Fraunhofer auf der Paris Air Show 2025
Mini-Satellit für die Quantenkommunikation
Die Paris Air Show findet alle zwei Jahre statt und ist das größte Event der Luft- und Raumfahrtbranche in Europa. Die Fraunhofer-Gesellschaft präsentiert dort unter anderem den CubEniK.
Der Mini-Satellit ist nicht größer als ein Schuhkarton und dient zur hochsicheren Quantenkommunikation aus dem All. Die handtellergroße und raumflugtaugliche Photonenquelle erzeugt pro Sekunde Millionen verschränkter Photonenpaare. Damit lassen sich Quantenschlüssel über eine Entfernung von 300 Kilometern zwischen zwei Bodenstationen übertragen.
Zielgruppe sind Behörden, aber auch Unternehmen, die auf sichere Kommunikation angewiesen sind. Unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF konzentrieren sich die derzeitigen Arbeiten auf die Entwicklung der Payload in Kooperation mit der Quantum Optics Jena und der SPACEOPTIX.
Satellitenübetragung bietet Vorteile...
Die Übertragung von verschränkten Photonenpaaren am Boden ist auf verschiedenen Wegen möglich, zum Beispiel über Glasfasernetze. Allerdings ist die maximale Reichweite dieser Netze üblicherweise auf 200 km beschränkt, denn Quantenschlüssel können innerhalb einer Faser nicht ohne weiteres verstärkt werden. Entsprechend groß ist der Bedarf nach Alternativen, um auch größere Entfernungen – tendenziell sogar globale Netze – abzudecken. Die Idee: Der Einsatz von Satelliten im All. Doch konventionelle Satelliten sind teuer, groß und damit ressourcenintensiv.
...wenn der Satelllit ser klein ist
Deshalb hat ein Konsortium unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena eine ultrakompakte Nutzlast für einen Mikro-Satelliten, auch CubeSat genannt, entwickelt. »Unser CubEniK-System kann in einem 16U CubeSat untergebracht werden«, sagt Erik Beckert, Leiter der Abteilung opto-mechatronische Komponenten und Systeme am Jenaer Institut. Das heißt konkret: »Mit 20 cm x 20 cm x 40 cm ist das am Fraunhofer IOF designte System das bisher kleinste seiner Art.«
Der Aufbau des Satelliten
Neben zwei Teleskopen, die auf einer Standardtechnologie der SPACEOPTIX basieren, besteht das CubEniK-System außerdem aus einer Feinausrichtung (engl.: fine pointing assembly, FPA), einem Faserkoppler und einer Strahlnachführung (engl.: coarse pointing assembly, CPA), die in einem zusätzlich entworfenen Raum in der Teleskopumhüllung untergebracht sind. »Die FPA und CPA dienen dazu, den ausgesandten Strahl auf die Bodenstationen auszurichten und diese Verbindung zu stabilisieren«, erklärt Fraunhofer-Forscher Daniel Heinig, der das Projekt am Institut in der Abteilung Zukunftstechnologien begleitet. »Das Ausrichten dieses Strahls geschieht mithilfe eines piezogesteuerten Tip-Tilt-Spiegels für die präzise Steuerung und durch zwei drehbare Keilprismen, die in der Grobjustierungseinheit verbaut sind und den Strahl um bis zu 11 Grad neigen.« Somit kann sich der Satellit, in dem die Einheit verbaut wird, besonders genau auf die Bodenstationen ausrichten.
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