{"id":8482,"date":"2013-09-14T00:55:46","date_gmt":"2013-09-13T22:55:46","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=8482"},"modified":"2013-09-14T08:09:06","modified_gmt":"2013-09-14T06:09:06","slug":"die-interplanetare-laserkommunikation","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2013\/09\/14\/die-interplanetare-laserkommunikation\/","title":{"rendered":"Die interplanetare Laserkommunikation"},"content":{"rendered":"<p>Technisch gesehen ist es ja relativ einfach:\u00a0 Laserkommunikation ist enormen Faktor effektiver als die Kommunikation mit Radiowellen. Hervorgehoben werden zwei Dinge. Das eine ist das die Bandbreite viel h&ouml;her ist. Kommunikationssatelliten haben typischerweise einen 30 MHz Bereich pro Transponder. Bei 2 GHz die man pro Frequenzband frei hat, sind das dann nicht mal 70 Transponder und diesen Bereich darf meistens ein Satellit nicht alleine nutzen. Laserkommunikation erfolgt dagegen im nahen Infrarot bei 1000-1500 nm Wellenl&auml;nge, was einer Frequenz von 200 bis 300 Teraherz entspricht. Ein genutzter Bereich von 1 nm entspricht dann 132 GHz, also rund das 4000-fache des 30 MHz Bandes.<\/p>\n<p>Das zweite ist das ein Laser viel st&auml;rker fokussiert werden kann, dass beim Empf&auml;nger mehr Photonen pro Fl&auml;cheneinheit ankommen. F&uuml;r die Satelliten im geostation&auml;ren Orbit w&uuml;rde dies z.B. hei&szlig;en dass man sie n&auml;her zusammenr&uuml;cken kann ohne das sie sich st&ouml;ren. Entsprechend braucht man auch einen kleineren Empf&auml;nger (hier Teleskop, anstatt Radioantenne) Erstaunlicherweise gibt es kaum Informationen &uuml;ber die Eignung dieser Technologie f&uuml;r interplanetare Kommunikation.<!--more--><\/p>\n<p>Der Test der Laserkommunikation fing an mit Artemis und Spot 4. Hier wurden zwei Teleskope von je 250 mm Durchmesser genutzt. Die Laserleistung betrug nur 37 bzw. 60 mW. Damit wurden 50 MBit vom LEO in den GEO Orbit transferiert, wobei man eine erheblich niedrigere Fehlerrate bei den Bits ma&szlig; als vorgegeben (1 pro 1 Million, gemessen 1.2 pro 1 Milliarde.<\/p>\n<p>Weitere Test der Kommunikation mit erdnahen Satelliten nun auch vom Erdboden aus (wo die Atmosph&auml;re dann doch etwas mehr st&ouml;rt) folgten. Das neueste ist die Laserkommunikation an Bord des Mondorbiters LADEEE. Er soll nun schon 622 Mbit\/s aus Monddistanz mit einem 10 cm gro&szlig;en Teleskop und 0,5 Watt Sendeleistung senden. Der Empf&auml;nger auf der Erde sind vier 40 cm Teleskope. Von der Erde zum Mond sind es &uuml;brigens auch schon 20 MBit\/s.<\/p>\n<p>Das ist eine Menge, aber wenn die Abnahme des Signals nach Distanz wie bei Radiowellenkommunikation gilt, dann sind das noch 163 Bit\/s aus Jupiterentfernung. Erstaunlicherweise hat man dies noch nicht experimentell bei Raumsonden erprobt. Das einzige was ich fand, als ich f&uuml;r einen neuen Aufsatz f&uuml;r &#8222;Mini-Raumsonden&#8220; nach einer M&ouml;glichkeit suchte, Daten optisch &uuml;ber interplantare Distanzen zu &uuml;bertragen war die geplante &Uuml;bertragung beim Mars Communication Orbiter. Dieser sollte ein 30,5 cm Teleskop mit einem 5 Watt Laser einsetzen.<\/p>\n<p>Als Empf&auml;nger waren mehrere M&ouml;glichkeiten angedacht. Der Einsatz des ausgemusterten 5 m Mt Palomar Teleskops, das selbst in gr&ouml;&szlig;ter Entfernung einige Megabit\/s erlaubt (bis zu &#8222;einigen Dutzend Megabit&#8220; bei geringer Entfernung). Dann k&ouml;nnte man ein neues Teleskop in der 5-10 m Klasse konstruieren. Da dieses keine astronomischen Objekte beobachten sollte, reicht ein einfacher Spiegel, ohne Sekund&auml;rspiegel und mit einem kleinen Blickfeld. Durch die einfache Konstruktion w&auml;re es 3-5 mal preiswerter als ein astronomisches Teleskop. So w&auml;re ein 8,5 m Teleskop nicht teurer als ein astromisch genutztes 5 m Teleskop. Die letzte M&ouml;glichkeit w&auml;re ein Array von kleinen Teleskopen. Hier w&uuml;rde man die Daten zusammenf&uuml;hren. Ihr Vorteil w&auml;re, dass man einen Sonnenschutz einbauen kann, sodass es arbeiten kann bis der Sender nur noch wenige Grad von der Sonne entfernt ist<\/p>\n<p>Immerhin: Verglichen mit der Sendeanlage des MRO ist der Aufwand gering und ein 3 m Teleskop kostet auch nicht mehr als eine 30 m Antenne. Der Beitrag kommt auch zu dem Schluss, das die Laserkommunikation um den Faktor 10 bis 1000 der Kommunikation mit Radiowellen &uuml;berlegen ist. Was mich interessieren w&uuml;rde, ist ob auch die Missionskosten entsprechend sinken. Cassini kostet derzeit in der erweiterten (billigen) Mission 60 Millionen Dollar pro Jahr, 45 Millionen braucht man alleine damit die Raumsonde betriebsbereit bleibt. Selbst New Horizons, die ja den gr&ouml;&szlig;ten teil der Reise schlummert kostet 221 Millionen Dollar f&uuml;r knapp 10 Jahre. Der Betrieb von astronomischen Teleskopen ist dagegen recht preiswert. sollte das auch f&uuml;r die Laserkommunikation gelten, so w&auml;re schon alleine dies ein Grund diese Technologie einzuf&uuml;hren.<\/p>\n<p>Link:<\/p>\n<p><a href=\"http:\/\/trs-new.jpl.nasa.gov\/dspace\/bitstream\/2014\/38024\/1\/04-0216.pdf\">http:\/\/trs-new.jpl.nasa.gov\/dspace\/bitstream\/2014\/38024\/1\/04-0216.pdf<\/a><\/p>\n<p><a href=\"http:\/\/lib.semi.ac.cn:8080\/tsh\/dzzy\/wsqk\/SPIE\/vol4635\/4635-1.pdf\">http:\/\/lib.semi.ac.cn:8080\/tsh\/dzzy\/wsqk\/SPIE\/vol4635\/4635-1.pdf<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Technisch gesehen ist es ja relativ einfach:\u00a0 Laserkommunikation ist enormen Faktor effektiver als die Kommunikation mit Radiowellen. Hervorgehoben werden zwei Dinge. Das eine ist das die Bandbreite viel h&ouml;her ist. 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