Laserkommunikation im Orbit Optischer Datenfunk mit 2,5 GBit/s gegen den Funkabriss im All

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Erstmals planen Unternehmen eine direkte optische Laserverbindung zwischen einem Satelliten in einer erdnahen Umlaufbahn (LEO) und einem wiedereintretenden Raumfahrzeug für das Jahr 2027. Diese Partnerschaft setzt neue Maßstäbe für die europäische Raumfahrtlogistik und konfrontiert die Nachrichtentechnik mit spannenden Hardware-Herausforderungen.

Die klassische Funkkommunikation stößt bei Weltraummissionen, insbesondere während des kritischen Wiedereintritts in die Erdatmosphäre, schnell an ihre physikalische Grenzen. Durch die beim Eintritt entstehende Plasmagasschicht bricht die Telemetrieverbindung häufig ab oder wird massiv gestört. Dann spricht man von einem Radio Blackout. Für die Ingenieure bedeutet das oft einen schmerzhaften Blindflug, bis die Kapsel physisch geborgen ist.

Hier setzt die Laserkommunikation an, die sogenannte Free-Space Optical Communications. Sie nutzt stark gebündelte Infrarotstrahlen, die nicht nur Datenraten ermöglichen, die bis zu 100-mal höher sind als bei herkömmlichem Funk, sondern auch unempfindlicher gegenüber klassischen Störsignalen sind.

Während die Laserkommunikation zwischen Satelliten oder von Satelliten zur Erde (Ground-to-Space) in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht hat, ist die Verbindung zwischen einem beweglichen Wiedereintrittskörper und einem Orbit-Satelliten technologisches Neuland. Für Elektronikentwickler und Systemarchitekten bedeutet das kompakte, vibrationsfeste und thermisch hochresistente optische Terminals, die im rauen Weltraum- und Wiedereintrittsumfeld performant arbeiten müssen.

PHOENIX 2 trifft auf ATLAS-X

Astrolight, ein auf Laserkommunikationslösungen spezialisiertes Technologieunternehmen aus Litauen, und ATMOS Space Cargo, ein Anbieter von kommerziellen Frachtrücktransporten aus dem Orbit, haben eine Absichtserklärung (MoU) unterzeichnet, um diese Lücke zu schließen. Für das Jahr 2027 ist eine gemeinsame Demonstrationsmission angesetzt.

Dabei soll Astrolichts optisches Terminal des Typs ATLAS-X sowohl an Bord des LEO-Testsatelliten als auch auf dem Wiedereintrittsfahrzeug PHOENIX 2 von ATMOS installiert werden. Ziel ist es, eine echtzeitfähige, optische Raum-zu-Raum-Verbindung (Space-to-Space) zu realisieren und System- sowie Nutzlastdaten mit einer Übertragungsrate von bis zu 2,5 GBit/s zu übertragen. Das erfolgt über den gesamten Orbitalflug hinweg bis hinein in die kritische Phase des atmosphärischen Wiedereintritts.

Geringer Bauraum und harte Umweltbedingungen

Ein zentraler technischer Knackpunkt bei Missionen dieser Art ist das sogenannte SWaP-Profil, also die Größe, das Gewicht und die Leistungsaufnahme. An Bord von Wiedereintrittskapseln wie PHOENIX konkurrieren Kommunikationskomponenten hart mit der eigentlichen Nutzlast und essenziellen Subsystemen um Masse und Energie.

Das ATLAS-X-Terminal wurde speziell als kompakte Low-SWaP-Anwendung konzipiert, um auch unter strengen Restriktionen eine optische Hochgeschwindigkeitsverbindung in Kleinsatelliten oder Kapseln zu integrieren.

„Bis jetzt wurde diese Fähigkeit meist nur unter labornahen Bedingungen auf der Erde erprobt. Zusammen mit ATMOS Space Cargo bringen wir sie nun ins All“, erklärt Laurynas Mačiulis, CEO von Astrolight. „Unser Ziel ist es, dass sich Wiedereintrittskörper direkt mit Satelliten und künftigen Konstellationen vernetzen können. Operatoren erhalten so maximale Daten in Echtzeit, was die Steuerung sicherer und skalierbarer macht.“

Strategische Bedeutung für Europa

Hintergrund der Kooperation ist auch Europas Bestreben nach technologischer Unabhängigkeit bei der Raumfahrtlogistik. Bislang ist der alte Kontinent stark auf internationale Partner angewiesen, um Fracht aus der erdnahen Umlaufbahn zurückzubringen. Initiativen wie die LEO Cargo Return Services Initiative der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) zielen darauf ab, eigene Kapazitäten aufzubauen.

Mit dem wachsenden kommerziellen Interesse an Experimenten im All, der Halbleiterfertigung in Schwerelosigkeit oder dem Rücktransport kritischer wissenschaftlicher Proben steigt der Bedarf an kontinuierlicher Telemetrie rasant. Sebastian Klaus, CEO von ATMOS Space Cargo, betont die Relevanz der Partnerschaft: „Da Frachtrücktransportmissionen autonomer und datenintensiver werden, ist eine nahtlose Konnektivität über den gesamten Missionszyklus hinweg unerlässlich. Unsere Partnerschaft mit ATMOS [Anm. der Redaktion: gemeint ist Astrolight] ist ein entscheidender Schritt, um die Laserkommunikation als strategische Ebene für die Nutzlastüberwachung und den autonomen Wiedereintritt fest im PHOENIX-System zu verankern.“

Sollte die Demonstration 2027 erfolgreich sein, dürfte das nicht nur die Akzeptanz von optischen Satelliten-Links für kommerzielle und sicherheitskritische Anwendungen erhöhen, sondern auch neue Maßstäbe für die Zuverlässigkeit und Datenverfügbarkeit zukünftiger europäischer Raumfahrtmissionen setzen. (heh)

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