DLR eröffnet neues Institut

Quantensensoren für Satelliten

31. Mai 2022, 9:00 Uhr | Heinz Arnold
Künstlerische Darstellung eines Bose-Einstein-Kondensats im Cold Atoms Lab.
Künstlerische Darstellung eines Bose-Einstein-Kondensats im Cold Atoms Lab.
© DLR/NASA

Wie die Satellitentechnik die Quantensensorik künftig einsetzen kann, soll das neue Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik des DLR erforschen.

Zentimetergenaue Navigation, ein abhörsicheres Internet oder autonome Steuerung von Fahrzeugen ohne Funkverbindung – das Versprechen neuartige Instrumente auf Basis quantenmechanischer Verfahren und Methoden. Das Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Hannover entwickelt solche Technologien. 

»Quantentechnologien werden die Welt dramatisch verändern«, sagte Prof. Anke Kaysser-Pyzalla, Vorstandsvorsitzende des DLR anlässlich der Eröffnung. »Mit satellitengestützter Satellitengeodäsie und der Inertialsensorik, wird es uns zukünftig möglich sein, den Klimawandel zu beobachten, Masseveränderungen der Eismassen zu vermessen und Rückschlüsse auf den Haushalt des Grundwassers zu ziehen.«

Wasserressourcen, Energieversorgung, Digitalisierung, zukünftige Mobilität und Sicherheit würden von den Innovationen der Quantentechnologie und Quantensensorik profitieren. Dasselbe gelte für zukünftige Raumfahrtmissionen. So werden die Quantenmetrologie und die mit ihr eng verbundene Quantensensorik neue Präzisionsstandards setzen und neue Anwendungsfelder erschließen, deren Potenzial heute beispielsweise für zukünftige autonome Systeme noch nicht absehbar ist. Mit Quantentechnologie modernisierte Satelliten sowie innovative neue Satellitenkonzepte werden um Größenordnungen leistungsfähiger als die aktuelle Generation sein.

Auch für die satellitengestützte Erdbeobachtung, Kommunikation und Navigation bietet die Quantensensorik ein großes Potenzial. Quanteneigenschaften (wie die quantenmechanische Verschränkung und das Superpositionsprinzip oder Methoden der Materiewellen-Interferometrie) ermöglichen die Entwicklung von neuartigen, hoch empfindlichen und sichereren Sensoren. Quantensensorik basierend auf der Materiewellen-Interferometrie ermöglicht, Rotation und Beschleunigung mit beispielloser Langzeitstabilität zu messen und kann beispielsweise zur Flugstabilisierung und -navigation eingesetzt werden. Eine Weiterentwicklung dieser Technologie verspricht zukünftige hochpräzise Lageregelung von Satelliten, zur Abstandsregelung bei Formationsflügen eines Satellitenschwarms oder auch zur präzisen Schwerefeldvermessung der Erde und anderer Himmelskörper.

Sogenannte optische Atomuhren mit lasergekühlten Quantengasen bieten um Größenordnungen höhere Genauigkeit für zukünftige raum-zeitliche terrestrische und weltraum-basierte Navigationssysteme. Zu den neuen Möglichkeiten zählen unter anderem relativistische Geodäsie (global geodätische Höhenprofile mit Genauigkeit im Zentimeter-Bereich), ein sicheres Internet und komplexe Netzwerk-Topologien.

Eine anstehende Mission des Instituts ist das Experiment BECCAL (Bose-Einstein-Condensate & Cold Atom Laboratory), dass 2026 auf die Internationale Raumstation ISS gebracht werden soll. BECCAL ist ein gemeinsames Projekt mit der NASA. Dieses Projekt, bei dem internationale Forschergruppen vielfältige Experimente in Schwerelosigkeit durchführen werden, ist gleichzeitig auch eine Demonstrationsmission, die die Reife und die Möglichkeiten dieser Technologie zeigen wird.

Das Land Niedersachsen hat im Vorfeld der Gründung zwei Mio. Euro in die Aufbauplanung des Instituts investiert und für den Aufbau des Instituts insgesamt weitere 17 Mio. Euro bewilligt. Zukünftig wird das Institut mit jährlich 10 Mio. Euro aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK), 890.000 Euro aus Mitteln des Landes Niedersachsen sowie 220.000 Euro aus Mitteln des Landes Bremen finanziert.
 


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