17. Januar 2022
Neue Hochgeschwindigkeitsantenne auf der ISS geht in Betrieb

An­schluss an die "Da­ten­au­to­bahn im All"

Colka-Terminal am Columbus-Modul
Col­ka-Ter­mi­nal am eu­ro­päi­schen Co­lum­bus-Mo­dul
Bild 1/4, Credit: ESA/NASA

Colka-Terminal am europäischen Columbus-Modul

Mon­tiert am eu­ro­päi­schen Co­lum­bus-Mo­dul sen­det die Col­Ka-An­ten­ne ih­re Da­ten zum EDRS-A-Kom­mu­ni­ka­ti­ons­sa­tel­li­ten, der wie­der­um lei­tet sie zur Bo­den­sta­ti­on nach Har­well in Groß­bri­tan­ni­en wei­ter. Von dort aus ge­hen die Da­ten dann über das In­ter­connec­ti­on Ground Sub­net­work (IGS) zum Co­lum­bus-Kon­troll­zen­trum in Ober­pfaf­fen­ho­fen und um­ge­kehrt. Es wer­den so Da­ten­über­tra­gungs­ra­ten von 50 Mbit/s er­reicht.
ColKa bei Installation
Col­Ka bei der In­stal­la­ti­on
Bild 2/4, Credit: ESA/NASA

ColKa bei der Installation

Am 27. Ja­nu­ar 2021 in­stal­lier­ten die bei­den NA­SA-Astro­nau­ten Mi­ke Hop­kins und Vic­tor Glover mit ei­nem Au­ßen­borde­in­satz – ei­ner so­ge­nann­ten Ex­tra Ve­hi­cu­lar Ac­ti­vi­ty (EVA) - die An­ten­ne an der Au­ßen­sei­te des eu­ro­päi­schen Co­lum­bus-La­bors der ISS. Bei die­sem Ein­satz wur­den die Bei­den so­wohl vom Co­lum­bus-Kon­troll­zen­trum so­wie vom dä­ni­schen ESA-Astro­nau­ten An­dre­as Mo­gen­sen vom Bo­den aus un­ter­stützt.
ColKa im Labortest
Col­Ka im La­b­or­test
Bild 3/4, Credit: ESA/Cowan

ColKa im Labortest

Die Col­Ka-An­ten­ne wur­de in der "Hertz Test Cham­ber" am eu­ro­päi­schen Welt­raum­for­schungs- und Tech­no­lo­gie­zen­trum ESTEC der eu­ro­päi­schen Welt­rau­m­or­ga­ni­sa­ti­on ESA in Noord­vi­jk (Nie­der­lan­de) ge­tes­tet.
Das Europäische Datenrelaissystem
Das Eu­ro­päi­sche Da­ten­re­lais­sys­tem (EDRS)
Bild 4/4, Credit: ESA

Das Europäische Datenrelaissystem (EDRS)

Bei EDRS han­delt es sich um ein Netz­werk geo­sta­tio­närer Sa­tel­li­ten. Mit die­sem Sys­tem kön­nen ho­he Da­ten­men­gen von Erd­be­ob­ach­tungs­sa­tel­li­ten, die auf re­la­tiv nied­ri­gen Um­lauf­bah­nen um die Er­de krei­sen, in Echt­zeit zur Er­de über­mit­telt wer­den. Der ent­schei­den­de Vor­teil ist, dass die Sa­tel­li­ten so nicht mehr an die kur­zen Kon­takt­zei­ten wäh­rend ih­res Flu­ges über die je­wei­li­gen Bo­den­sta­tio­nen ge­bun­den sind. Auch die ISS pro­fi­tiert nun durch die neue Col­Ka-An­ten­ne von die­sem Sys­tem.
  • Mit der Inbetriebnahme des "Columbus Ka-Band Terminal" wird die Internationalen Raumstation ISS an den "SpaceDataHighway" angeschlossen.
  • Die Antenne wurde von Airbus in Zusammenarbeit mit der europäischen Weltraumorganisation ESA gebaut und von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz unterstützt.
  • ColKa wurde vom Columbus-Kontrollzentrum am DLR-Standort in Oberpfaffenhofen getestet und wird auch von dort aus betrieben.
  • Schwerpunkte: Raumfahrt, Cosmic Kiss, Satellitenkommunikation

Das "Columbus Ka-Band Terminal", kurz "ColKa" hat seinen Dienst aufgenommen. "Das wissenschaftliche Datenaufkommen bei den Experimenten auf der ISS wächst stetig. Mit ColKa erhält das Columbus-Labor der Internationalen Raumstation ISS einen eigenen direkten Anschluss an die Datenautobahn im All - den sogenannten SpaceDataHighway. Die Hochgeschwindigkeitssatellitenverbindung beschleunigt den "Datenverkehr" nach Europa erheblich. Davon werden viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit ihren Experimenten profitieren – und zwar schon während der "Cosmic Kiss"-Mission von Matthias Maurer und vor allem direkt danach unter der italienischen Astronautin Samantha Cristoforetti", erklärt Volker Schmid, "Cosmic Kiss"-Missionsleiter in der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. Denn diese etwa kühlschrankgroße Antenne macht nun einen Datentransfer in Echtzeit zwischen der ISS und dem Columbus-Kontrollzentrum am Standort des DLR in Oberpfaffenhofen möglich, wo das ColKa-Terminal betrieben wird. Die Antenne und auch der SpaceDataHighway ist ein Projekt von Airbus in Zusammenarbeit mit der europäischen Weltraumorganisation ESA.

Testen für einen reibungslosen Einsatz

Am 27. Januar 2021 installierten die beiden NASA-Astronauten Mike Hopkins und Victor Glover mit einem Außenbordeinsatz - einer sogenannten Extra Vehicular Activity (EVA) – die Antenne an der Außenseite des europäischen Columbus-Labors der ISS. Bei diesem Einsatz wurden die beiden sowohl vom Columbus-Kontrollzentrum sowie vom dänischen ESA-Astronauten Andreas Mogensen vom Boden aus unterstützt. "Nach der erfolgreichen Installation haben wir zahlreiche Tests vom Columbus-Kontrollzentrum aus durchgeführt. Wir haben zum Beispiel überprüft, ob die Antenne sich nach unseren Kommandos korrekt ausrichtet, ob die Kommunikation mit dem Datennetzwerk richtig funktioniert und ob Daten erfolgreich übertragen werden", erklärt Daria Margiotta, Flugdirektorin im Columbus-Kontrollzentrum am DLR-Standort in Oberpfaffenhofen.

Außerdem wurden noch Temperaturtests durchgeführt. Denn die Antenne muss zum Beispiel auch unter den harschen Bedingungen des Weltraums funktionieren. Ist die ISS zum Beispiel zur Sonne gedreht, herrschen bis zu 121 Grad Celsius an der Außenhülle. Verschwindet sie im Erdschatten, herrschen auf einmal minus 157 Grad Celsius. Um unter diesen Bedingungen optimal zu funktionieren, wird die Antenne automatisch je nach Bedarf runtergekühlt und wieder aufgeheizt. Außerdem wurden in Oberpfaffenhofen sämtliche System- und Softwaretests durchgeführt. Nach dem Abschluss dieser Tests ist ColKa nun für den Dauerbetrieb einsatzbereit.

Eine Autobahn im All" für schnellen Datenverkehr

Doch wie funktioniert der Datentransfer eigentlich genau? In 36.000 Kilometern über der Erde stehen sogenannte geostationäre Kommunikationssatelliten immer über einem Punkt, weil sie sich in der gleichen Geschwindigkeit mit der Erde mitdrehen. Diese Relaissatelliten sind lange im "Sichtfeld" von anderen tieffliegenden Satelliten, wie zum Beispiel der Umweltsatellitenflotte im europäischen Copernicus-Programm, können deshalb auch große Datenpakete von den "Tieffliegern" empfangen und sie besonderes schnell und vor allem ununterbrochen an Bodenstationen weitergeben.

"ColKa sendet seine Daten zum EDRS-A-Kommunikationssatelliten, der wiederum sendet sie zur Bodenstation nach Harwell in Großbritannien. Von dort aus gehen die Daten dann über das Interconnection Ground Subnetwork (IGS) zu uns zum Columbus-Kontrollzentrum in Oberpfaffenhofen und umgekehrt. Wir erreichen so Datenübertragungsraten von 50 Megabit pro Sekunde", erklärt Daria Margiotta. Für das Columbus-Kontrollzentrum ergeben sich so ganz neue Möglichkeiten für Tests sowie im Bereich Flugdynamik, Bodensoftware und im generellen Betrieb der Raumstation.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler profitieren

Von dem Anschluss an die Datenautobahn werden viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler profitieren, denn sie haben einen direkteren Zugriff auf ihr jeweiliges Experiment. "Wir werden durch ColKa sehr viel schneller als jemals zuvor die Daten von sämtlichen europäischen Racks und den Nutzlasten bekommen. Im Columbus-Kontrollzentrum wachen wir daher sehr genau über den reibungsfreien Datenverkehr, den wir mit den anderen Nutzern in Europa koordinieren. Wir sind aber auch in dauerhaftem Kontakt zur NASA, weil die Antenne zum Beispiel nicht während Außenbordeinsätzen der Astronauten betrieben werden kann", erklärt Daria Margiotta.

Außerdem soll ColKa auch in besonderen Fällen für die sogenannte "Space-To-Ground"-Kommunikation eingesetzt werden. So sollen zum Beispiel Audio- und Videokonferenzen für öffentliche Veranstaltungen über die "AstroPi"-Hardware der ESA möglich werden. "ColKa erweitert das Kommunikationsspektrum mit der Raumstation immens. Aber nicht nur das. Beim Entwurf, Bau und Betrieb von der Antenne wurde viel Know-how gewonnen, das nun auch wichtige Dienste für die Entwicklung des Telekommunikations- und Betankungsmodul am europäischen Esprit-Modul des "Lunar Gateway" – dem geplanten Außenposten in der Mondumlaufbahn – leisten wird. Hier muss Kommunikation über eine 1000-mal größere Distanz zur Erde als bei der ISS funktionieren", erklärt Volker Schmid.

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