Laserkommunikation mit Mondsonde LADEE unerwartet gut

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Rund 400.000 Kilometer hat das Licht-Signal zurückgelegt und die Erdatmosphäre durchquert, wenn es von Wissenschaftlern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) analysiert wird. Das Ergebnis: "Der Einfluss der Atmosphäre ist weniger stark als erwartet, die Qualität des Signals ist sehr gut", sagt Dr. Dirk Giggenbach vom DLR-Institut für Navigation und Kommunikation.

Erfahrungen mit den erforderlichen Sensoren und Algorithmen für die Auswertung hatte das Team des Instituts für Navigation und Kommunikation bereits bei Testreihen mit der Übertragung eines Laserstrahls von einem Flugzeug und von verschiedenen niedrigfliegenden Satelliten gewonnen. So ist der Satellit Alphasat mit einem solchen Laserterminal gestartet. Jetzt aber konnte die Technologie der optischen Kommunikation mit einer Mondsonde erstmals unter realen Weltraumbedingungen zwischen zwei Himmelskörpern erprobt werden.

Testfeld für optische Datenübertragung

Gesendet wurde das Signal vom Lunar Lasercomm Space Terminal (LLST) an Bord der NASA-Sonde LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer), die seit Oktober 2013 um den Mond kreist. Damit wurde erstmals ein optischer Link nach seinem langen Weg durch den Weltraum vermessen. In Zukunft könnten beispielsweise Mond- oder planetare Missionen von dieser Art der Datenübertragung profitieren und Rover hochaufgelöste 3D-Aufnahmen in Echtzeit übermitteln.

"Den größten Teil der Strecke legt der Laserstrahl ohne störende Atmosphäre zurück, aber die wenigen Kilometer Erdatmosphäre am Pfad-Ende verzerren und dämpfen das Signal erheblich." Diese Störungen untersuchen die DLR-Forscher mit Sensoren und charakterisieren den Übertragungskanal. "Nur so können wir abschätzen, wie man die Laserübertragung verbessern kann und welche Verluste man bei der Übertragung der Daten hinnehmen muss."

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Herkömmlicher Funk stößt an Grenzen

Die Daten des "Lunar Laser Communication Demonstration" (LLCD)-Experiments wurden von drei optischen Bodenstationen – den amerikanischen Stationen White Sands und Table Mountain sowie der Empfangsstation der europäischen Weltraumorganisation ESA auf Teneriffa – empfangen. Das Experiment wird in einer Kooperation aus NASA, Massachusetts Institute of Technology (MIT), ESA und DLR betrieben.

Das Interesse an der neuen Technologie ist groß: Die bisher erfolgreich erprobte und verwendete Technik, über Radio- und Mikrowellen zu kommunizieren, erreicht ihre Grenzen. "Zukünftige Missionen können erheblich vom Einsatz der optischen Kommunikation profitieren, da mehr Daten in kürzerer Zeit zur Erde übertragen werden können", betont DLR-Wissenschaftler Dr. Dirk Giggenbach. Die kurzwelligeren optischen Trägerfrequenzen bieten höhere Datenraten. So würde die Blu-Ray-Version eines Hollywoodfilms wie "Apollo 13" mit seinen 36.800 MB gerade einmal 7,9 Minuten vom Mond zur Erde benötigen. Würde der Film über die S-Band-Verbindung der Sonde übertragen, müsste man auf der Erde beinahe 639 Stunden – und somit fast einen Monat – auf die Daten warten.