Airbus Defence and Space

Laserverbindung zwischen Satelliten

Vor zehn Jahren stellte Airbus Defence and Space die erste Laserkommunikation zwischen zwei Satelliten her

Am 30. November 2001 übertrug das SILEX-System (Semiconductor Laser Intersatellite Link Experiment) erstmals in Echtzeit Satellitenbilder von Spot-4 über den geostationären ESA-Relaissatelliten Artemis zu den Bodenstationen. Dies war der krönende Erfolg der vorangegangenen mehr als 15-jährigen Tätigkeit Airbus Defence and Spaces auf dem Gebiet der optischen Kommunikation im Weltraum.

© CNES 2001 - Distribution Spot Image

© CNES 2001 - Distribution Spot Image

Das Programm SILEX C/D wurde 1989 durch die Europäische Weltraumorganisation ESA in Zusammenarbeit mit der französischen Raumfahrtbehörde CNES in Angriff genommen, wobei Airbus Defence and Space als Hauptauftragnehmer fungierte. Das System setzte sich aus zwei optischen Terminals zusammen: PASTEL und OPALE. Das PASTEL-Terminal wurde im März 1998 an Bord von Spot-4 in eine niedrige Erdumlaufbahn auf etwa 800 km Höhe gebracht. Das OPALE-Terminal ist Teil der Nutzlast des Satelliten Artemis, der im Juli 2001 in den Weltraum startete.

Nach dem Start von Spot-4 wurde PASTEL im Orbit zunächst mit einem Sternausrichtungsverfahren getestet und anschließend in Betrieb genommen. Die vollständige Laserverbindung wurde dann nach dem Start von Artemis erprobt. Nach Herstellung der vollen Funktionsfähigkeit war das SILEX-System in der Lage, hochauflösende Videobilder vom Spot-4-Satelliten mit 50 Mbit/s in Echtzeit zur Erde zu senden.

Die Vorteile optischer Technologien gegenüber herkömmlichen Funkverbindungen liegen vor allem darin, dass kleinere Antennen eingesetzt werden können und keine regulatorischen Auflagen zu erfüllen sind. Dadurch werden die Masse und das Volumen, die in eine Umlaufbahn befördert werden müssen, sowie der Energiebedarf erheblich reduziert. Gleichzeitig sind hohe Datenübertragungsraten möglich, wobei nur ein minimales Risiko von Interferenzen mit anderen Kommunikationssystemen besteht.

Das SILEX-System war der Vorläufer des Europäischen Datenrelaissystems (EDRS), welches mit TESAT-Lasertechnik (1,06 µm) ausgerüstet wird und für das Airbus Defence and Space im September diesen Jahres mit der ESA ein Vertragsabkommen über die Hauptauftragnehmerschaft unterschrieben hat. Das vor zehn Jahren auf seiner geostationären Umlaufbahn in Betrieb genommene SILEX-Terminal ist weiterhin funktionsfähig und wurde auch für das LOLA-Programm genutzt. Dabei wies das französische Verteidigungsministerium erfolgreich nach, dass bidirektionale Datenverbindungen zwischen einem geostationären Satelliten und Flugzeugen/Drohnen in Flughöhen über 6000 m aufgebaut werden können.

SILEX-Technik

Das Kommunikationssystem SILEX basiert auf Halbleiter-Laserdioden mit 0,8 µm Wellenlänge, Direkterkennungstechniken und Akquisition über die Spiralabtastung des Leuchtfeuers und einen Detektor mit großem Sichtfeld.

Merkmale der Inter-Orbit-Kommunikationsverbindung:
- Datenübertragungsrate (LEO --> GEO): 50 Mbit/s (Kapazität GEO --> LEO: 2 Mbit/s)
- Durchschnittliche Sendeleistung der Laserdiode: 60 mW
- Übertragungswellenlänge der Laserdiode: 0,8 bis 0,85 µm
- Übertragungsstrecke: bis zu 45.000 km

Aufgrund der begrenzten Ausgangsleistung von GaAlAs-Laserdioden war eine Langstreckenverbindung dieser Art mit hoher Datenübertragungsrate nur mit der extrem großen Antennenverstärkung realisierbar, die bei optischen Frequenzen möglich ist (Teleskopdurchmesser = 25 cm). Dies erforderte wiederum die Nutzung sehr eng gebündelter Laserstrahlen mit einer Divergenz von maximal zwei Bogensekunden.

 

Laser