LLCD – Kommunikation per Laser

Die Datenübermittlung zwischen Mond und Erde wird demnächst von Kupfer auf Glasfaser umgestellt. Nur ohne Kabel.

Nach ausführlichen und offenbar erfolgreichen Tests wurde das Modul für die Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD)  in den neuen Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) integriert. Es soll die bisherige Funk-Kommunikation ablösen, da es drei große Vorteile bietet: Es wiegt weniger, benötigt weniger Energie und übermittelt seine Daten per Infrarotlaser zudem um ein Vielfaches schneller als das derzeit beste zur Verfügung stehende Funkequipment.

In der Praxis sendet das LLCD-Modul also in Zukunft auf eine Distanz von 238.900 Meilen (385.000 Kilometer) seine Informationen in Form von Abermillionen von Lichtpulsen pro Sekunde an Teleskope in Neu-Mexiko, Spanien und Kalifornien. Dabei ist die Zielgenauigkeit enorm: Donald Cornwell, der LLCD-Missions-Manager vergleicht sie mit einem Golfspieler, der auf eine Distanz von 5 Meilen (8 Kilometer) mit nur einem einzgen Schlag den Ball einlocht. [1] Allerdings mit dem Unterschied, dass der Explorer sich dabei auch noch fortbewegt.

Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer

LADEE – Quelle: NASA

Wie man sich vorstellen kann, musste das Projektteam einige technische Hürden überwinden, um unter diesen Umständen eine erfolgreiche Datenübermittlung zu gewährleisten. So wird der Lunar Explorer und somit auch das Sende-Modul beispielsweise nicht vor Vibrationen gefeit sein. Eine um nur wenige Millimeter fehlerhafte Ziel-Einstellung beim Sender auf dem Mond hätte auf diese Entfernung jedoch zur Folge, dass das Signal den Empfänger auf der Erde um zig Kilometer verfehlt. Wer je mit einem Teleskop ein Objekt am Himmel anvisiert hat und dann versehentlich nur ganz leicht ans Stativ gestoßen ist, kennt den Effekt – das Objekt verschwindet aus dem Fokus. Entwickler am MIT haben daher eine sog. MHD Inertial Reference Unit (MIRU) [2] eingesetzt, die selbst die leisesten Vibrationen des Explorers ausgleicht und somit exakte Zielgenauigkeit garantiert.

Doch selbst absolute Zielgenauigkeit kann nicht das thermische Flimmern beseitigen, welches Astronomen „Scintillation“ nennen. Hierbei handelt es sich um optische Turbulenzen, verursacht durch  Temperaturunterschiede an den Grenzen zwischen verschiedenen Luftschichten, oder auch zwischen Gegenständen und der sie umgebenden Luft.*  Hierauf ist z.B. das Phänomen der scheinbar blinkenden Sterne am Nachthimmel zurückzuführen: Die Luft wirkt an diesen Stellen wie ein Prisma und lenkt das Licht ab. Auch Laser-Kommunikationssysteme wie das hier beschriebene werden davon beeinträchtigt. Die Signale werden abgeschwächt oder im Extremfall ganz unterbrochen. [3] Ausgeglichen wird dies bei der LLCD durch ein Mess- und Regelungssystem – bestehend aus Sonnen-Photometer, Boden-Scintillometer und dem Wolken-Imager – welches das Flimmern, die Himmelsstrahlung und die Wolkendichte misst und die Parameter ans Empfangsgerät leitet. [4]

Die LLCD-Mission dient als Wegbereiter für die Laser Communication Relay Demonstration (LCRD, geplant für 2017). Schlussendlich soll Laser-Kommunikation auch bei Satelliten etc. die bisher genutzten Technologien ersetzen und dabei helfen, nach und nach ein leistungsfähiges Kommunikationsnetzwerk zwischen verschiedenen „Standorten“ im Sonnensystem zu errichten. Die hohe Bandbreite ermöglicht unter anderem auch die Übermittlung von 3D-HD-Videos diverser Missionen – und somit eine bisher unerreichte Bildqualität und wesentlich höhere Genauigkeit der an die Erde gesandten optischen Daten.
Der Start ist für August 2013 vorgesehen.

* Aus diesem Grund lassen Astronomen ihre Teleskope sich idealerweise immer erst an die Umgebungstemperatur anpassen, bevor sie mit ihren Beobachtungen und Aufnahmen beginnen.

[1] http://www.nasa.gov/mission_pages/LADEE/news/llcd-integrated.html
[2] http://www.google.de/patents/US7227111.pdf
[3] http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=893609
[4] http://www.spaceops2012.org/proceedings/documents/id1261897-paper-001.pdf

Advertisements

Kommentar verfassen

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden / Ändern )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden / Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden / Ändern )

Google+ Foto

Du kommentierst mit Deinem Google+-Konto. Abmelden / Ändern )

Verbinde mit %s