Kommunikation in der Raumfahrt NASA schickt Lasersignale 16 Millionen Kilometer weit

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Die NASA hat einen wichtigen Meilenstein in der Entwicklung von Laserkommunikationssystemen für den Weltraum erreicht. Im Rahmen des Experiments Deep Space Optical Communications (DSOC) wurden erstmals Daten per Nahinfrarotlaser über den Mond hinaus gesendet und empfangen.

Optische Kommunikation ist eine Methode zur Übertragung von Informationen mit Licht. Sie hat das Potenzial, die Weltraumkommunikation zu revolutionieren, indem sie wesentlich höhere Datenraten als die herkömmliche Funkkommunikation ermöglicht. Allerdings ist die optische Kommunikation anfälliger für Störungen und Interferenzen als die Funkkommunikation.

Beim ersten Test am 18. November 2023 wurden Daten von einem nahen Satelliten zu einem Teleskop in Kalifornien über eine Entfernung von 16 Mio. Kilometern übertragen. Dies ist die bisher weiteste Demonstration optischer Kommunikation. Die Daten wurden mit einer Geschwindigkeit von 10 MBit/s übertragen, was etwa zehnmal schneller ist als die derzeitige Standardgeschwindigkeit für die Kommunikation zwischen Raumfahrzeugen und der Erde. Der im DSOC-Experiment verwendete Laser hat eine Wellenlänge von 1.550 nm. Diese Wellenlänge wird gewählt, weil sie von der Erdatmosphäre nicht absorbiert wird.

Das DSOC ist in die kürzlich gestartete Raumsonde Psyche integriert und so konfiguriert, dass es während der zweijährigen Technologie-Demonstration Testdaten mit hoher Bandbreite zur Erde sendet, während Psyche durch den Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter fliegt. Sowohl DSOC als auch Psyche werden vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien betrieben.

Laser mit einer Leistung von 1 Watt

Für den Test wurde ein Halbleiterlaser mit einer Wellenlänge von 1,55 µm verwendet. Diese Wellenlänge ist ideal für die Kommunikation im Weltraum, da sie von der Erdatmosphäre kaum absorbiert wird. Der Laser hat eine Ausgangsleistung von 1 W und kann Daten mit einer Geschwindigkeit von bis zu 10 MBit/s übertragen. Die Datenrate hängt von der Entfernung zwischen Raumfahrzeug und Empfänger ab.

Der Erfolg des DSOC-Experiments ist ein wichtiger Schritt für die Entwicklung von Laserkommunikationssystemen für die Raumfahrt. Laserkommunikationssysteme haben das Potenzial, die Kommunikation zwischen Raumfahrzeugen und der Erde deutlich zu verbessern. Sie können größere Datenmengen schneller übertragen und sind weniger störanfällig als herkömmliche Funksysteme.

Fakten zum DSCO-Experiment:

• Die Wellenlänge eines Halbleiterlasers von 1.550 Nanometer ist eine gute Wahl für die Kommunikation im Weltraum. Diese Wellenlänge wird von der Erdatmosphäre nur wenig absorbiert und eignet sich daher auch für die Übertragung über große Entfernungen.

• Die Ausgangsleistung von 1 W ist für den Anfang ausreichend, aber es ist möglich, die Leistung des Lasers in Zukunft weiter zu erhöhen. Dies würde sowohl die Reichweite als auch die Datenübertragungsrate verbessern.

• Die Datenübertragungsrate von 10 MBit/s ist bereits ein großer Fortschritt gegenüber der heutigen Standardgeschwindigkeit von 1 MBit/s. In Zukunft kann die Datenübertragungsrate noch weiter gesteigert werden.

Künftige Missionen zum Mond

Die Laserkommunikation könnte in der Raumfahrt eine Vielzahl von Anwendungen finden. Sie könnte beispielsweise für die Kommunikation mit Raumfahrzeugen im tiefen Weltraum, die Hochgeschwindigkeitsübertragung wissenschaftlicher Daten, die Live-Videoübertragung von Raumfahrzeugen oder die Kommunikation mit Robotern auf anderen Planeten eingesetzt werden.

Die NASA plant, DSOC in den kommenden Jahren weiterzuentwickeln und hofft, das System für die Kommunikation mit zukünftigen Missionen zum Mond und Mars nutzen zu können.

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