

Mit Erreichen der Technology Readiness Level 6 (TRL 6) wurde nachgewiesen, dass das System in einer realitätsnahen Betriebsumgebung funktioniert – ein entscheidender Schritt auf dem Weg zur serienreifen Integration in künftige Satellitenmissionen. Die robust ausgelegte Plattform ermöglicht dabei sowohl Intersatellite Links (ISLs) innerhalb einer Konstellation als auch Verbindungen über Orbit-Grenzen hinweg.

Für Entwickler elektronischer Subsysteme bedeutet der Fortschritt von BlueHalo eine Erweiterung der Designanforderungen:

• Optoelektronische Präzisionsmechanik zur hochgenauen Strahlführung bei dynamischen Lageänderungen

• Laserquellen mit modulierbarer Leistung und spektraler Reinheit, geeignet für Vakuumbedingungen und thermische Extrembereiche

• Feinmechanisch gekoppelte Tracking-Subsysteme mit Echtzeit-Regelalgorithmen auf FPGA/SoC-Basis

• Sicherheitsarchitekturen für Datenverschlüsselung auf Photonenniveau (Quantenresilienz)

• Thermomanagement und Energieversorgung für gepulste Hochleistungsdioden im Orbitbetrieb

Zivile und sicherheitskritische Einsatzmöglichkeiten

Laut BlueHalo richtet sich das System sowohl an staatliche Akteure mit Fokus auf strategische Kommunikationssicherheit als auch an Betreiber kommerzieller Satellitenbusse, die angesichts wachsender Datenvolumina und Latenzanforderungen neue Kommunikationspfade erschließen müssen. Die optische Kommunikation – insbesondere im Kontext von Megakonstellationen und hybriden Architekturen (beispielsweise LEO-zu-GEO) – verspricht hier eine signifikante Effizienzsteigerung im Betrieb. (heh)

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