Laserbasierte Satellitenkommunikation

Auf 11 Pikometer genau regeln

13. April 2022, 11:47 Uhr | Nicole Wörner
Die Serie AQ6150B besteht aus Standard-Wellenlängen-Messgeräten. Die ESA setzt die Präzisions-Modelle aus der Schwesterreihe AQ6151B ein.
Die Serie AQ6150B besteht aus Standard-Wellenlängen-Messgeräten. Die ESA setzt die Präzisions-Modelle aus der Schwesterreihe AQ6151B ein.
© Yokogawa

Für die optische Kommunikation zwischen Erde und Satelliten muss die Sender-Wellenlänge auf 11 Pikometer genau geregelt sein. Zur Kontrolle der Betriebswellenlänge nutzt die Europäische Weltraumorganisation keinen optischen Spektrumanalysator, sondern ein optisches Wellenlängen-Messgerät.

Die Erde-Satellit-Kommunikation findet aktuell noch mit Funktechnik statt. Weil dessen Bandbreite bald nicht mehr ausreichen wird, um den zunehmenden Datenverkehr zwischen Satelliten-Netzwerk und terrestrischen Servern zu übertragen, hat die Europäische Weltraumorganisation (ESA) mit der Umrüstung auf laserbasierte Kommunikation begonnen. Zwei Systeme sind bereits in Betrieb. Sie befinden sich in der optischen Bodenstation auf der spanischen Insel Teneriffa und im Aristarchos-Teleskop des Chelmos-Observatoriums in Griechenland.

Die optische Übertragung im freien Raum muss ohne Signalschirmung auskommen und ist damit anfällig für Störeinflüsse. Eine zuverlässige Übertragung ist trotzdem möglich, wenn ein Schmalbandsignal verwendet wird. Am Empfänger kann dann mit sehr schmalen Filtern gearbeitet werden, die eingekoppelte Störsignale wirksam unterdrücken. So ist eine Übertragung auch dann noch möglich, wenn sich die Sonne in der Sichtlinie zwischen Sender und Empfänger befindet.

Wellenlängen-Messgerät bewährt sich

Im Aristarchos-System der ESA wird mit einer Wellenlänge von 1064,625 nm gesendet und der Sendelaser über die Betriebstemperatur auf 11 Pikometer genau geregelt. Zur Kontrolle der Betriebswellenlänge reicht die Messgenauigkeit von optischen Spektrumanalysatoren (OSA), die für solche Aufgaben üblicherweise verwendet werden, nicht mehr aus. Die ESA arbeitet am Aristarchos-System mit einem AQ6151B, einem optischen Wellenlängen-Messgerät von Yokogawa. Es basiert auf einem Michelson-Interferometer, deckt einen Wellenlängenbereich von 900 nm bis 1700 nm ab und misst auf ±0,2 ppm genau. Eine Messung wird innerhalb von 0,2 Sekunden erfasst, analysiert und auf einen externen Mess-PC übertragen.

Die Umrüstung auf laserbasierte Erde-Satellit-Kommunikation erfordert neue Typen von Messgeräten. »Die Anforderungen an die Messgenauigkeit sind extrem hoch«, sagt Zoran Sodnik, Leiter der optischen Kommunikationstechnik bei der ESA. Den Einsatz des Wellenlängen-Messgeräts wertet er als Erfolg, bei dem alle Erwartungen erfüllt wurden. In den nächsten Jahren wird die ESA schrittweise weitere Erde-Satellit-Kommunikationssysteme von Funk auf Laser umstellen.


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