Nasa startet in Florida Demonstration seiner Laserkommunikationsrelais im Weltall

Konzeptbild der Laser-Kommunikations-Relais-Demonstrationsnutzlast, die optische Signale überträgt.

Bild: Goddard Space Flight Center der NASA

Die Laser Communications Relay Demonstration (LCRD) wird die einzigartigen Fähigkeiten der optischen Kommunikation demonstrieren. Gegenwärtig verwenden die meisten NASA-Missionen Funkwellen, um Daten zu und von Raumfahrzeugen zu senden. Funkwellen werden seit den Anfängen der Weltraumforschung für die Weltraumkommunikation eingesetzt und haben sich bewährt. Da bei Weltraummissionen jedoch immer mehr Daten generiert und gesammelt werden, wird der Bedarf an verbesserten Kommunikationsmöglichkeiten immer dringender. So geht es aus einem Bericht auf der NASA Webseite hervor.

Weiter heißt es folgendes: "Die optische Kommunikation ist eine dieser Verbesserungen und wird erhebliche Vorteile für die Missionen bieten, einschließlich einer 10- bis 100-mal größeren Bandbreite als bei Funkfrequenzsystemen. Darüber hinaus bietet die optische Kommunikation geringere Anforderungen an Größe, Gewicht und Energie. Eine geringere Größe bedeutet mehr Platz für wissenschaftliche Instrumente. Weniger Gewicht bedeutet einen kostengünstigeren Start. Weniger Energie bedeutet weniger Belastung für die Batterien des Raumfahrzeugs. Da die optische Kommunikation den Funk ergänzt, werden die Missionen über unvergleichliche Kommunikationsmöglichkeiten verfügen.

Die LCRD-Nutzlast wird an Bord des Space Test Program Satellite 6 (STPSat-6) des US-Verteidigungsministeriums untergebracht sein. Nach dem Einschwenken in die Umlaufbahn werden Ingenieure im LCRD-Missionszentrum in Las Cruces, New Mexico, den Aktivierungsprozess einleiten, indem sie die Nutzlast einschalten und sie für die Datenübertragung über Infrarotlaser vorbereiten. Bis zum Start des ersten Nutzers wird LCRD üben, Testdaten zu und von seinen Bodenstationen zu senden. Diese Testdaten werden über Hochfrequenzsignale von der Missionszentrale gesendet, woraufhin die LCRD-Sonde über optische Signale antwortet. Zu diesen Testdaten gehören Daten über den Zustand des Raumfahrzeugs, Verfolgungs-, Telemetrie- und Befehlsdaten sowie Benutzerdaten, um den ordnungsgemäßen Betrieb von LCRD sicherzustellen.

Die Nutzlast der Laserkommunikations-Relais-Demonstration ist an der LCRD Support Assembly Flight (LSAF) befestigt, die auf diesem Bild zu sehen ist. Die LSAF dient als Rückgrat für die LCRD-Komponenten. An der LSAF sind die beiden optischen Module befestigt, die die Infrarotlaser erzeugen, mit denen die Daten zur und von der Erde übertragen werden. Auch ein Star Tracker ist hier angebracht. Diese Komponenten sind auf der linken Seite des Bildes zu sehen. Andere LCRD-Komponenten, wie die Modems, die Daten in Lasersignale kodieren, sind an der Rückseite des LSAF angebracht. Bild: Goddard Space Flight Center der NASA

Die Weltraummissionen werden ihre Daten an LCRD senden, das sie dann an bestimmte Bodenstationen auf der Erde weiterleitet. Die NASA nutzt Kommunikations-Relais-Satelliten bereits seit 1983, als der erste Tracking- und Daten-Relais-Satellit startete. Dank der Relais müssen die Missionen keine direkte Sichtverbindung zu den Antennen auf der Erde haben, was die Kommunikationsabdeckung erhöht. LCRD schafft einen durchgängigen Pfad für Daten, die von Missionen im Weltraum zu Bodenstationen auf der Erde fließen, und bildet so ein vollständiges End-to-End-System. Da LCRD Daten sowohl von den Missionen als auch von den Bodenstationen senden und empfangen kann, ist das System zudem bidirektional. Zusammen machen diese Fähigkeiten LCRD zum ersten optischen Zwei-Wege-End-to-End-Relais der NASA.

Im Gegensatz zur Hochfrequenzkommunikation können optische Signale die Wolken nicht durchdringen, so dass die NASA ein System entwickeln muss, das flexibel genug ist, um wetterbedingte Unterbrechungen zu vermeiden. LCRD wird die von den Missionen empfangenen Daten an zwei Bodenstationen in Table Mountain, Kalifornien, und Haleakalā, Hawaii, übertragen. Diese Standorte wurden wegen ihrer minimalen Wolkenbedeckung ausgewählt. LCRD wird verschiedene Szenarien der Wolkenabdeckung testen und dabei wertvolle Informationen über die Flexibilität der optischen Kommunikation sammeln.

LCRD ist eine Technologiedemonstration, die den Weg für zukünftige optische Kommunikationsmissionen ebnen wird. Zukünftige Missionen, die sich für optische Kommunikation entscheiden, könnten LCRD als Relais nutzen. Einer der ersten Nutzer von LCRD wird das Integrated LCRD Low-Earth Orbit User Modem and Amplifier Terminal (ILLUMA-T) sein, eine Nutzlast, die auf der Internationalen Raumstation untergebracht sein wird. Das Terminal empfängt hochauflösende wissenschaftliche Daten von Experimenten und Instrumenten an Bord der Raumstation und überträgt diese Daten an LCRD, das sie dann an eine Bodenstation weiterleitet. Nachdem die Daten auf der Erde angekommen sind, werden sie an die Missionsbetriebszentren und die Wissenschaftler der Mission weitergeleitet."

Quelle: NASA/ SNA News (Deutschland)