Einer Bodenstation der Europäischen Raumfahrtorganisation (ESA) auf der Kanareninsel Teneriffa ist es gelungen, rund 400.000 Kilometer weit gereiste Laserlichtsignale der um den Mond kreisenden US-amerikanischen Sonde LADEE zu empfangen.
Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ESA.
(Bild: ESA)
LADEE dient der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtagentur (NASA) entsprechend ihrer Namensgebung Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer zur Erforschung der Mondatmosphäre und des Mondstaubes. Zusätzlich ist die Sonde mit einer experimentellen Laser-Kommunikationsnutzlast namens Lunar Laser Communication Demonstrator (LLCD) ausgestattet.
Die Verwendung von Laserlicht zur Datenübertagung durch Raumfahrzeuge und Bodenstationen wie der des ESA-Bahnverfolgungsnetzes (ESTRAC) verspricht Datenübertragungsraten, die deutlich über denen liegen, die man beim Einsatz üblicher Funkverbindungen, also bei der Verwendung von Radiowellen zur Kommunikation, erreichen kann.
Eine auf der spanischen Kanareninsel Teneriffa etablierte Bodenstation mit der Bezeichnung Optical Ground Station (OGS) hat die ESA mit einem in Dänemark von Axcon und der Schweiz von der RUAG entwickelten Laserkommunikationsterminal nachgerüstet, das man für geeignet hielt, die stark fokussierten Strahlen mit einer Wellenlänge von 1550,12 Nanometern von LADEE zu erfassen.
(Bild: ESA)
Am 26. Oktober 2013 gelang es zum ersten Mal, Sendungen von LADEE mit der rund 2.393 Meter hoch gelegenen Station auf Teneriffa zu empfangen. In den folgenden Tagen konnten mehrere Kommunikationssitzungen abgewickelt werden, während derer Daten von der Mondsonde empfangen und an sie gesendet wurde. Beim Datenempfang konnten Datenübertragungsraten bis zu 40 Megabit pro Sekunde realisiert werden – ein mehrfaches der Datenübertagungsrate eines gewöhnlichen Breitband-Internetanschlusses (DSL-6000 z.B. erreicht max. 6 Megabit pro Sekunde). Zwischen dem 26. und dem 29. Oktober 2013 fanden insgesamt acht Kommunikationssitzungen statt.
Auf Grund der erforderlichen sehr großen Ausrichtungsgenauigkeit eines Laserkommunikationsterminals gab es einige Anfangsschwierigkeiten, die man bei der ESA aber angesichts des erreichten Entwicklungsstadiums als normal ansieht. Aufgetretene Probleme werden analysiert.
Der Kontakt von LADEE mit der ESA-Station auf Teneriffa kam nur wenige Tage nach der allerersten Datenübertragung via Laserlicht aus dem Mondorbit am 18. Oktober 2013, welche eine NASA-Bodenstation auf dem Testgelände White Sands in Las Cruces im US-amerikanischen Bundesstaat Neumexiko erreichte, zu Stande.
(Bild: NASA)
Laserlichtkommunikation in einem Wellenlängenbereich des nahen Infraroten (NIR) könnte in Zukunft maßgebliche Bedeutung bekommen, wenn es erforderlich wird, sehr große Datenmengen von Raumfahrzeugen in Umlaufbahnen um die Erde, den Mars oder noch weiter entfernte Planeten zu Bodenstationen auf der Erde zu übertragen.
Kommunikationsnutzlasten für die Laserlichtkommunikation lassen sich kleiner und leichter bauen als solche zur Funkkommunikation. Das könnte zur geringeren Missionskosten führen, und erlaubt neuartige, regelmäßig große Datenmengen generierende wissenschaftliche Nutzlasten.
Die Testkampagne auf Teneriffa läuft weiter. Die beteiligten Wissenschaftler und Techniker sind zuversichtlich, dass man die Praktikabilität von optischen Datenverbindungen mit hoher Datenübertragungsrate für zukünftige Raumfahrtmissionen nachweisen können wird.
Im Verlauf der nächsten Wochen will man den Datenversand mit 20 Megabit pro Sekunde von Teneriffa in den Mondorbit probieren, und hochgenaue Messungen der Laufzeit des Laserlichts zwischen der Bodenstation und LADEE durchführen, was es ermöglicht, Informationen zur Berechnung der Bahnparameter der Mondsonde zu gewinnen.
Der Untersuchung des Einflusses der atmosphärischen Bedingungen auf Laserlichtübertragungen dient Ausrüstung vom Institut für Kommunikation und Navigation des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Mit ihrer Hilfe hofft man zu erfahren, wie man die Leistung optischer Datenverbindungen zu Raumfahrzeugen weiter verbessern kann.
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