GSB Standardlösung

27. April 2018

Laserkommunikation für CubeSats wird Realität

Gruppenbild des Entwicklungsteams CubeL
Gruppenbild des Entwicklungsteams CubeL
Bild 1/2, Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

Gruppenbild des Entwicklungsteams CubeL

Das Entwicklungsteam von DLR und Tesat beim gemeinsamen Critical Design Review vor der optischen Bodenstation Oberpfaffenhofen des DLR.

CubeSat: Grafische Darstellung
Bild 2/2, Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

CubeSat: Grafische Darstellung

In diesem würfelförmigen Kleinsatelliten, einem sogenannten "CubeSat", ist das System OSIRIS eingebaut. Der Satellit hat Abmessungen von 10x10x30 cm und ist somit äußerst kompakt. Bei dem Entwurf einer Nutzlast für solche CubeSats gibt es aus diesem Grund strenge Vorgaben für Größe, Gewicht und Leistungsaufnahme.

  • Mission CubeL: Kleinstes jemals konzipiertes Laser-Satellitenterminal am DLR entwickelt
  • OSIRIS-Laserterminal besteht "Critical Design Review" und ist zur Fertigung freigegeben
  • Satellitenstart Ende 2018 geplant
  • Schwerpunkte: Raumfahrt, Kommunikation


Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat zusammen mit der Firma Tesat Spacecom erstmals ein System entwickelt, das die Übertragung von großen Datenmengen per Laser auf Kleinstsatelliten ermöglicht. Das miniaturisierte und extrem leistungsstarke Laserterminal bestand den "Critical Design Review" in allen Punkten und wird nun gefertigt. Damit haben die Entwickler die letzte entscheidende Etappe vor dem Satellitenstart Ende 2018 bewältigt.

Optische Kommunikation, d.h. die Übertragung von Daten per Lasersignal, ermöglicht sehr hohe Datenraten und gilt als "kabellose Glasfaserverbindung". Im Projekt OSIRIS (Optical Space Infrared Downlink System) bringt das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation diese Schlüsseltechnologie auf Satelliten zur Anwendung. In enger Kooperation mit Tesat ist am DLR nun das kompakteste Laserterminal der Welt entstanden: Die OSIRIS-Nutzlast hat auf einer Fläche von zehn mal zehn Quadratzentimetern Platz, ist drei Zentimeter hoch und 300 Gramm leicht. Das Laserkommunikationssystem überträgt Daten mit einer Rate von 100 Megabit pro Sekunde – mindestens die hundertfache Datenrate herkömmlicher funkbasierter Systeme.

Optimiert ist das Laserterminal für den Einsatz auf sogenannten "CubeSats", würfelförmigen Kleinstsatelliten mit jeweils zehn Zentimeter Kantenlänge. Diese sind sehr kostengünstig und können mit hochauflösenden Kameras und Messgeräten ausgestattet werden, etwa zur Erdbeobachtung, so dass sie verstärkt von Forschungseinrichtungen sowie Industrie genutzt werden. Bisher werden die Daten per Funk übertragen, doch gerade Erdbeobachtungsmissionen erzeugen durch die hohe Auflösung ein hohes Datenvolumen. Erstmals steht nun ein leistungsstarkes optisches Kommunikationssystem zur Verfügung, um die Fähigkeiten der Kameras besser nutzen zu können.

"Mit der Mission CubeL führen DLR und Tesat die Ergebnisse der Forschung zur Serienfertigung. Das Laserterminal ist extrem leistungsstark und so kompakt, dass es zu fast jedem CubeSat kompatibel ist. Damit ermöglichen wir vollkommen neue Missionen in dieser Klasse von Kleinsatelliten", sagt Christopher Schmidt, OSIRIS-Projektleiter am DLR-Institut für Kommunikation und Navigation.

CubeL basiert auf der am DLR in Oberpfaffenhofenentwickelten Laserterminal-Familie OSIRIS und ist mit einem Sendelaser sowie einen Mechanismus zur hochpräzisen Strahlausrichtung ausgestattet. Für die Datenübertragung stellt das System einen direkten optischen Downlink vom Satellit zur Bodenstation her: Zur genauen Ausrichtung auf die Bodenstation empfängt CubeL ein Lasersignal von der Bodenstation. Damit lässt sich die Ausrichtung auf ein Tausendstel Grad kontrollieren. Zur Übertragung wird der zunächst kontinuierliche Laserstrahl mit Daten auf CubeL moduliert. Die Bodenstation empfängt das Signal und gewinnt daraus die Daten wieder zurück.

Für die Anwendung im Weltraum muss das System extremen Bedingungen standhalten. Die Entwicklung des kompakten Aufbaus für den Einsatz auf CubeSats stellte das OSIRIS-Team rund um Christopher Schmidt vor große Herausforderungen. Die Freigabe zur Fertigung durch das "Critical Design Review" hat nun bestätigt, dass die strengen Vorgaben erfüllt wurden. Damit ist der Weg frei für die Produktion und das Laserterminal bereit für die Tests zum Satellitenstart.

Kontakt
  • Bernadette Jung
    Kommunikation Oberpfaffenhofen, Weilheim, Augsburg
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

    Politikbeziehungen und Kommunikation
    Telefon: +49 8153 28-2251
    Telefax: +49 8153 28-1243
    Münchener Straße  20
    82234 Weßling
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  • Christopher Schmidt

    Institut für Kommunikation und Navigation
    Telefon: +49 8153 28-3091
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    In diesem würfelförmigen Kleinsatelliten, einem sogenannten "CubeSat", ist das System OSIRIS eingebaut. Der Satellit hat Abmessungen von 10x10x30 cm und ist somit äußerst kompakt. Bei dem Entwurf einer Nutzlast für solche CubeSats gibt es aus diesem Grund strenge Vorgaben für Größe, Gewicht und Leistungsaufnahme.
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