|
Neue optische Bodenstation zur Satellitenkommunikation
Redaktion
/ Pressemitteilung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt
astronews.com
10. Oktober 2022
Laserkommunikation wird zukünftig ein unverzichtbares
Instrument für eine schnelle und sichere Datenverbindung per Satellit sein. Die
vielfältigen Möglichkeiten der optischen Freiraumkommunikation können nun mit
einer neu ausgebauten Bodenstation am DLR-Standort Oberpfaffenhofen getestet und
weiterentwickelt werden, die in dieser Woche eingeweiht wurde.
Die neue optische Bodenstation auf dem Dach
des DLR-Instituts für Kommunikation und
Navigation in Oberpfaffenhofen.
Foto: DLR, CC BY-NC-ND 3.0
[Großansicht] |
Satelliten werden zusehends zu Netzwerkknoten des Internets. Während
terrestrische Knoten über Glasfasernetze eingebunden sind, können Satelliten mit
aktuellen Entwicklungen nur dann mithalten, wenn sie ebenfalls optisch vernetzt
werden. Programme der europäischen Kommission wie die Secure Connectivity
Initiative stützen sich ebenso auf diese Technologie wie eine Vielzahl
kommerzieller Netzwerke wie Starlink oder Oneweb, die mit
ihren nächsten Generationen ähnliche Entwicklungen anstreben. Im Zentrum der
Überlegungen stehen optische Satellitenlinks, wie sie am Institut für
Kommunikation und Navigation des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt
(DLR) seit mehr als 20 Jahren konzipiert, entwickelt und getestet werden.
Optische Verbindungen werden zudem nicht nur für
Kommunikationsnetzwerke in Betracht gezogen, sondern auch für die
Quantenverschlüsselung. Diese soll das sichere Internet der Zukunft ermöglichen
und die nächste Generation von Satellitennavigationssystemen. Das DLR betreibt
seit vielen Jahren experimentelle Bodenstationen, um diese Technologien
voranzutreiben. Am 12. Oktober 2022 wurde nun eine neue leistungsstärkere
Bodenstation am DLR-Standort Oberpfaffenhofen eingeweiht.
"Zukünftig wird es immer wichtiger, Satelliten effizient miteinander zu
vernetzen sowie den Datenaustausch zum Boden sicher und leistungsstark zu
gestalten im Angesicht der immer größeren Datenmengen bei Kommunikation,
Navigation und Erdbeobachtung ebenso wie vor dem Hintergrund knapper werdender
Funklizenzen", sagt die DLR-Vorstandsvorsitzende Prof. Dr.-Ing. Anke
Kaysser-Pyzalla. "Die optische Freiraumkommunikation bietet hier eine
vielversprechende Perspektive, deren vielfältige Möglichkeiten wir mit der neu
ausgebauten Bodenstation in Oberpfaffenhofen austesten und weiterentwickeln
werden. Insbesondere bei der Absicherung des Austauschs sensibler Daten etwa bei
kritischen Infrastrukturen im All und auf der Erde können uns Lösungen der
satellitenbasierten Quantenkommunikation entscheiden voranbringen."
Optische Verbindungen zwischen Satelliten und den Empfangsstationen am Boden,
wie sie bei der Anbindung von Kommunikationssatelliten an das Internet oder bei
der Datenübertragung von Erdbeobachtungsatelliten an deren Daten-Prozessierungszentren
eingesetzt werden, sind mit dem nötigen Weg durch die Atmosphäre eine besondere
Herausforderung. Temperaturschwankungen in der Atmosphäre führen zu einer
Verzerrung der optischen Satellitensignale, die Übertragungsfehler bewirken
können.
Die neue Bodenstation erlaubt es diese Phänomene genauer als bisher zu
untersuchen, um Verfahren für eine fehlerfreie Übertragung auch unter
schwierigen Bedingungen zu erreichen. So zielen die Arbeiten des DLR-Instituts
für Kommunikation und Navigation sowohl darauf ab, Signale am Boden bestmöglich
empfangen zu können, als auch die Sendesignale der Bodenstation so "vorzuverzerren",
dass sie den Satelliten im All möglichst ungestört erreichen.
In bodennahen Versuchen konnte das Institut bereits 2016 eine
Übertragungsrate von 1,72 Terabit pro Sekunde erreichen und 2017 eine
Übertragungsrate von 13,2 Terabit pro Sekunde realisieren. Diese Datenrate würde
ausreichen, um ganz Westeuropa mit einer schnellen Internetanbindung zu
versorgen. Mit der neuen Bodenstation sollen solche Versuche nun auch mit
Satelliten durchgeführt werden.
Eine genaue Entzerrung des Satellitensignals ist zudem eine
Grundvoraussetzung, um Quantenschlüssel aus dem All möglichst effizient
verteilen zu können. Das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation hat dazu
erfolgreiche Vorarbeiten geleistet und bereits im Jahr 2013 zusammen mit der
Ludwig-Maximilians-Universität München erfolgreiche Übertragungsversuche von
einem Flugzeug zum Boden durchgeführt. Quantenschlüssel sollen künftig genutzt
werden, um die verschlüsselte terrestrische Übertragung so abzusichern, dass sie
Angriffen durch Quantencomputer standhalten. "Eine beweisbar sichere Absicherung
der Kommunikation ist insbesondere für Nutzer wie Regierungsstellen, Behörden,
Banken, Versicherungs- und Industriegesellschaften von immenser Bedeutung", sagt
Dr. Susann Groß, Leiterin der DLR-Programmdirektion für Raumfahrtforschung und
-technologie.
Satellitennavigationssysteme wie das europäische Galileo und das
amerikanische GPS sind bereits heute als unabdingbare Infrastrukturen im
alltäglichen Leben und Wirtschaften verankert. Sie senden präzise Zeitsignale
aus. Wenn der Empfänger diese Information von mindestens vier Satelliten
empfängt, die Uhren korrekt synchronisiert und die Satellitenbahnen genau
bekannt sind, kann der Empfänger daraus seine exakte Position ermitteln. Um die
Zeitsignale der Satelliten zu synchronisieren und die Satellitenbahnen zu
bestimmen, muss heute ein komplexer Prozess auf der Basis von Messungen einer
Vielzahl von Sensorstationen am Boden ablaufen.
Am DLR wurde mit "Kepler" ein neuer Ansatz entwickelt, bei dem optische
Verbindungen zwischen Navigationssatelliten eingesetzt werden. Diese optischen
Verbindungen werden genutzt, um die Satelliten direkt zu synchronisieren und um
die Bahnen mit nur zwei Bodenstationen exakt zu bestimmen. Dies führt nicht nur
zu einer deutlichen Vereinfachung des Systems, sondern auch zu einer erheblich
verbesserten Genauigkeit "Der Kepler-Ansatz hat das Potenzial die zukünftige
Automatisierung im Verkehr durch hochpräzise Ortsdaten deutlich zu erleichtern",
sagt Dr. Anke Pagels-Kerp, DLR-Bereichsvorständin Raumfahrt. Zudem wäre das
System kaum mehr anfällig für Störungen, die heute etwa in Kriegs- und
Krisengebieten willentlich herbeigeführt werden. In diesem Kontext wird die neue
Bodenstation wertvolle Beiträge für die Validierung der DLR-Konzepte liefern.
Das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation ist eine der weltweit
führenden Forschungseinrichtungen für die Entwicklung optischer
Freiraumverbindungen. Im Umfeld des Instituts haben sich Firmen wie TESAT
Spacecom in Backnang und die Ausgründung Mynaric zu den bedeutendsten Firmen in
diesem Sektor entwickelt. Die neue Bodenstation wird dabei helfen, diese starke
deutsche Positionierung zu erhalten und weiterzuentwickeln.
|
