08 Juli Satellitenkommunikation per Laser in Serienreife
Schneller und sicherer Datenaustausch – selbst in entlegenen Gebieten: das verspricht die satellitengestützte Laserkommunikation. Auch Europa möchte sich im Bereich Laserkommunikation unabhängig von Anbietern und Zulieferern aus dem Ausland machen. Speziell in kritischen Infrastrukturen, etwa im Bereich Sicherheit und Zivilschutz, ist technologische Souveränität das Ziel.
Die Europäische Weltraumbehörde ESA fördert daher mit ihrem Programm ScyLight (Secure and Laser Communication Technology) europäische Forschungseinrichtungen und Unternehmen in der Erforschung sowie im Aufbau eigener Systeme und Kompetenzen. Eines dieser Unternehmen, die ein Entwicklungsprojekt zur Technologiebereitstellung im Rahmen des ScyLight-Programms umsetzen, ist Tesat. Das Unternehmen mit Sitz in Baden-Württemberg besitzt Erfahrung in der Satellitenkommunikation und baut seit vielen Jahren auch Systeme zur Laserkommunikation, darunter das System SCOT135. Dieses System ist ein skalierbares optisches Kommunikationsterminal, das speziell für den Einsatz im mittleren (MEO) und geostationären Erdorbit (GEO) entwickelt wurde.
Schematische Darstellung eines Netzwerkes zur Laserkommunikation. Das Teleskop aus Jena kommt für den Inter-Satellite Optical Link zum Einsatz. Bild: Fraunhofer IOF
Technologie für große Stückzahlen
Für dieses Laserterminal haben Forschende aus Jena in dreijähriger Arbeit ein weltallrobustes Sende- und Empfangsteleskop entwickelt, das – anders als beispielsweise wissenschaftsorientierte Teleskope – nicht nur in geringen Stückzahlen, sondern in Serie gefertigt werden kann. „Unser Ziel war es, ein robustes und kostengünstiges Serienprodukt zu entwickeln“, erklärt Dr. Henrik von Lukowicz, zuständiger Projektleiter sowie Leiter der Abteilung für Optisches und Mechanisches Systemdesign am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF. „Bei Systemen, die in großen Stückzahlen gefertigt werden sollen, geht es am Ende um jede Stunde Fertigungszeit.“
Am Fraunhofer IOF entwickelte Sende- und Empfangsteleskop für das Laserterminal SCOT135. Bild: Fraunhofer IOF
Mithilfe des in Jena entwickelten Teleskops soll das SCOT135-System bis zu 100 Gbit/s in der Bandbreite erreichen und bis zu 80.000 km Distanz überbrücken. „In Kombination mit Terminals, die in großer Stückzahl gebaut und perspektivisch zu einem Inter-Satellit-Network verknüpft werden, ist das neu“, sagt von Lukowicz. „Dafür haben wir ein universell einsetzbares Teleskop entwickelt, das Sende- und Empfangseinheit zugleich ist.“
Fordernde Bedingungen im Weltall
Beim Einsatz im Weltall, muss das Teleskop zugleich den dortigen Umweltbelastungen standhalten, sowie den Belastungen, die durch den Betrieb des Systems selbst entstehen: „In Systemen zur Laserkommunikation werden verhältnismäßig hohe Laserleistungen erbracht. Hier wirken bis zu 50 Watt. Für ein Weltraumteleskop ist das relativ viel Leistung, die durch das System propagiert“, erläutert von Lukowicz. „Das führt zu Wärmentwicklungen, die zu Veränderungen an den Optiken führen können. Doch natürlich darf das System in seiner Performance dadurch nicht beinträchtigen werden. Thermalmanagement war daher ein besonders wichtiger Punkt für unser Design.“
Neben der Wärmeregulierung floss in die Design-Entwicklung verschiedenstes Knowhow aus dem Fraunhofer IOF ein, wie es basierend auf jahrelanger Erfahrung mit Weltraumprojekten am Institut aufgebaut wurde. „Dabei geht es um verschiedenste Fragen: Etwa darum, wie man besonders leichtgewichtige Bauteile für den Flug ins Weltall herstellen kann, um Methoden zur widerstandfähigen Justage der Bauteile sowie um feinste Strukturierungen auf den Optiken für präzise Performance“, erklärt von Lukowicz. „Viele unserer Fertig- und Fähigkeiten dafür haben wir in diesem Teleskop vereint.“
Fraunhofer-IOF-Ausgründung übernimmt Fertigung
Das Design des Teleskops entwickelte die Forschenden am Fraunhofer IOF in Jena. Die Fertigung übernimmt das New-Space-Unternehmen Spaceoptix, eine Ausgründung des Fraunhofer IOF, am Standort Isseroda in Thüringen. Bereits fünf Systeme wurden bei Spaceoptix für Tesat gefertigt. In Zukunft können pro Jahr jeweils weitere 50 Stück folgen. „Die industrielle Serienfertigung hochkomplexer Systeme verlangt neue Denkweisen. Genau darin liegt unsere Stärke: neue Maßstäbe setzen und neue Märkte im New Space erschließen“, sagt Dr. Frank Burmeister, ehemaliger Fraunhofer-Forscher und heute Leiter Forschung und Entwicklung der Spaceoptix.
Quelle: www.iof.fraunhofer.de
Bild: Tesat