Die allerneueste Laborerweiterung der ESA ist tragbar: Die transportable optische Bodenstation ETOGS (Transportable Optical Ground Station) ist in einem Standard-Schiffscontainer untergebracht und kann bei Bedarf quer durch Europa transportiert werden, um laserbasierte optische Kommunikation mit Satelliten durchzuführen – einschließlich der NASA-Mission Psyche, die Millionen von Kilometern entfernt im Weltraum ist.

Die offiziell zum Labor für Optik und Optoelektronik der Agentur gehörende Station wird als flexibler Prüfstand für optische Telekommunikationsgeräte und -systeme dienen. ETOGS kann auch andere Aktivitäten unterstützen, die einen Blick in den Himmel mit einem Teleskop oder eine Ausrichtung in den Himmel mit einem Laser erfordern, wie z. B. die Überwachung von Weltraummüll oder die Bestimmung der Umlaufbahn mittels Laserentfernungsmessung.

ETOGS besteht aus einem 6 m langen Standard-Schiffscontainer, der so angepasst ist, dass er ein Teleskop mit 80 cm Durchmesser auf einer Hebebühne und einen klimatisierten Bedienerbereich aufnehmen kann. Lasersender, -empfänger und andere benötigte Ausrüstung können an dieser flexiblen Struktur angebracht werden, um jede spezifische Kampagne zu bedienen. Die mit einem Lastwagen transportierte Station kann überall dort eingesetzt werden, wo sie benötigt wird, und wird über einen Netzanschluss, einen Dieselgenerator oder eine solarbetriebene Batterieanlage mit Strom versorgt.

Prioritäten optischer Kommunikation

Jorge Piris, Ingenieur für Optoelektronik bei der ESA, erklärt: „Diese Station wurde als Antwort auf die Bedürfnisse der sich schnell entwickelnden optischen Kommunikationsgemeinschaft nach einem flexiblen Teststand geschaffen, der in einer repräsentativen Umgebung am Boden eingesetzt werden kann. Eine der wichtigsten Fragen im Bereich der optischen Kommunikation ist, inwieweit sich die Umgebung auf die Qualität der Verbindung auswirkt, z. B. das Hintergrundlicht in städtischen Gebieten oder wetterbedingte atmosphärische Turbulenzen.

„Dies ist vor allem für den Empfang von Signalen aus Quantenkommunikationssystemen von entscheidender Bedeutung, da es sich um eine extrem geringe Lichtmenge handelt, bei der die Informationen über einzelne Photonen übertragen werden. Mit dieser Station können wir diese Fragen wirklich beantworten, indem wir von zahlreichen verschiedenen Standorten aus arbeiten. Indem wir unseren Partnern eine fertige Testplattform wie diese zur Verfügung stellen, unterstützen wir die Hardware-Validierung und -Iteration ohne die hohen Entwicklungskosten einer dedizierten Bodenstation.“

Lichtbasierte Nachrichtenübermittlung ermöglicht Quantensprung in der Sicherheit

Optische und Quantentechnologien versprechen eine Revolutionierung der weltweiten Konnektivität. Durch die Verwendung von Lichtimpulsen mit einer viel höheren Frequenz als Radiowellen ermöglicht die optische Kommunikation die Übertragung von mehr Daten pro Augenblick. Die optische Kommunikation über Glasfaserkabel bildet die Grundlage der modernen terrestrischen Internet-Infrastruktur, doch die Verbindungen zu Satelliten sind nach wie vor weitgehend von Funkwellen mit niedrigerer Frequenz und Bandbreite abhängig.

Und durch die Nutzung der Quanteneigenschaften des Lichts werden Systeme wie die „Quantenschlüsselverteilung“ dazu beitragen, Daten in einem bisher unvorstellbaren Ausmaß zu schützen; die Sicherheit des Austauschs von kryptografischen Schlüsseln wird durch die physikalischen Eigenschaften von Lichtteilchen gewährleistet, was die Nachrichtenübermittlung unempfindlich gegen das Abhören durch böswillige Akteure macht.

Jorge fügt hinzu: „Das 80-cm-Teleskop der Station ist die Basisgröße, die für die Verteilung von Quantenschlüsseln im kommerziellen Maßstab vorgesehen ist, so dass wir davon ausgehen, dass die Station für die Demonstration und Validierung satellitengestützter Quantenkommunikation eingesetzt wird.“

Ein Licht in die Tiefen des Weltraums

Die erste operationelle Mission dieser neuen ESA-Anlage wird die Unterstützung der für 2025 geplanten Demonstration der optischen Kommunikation im Weltraum mit der NASA-Mission Psyche sein. Die ESA arbeitet mit einem europäischen Konsortium und dem Nationalen Observatorium von Athen zusammen, um ETOGS am Kryoneri-Observatorium in Griechenland zu entwickeln und zu installieren, um einen Multibeam-Bodenlasersender zu betreiben.

Ziel ist es, ein leistungsstarkes Infrarot-Lasersignal von bis zu 7 kW zu übertragen, das es dem Laserterminal an Bord der NASA-Sonde Psyche ermöglicht, seinerseits zur Erde zu senden. Diese Verbindung wird beispiellose Entfernungen von bis zu 2,7 Astronomischen Einheiten – ca. 403 Millionen km – überwinden und eine neue Ära der optischen Kommunikation im Weltraum einleiten.

Der ETOG-Container wurde von WtW in Deutschland gebaut, und das Teleskop stammt von Astrosysteme Austria. Die verbleibenden Elemente zur Fertigstellung eines funktionsfähigen Systems werden größtenteils aus Projekt- und Aktivitätsergebnissen stammen. Jorge merkt an: „Einer der aufregendsten Aspekte dieses Projekts ist die Zusammenführung der verschiedenen Ergebnisse aus den verschiedenen Projekten zu einem einzigen System und die Demonstration ihrer Synergie, damit sie als System funktionieren.

Zurzeit wird ETOGS im technischen Zentrum der ESA ESTEC in den Niederlanden ausgerüstet. Das Team des OOEL-Labors wird mit dem Teleskop Bilder von der Internationalen Raumstation und anderen Satelliten aufnehmen, um zu überprüfen, ob die Station die erforderliche Stabilität und Nachführbarkeit besitzt.

Später in diesem Jahr wird ETOGS mit dem darauf montierten Laser-Tiefensender vom griechischen Kryoneri aus mit dem ESA-Satelliten Alphasat in einer geostationären Umlaufbahn in 36 000 km Höhe getestet, der mit einem optischen Kommunikationssystem ausgestattet ist.

Sobald die Station betriebsbereit ist, wird sie als Teil des OOEL-Labors betrieben und steht somit für ESA-Projekte sowie für Unternehmen und Forschungseinrichtungen der Mitgliedstaaten der Agentur zur Verfügung.

Die Station wurde von der Sektion Optoelektronik der ESA entwickelt und wird von ihr betrieben. Diese Abteilung ist Teil der Direktion für Technologie, Technik und Qualität der ESA und hat die Aufgabe, die Technologien vorzubereiten und die technische Unterstützung zu leisten, die für zukünftige Missionen und Projekte erforderlich ist.

Quelle: ESA