Datentransfer im Weltall - Brunel GmbH

technische projekte
Datentransfer im Weltall
Wireless-LAN macht’s möglich: Informationsübertragung innerhalb weniger Sekunden. Und
auch zwischen Erde und All ist dank moderner Lasertechnologie eine schnelle und zuverlässige
Datenübertragung selbstverständlich. Ein neuer Lasertyp soll nun per Satellit für eine
bessere Wettervorhersage und eine genauere Einschätzung der Klimaentwicklung sorgen.
tex t › Jörg Riedel
Vor 44 Jahren flog die Raumsonde Mariner 4 in
einer Entfernung von 10.000 Kilometern am
Mars vorbei. Die für damalige Verhältnisse sensationellen
Bilder von der Oberfläche des Planeten
wurden pro Bild innerhalb von acht Stunden
mit einer Übertragungsrate von 8,3 bit pro
Sekunde per Funkwellen zur Erde gesendet. Heute
ist die drahtlose Weitergabe von Information
selbst für den Hausgebrauch viel leistungsfähiger
und schneller: So lassen sich problemlos
per WLAN umfangreiche Daten, wie beispielsweise
Filme aus dem Internet mit einer Übertragungsgeschwindigkeit
von bis zu 10 Megabits pro
Sekunde empfangen.
oPtische FreirAuMkoMMunik Ation
erMöglicht dAtenübertrAgung über
grosse distAnzen
Der Umfang und die wachsende Komplexität von
Daten erfordern immer leistungsstärkere Übertragungsmedien.
Dabei spielt die optische Weiterleitung
mittels lichtleitender Verbindungen eine
ganz zentrale Rolle – seit mehr als dreißig Jahren
werden hierfür Glasfaserkabel benutzt. Neu
ist die optische Freiraumkommunikation. Hierbei
werden die Daten als Signale auf einen Laserstrahl,
die Trägerfrequenz, „aufgeprägt“ oder aufmoduliert:
Die zu übertragenden Signale verändern
dieses Trägersignal so, dass sie weitergeleitet
werden können. So lassen sich Daten über
32
der Spezialist
Audio-Version unter: www.brunel.de/podcast
große Entfernungen durch den freien Raum transportieren.
Diese Lasertechnologie zur Datenübertragung
zwischen Erde und Weltraum findet beispielsweise
bei Satelliten ihre Anwendung, mit
denen Wetter, Klima und Umwelt beobachtet
werden.
„Die Lasertechnologie ist ein spannendes Arbeitsfeld,
das jetzt und auch in Zukunft eine wichtige
Rolle spielen wird“, sagt Thomas Ester, Ingenieur
der Elektronik und Informationstechnik und
Brunel Mitarbeiter. „Diesem Bereich traue ich eine
wachsende Bedeutung und viele Einsatzmöglichkeiten
zu.“ Seit Ende des letzten Jahres unterstützt
der 26-Jährige die Tesat-Spacecom GmbH & Co.
KG, dem Marktführer auf dem Gebiet der Satellitenkommunikation.
Im Bereich der Sendeverstärker
– Travelling Wave Tube Amplifier (TWTA) –
besitzt das Unternehmen einen Anteil von 50
Prozent auf dem Weltmarkt. Im Jahr 2008 wurde
ein neues, von der Tesat-Spacecom entwickeltes
Produkt zur Satellitenkommunikation im Weltraum
eingesetzt: das Laser-Terminal zur optischen
Breitbandkommunikation (LCT). Zwischen dem
deutschen Erdbeobachtungssatelliten TerraSAR-X
und dem US-amerikanischen Testsatelliten NFIRE
konnte mittels des LCT über eine Entfernung
von 5.000 Kilometern eine Datenverbindung zur
Kommunikation aufgebaut und aufrechterhalten
werden – mit einer Leistung von 5,5 Gigabit
pro Sekunde. Das entspricht in etwa der Weiterleitung
einer Datenmenge von 200.000 DIN-A4-
Porträt
Dipl.-Ing. Thomas Ester
testet bei Tesat-Spacecom
die Kontrollelektronik.
Der 26-jährige Elektronik-
Spezialist hat nach einer
Ausbildung zum Industrieelektroniker
an der
Hochschule Heilbronn
studiert, bevor er im Jahr
2008 seine Karriere bei
Brunel startete.

Seiten pro Sekunde oder 400 DVDs in der Stunde.
Bedingt durch einen sehr feinen Laserstrahl wurden
die Daten zudem mit einem geringeren Energieaufwand
gesendet als bislang üblich.
hochFrequenzstAbile reFerenzlAser
zur beobAchtung der erde
Seit 2002 besetzt die Tesat-Spacecom ein weiteres
Arbeitsfeld, das vor allem unter wissenschaftlichen
Gesichtspunkten bedeutsam ist und das
kommerzielle Kerngeschäft des Unternehmens
ergänzt: die Entwicklung von hochfrequenzstabilen
Referenzlasern. Dieser Lasertyp – der Groß-
teile der Tesat-Lasertechnologien in sich vereinigt
– wird im Rahmen des Programms zur Erdbeobachtung
der European Space Agency (ESA)
eingesetzt. Der Satellit ADM-Aeolus (Atmospheric
Dynamics Mission) soll die Windbewegungen in
der Atmosphäre messen, um damit sowohl einen
Beitrag zur verbesserten Wettervorhersage zu
leis ten als auch die langfristige Entwicklung des
Erdklimas präziser einschätzen zu können.
An Bord des Satelliten ist der hochfrequenzstabile
Laser Bestandteil eines LIDAR-Systems (Light
Detecting And Ranging). LIDAR ist eine Technologie,
mit der Entfernungen und Geschwindigkeiten
sowie Wetterveränderungen und andere
technische projekte
› 21
› 21
Die Tesat-Laser-Terminals
zeichnen sich durch eine
wesentlich höhere Leistungsfähigkeit
als frühere
Modelle der Europäischen
Raumfahrtagentur ESA
aus. Sie sind darüber
hinaus auch kleiner und
effizienter.
der Spezialist 33

technische projekte
atmosphärische Parameter gemessen werden
können. Ein LIDAR-System ist vergleichbar mit
einem Radar, jedoch werden statt Funkwellen viel
empfindlichere Laserstrahlen verwendet. LIDAR-
Systeme stellen besondere Herausforderungen
an die verwendeten Laserquellen, denn das Verfahren
nutzt Lichtimpulse unterschiedlicher Wellenlängen.
Diese Impulse, die Laserpulse, ermöglichen
es, die Konzentration des atmosphärischen
Wasserdampfs rund um den Globus präzise zu
messen. Daraus lassen sich insbesondere Erkenntnisse
gewinnen über die Entwicklung des natürlichen
und des vom Menschen beeinflussten
Treibhauseffekts.
testPhAse gArAntiert zuverlässigkeit
von reFerenzlAsern
Im Team des Referenzlaser-Projekts der Tesat-
Spacecom arbeitet Thomas Ester mit. Sein Arbeitsschwerpunkt
ist es, die Kontrollelektronik des
Lasers zu testen. Mit der Flughardware simuliert
er im Laserlabor die besonderen Bedingungen,
34
der Spezialist
denen die Laser im Weltall ausgesetzt sind, wie
etwa die Einflüsse des Vakuums, der Schwingungen,
der Strahlung oder der Temperatur. Er
führt Messungen durch und justiert entsprechend
der Ergebnisse gegebenenfalls die Steuerelektronik,
bis sie die Anforderungen erfüllt.
„Für mich bietet dieses anspruchsvolle Projekt
eine sehr gute Gelegenheit, mich intensiv mit
› 23
› 22
› 22
Laser-Kommunikationsterminal
in der Produktionshalle:
Bevor es in den
Weltraum geht, wird in
aufwändigen Testreihen
die volle Funktionstüchtigkeit
sichergestellt.
› 23
Thomas Ester führt Messungen
unter Weltraumbedingungen
in einer
Thermo-Vakuum-Kammer
durch. Je nach Ergebnis
passt er die Justierung der
Steuerelektronik an.

der Schnittstelle zwischen Elektronik und Optik
zu beschäftigen“, so der 26-Jährige. Die Relevanz
der umfangreichen Testprozeduren liegt auf der
Hand: „Die weltraumqualifizierten Referenzlaser
müssen während der kompletten Betriebszeit
unter den schwierigen Bedingungen im All genau
und zuverlässig arbeiten – und das muss sichergestellt
werden.“ Sowohl die Erfassung der Messdaten
als auch die anschließende Auswertung
geschieht softwaregestützt. Dabei ist für Thomas
Ester der Umgang mit der Entwicklungsumgebung
und Programmiersprache LabVIEW (Laboratory
Virtual Instrument Engineering Workbench)
selbstverständlich.
bedeutung und einsAtzMöglichkeiten
der lAsertechnik Werden zunehMen
Die Ergebnisse stellt der Ingenieur in Berichten
zusammen, gibt diese an die verantwortlichen
Mitarbeiter des Projekts weiter und stimmt die
› 24
Kommunikation mit den Beteiligten für die weiteren
Arbeitsschritte ab. „Eine ausführliche Dokumentation
der Messungen ist ein wesentlicher
Bestandteil meiner Arbeit und bei Projekten wie
diesem grundlegend. Es dürfen keine zeitlichen
Reibungsverluste durch unzureichenden Informationsfluss
entstehen“, beschreibt der Brunel Mitarbeiter
seine Tätigkeit. Dabei kann er sich auch
auf seine, während des Studiums erworbenen,
guten Fremdsprachenkenntnisse verlassen, denn
die Dokumentation geschieht vollständig auf Englisch.
Schließlich handelt es sich um ein internationales
Projekt, an dem neben der Tesat-Spacecom
und der ESA auch die EADS-Astrium, der Raumfahrt-Tochterkonzern
der EADS (European Aeronautic
Defense and Space Company), beteiligt ist.
Voraussichtlich in der zweiten Jahreshälfte 2009
werden die drei den ADM-Aeolus auf seine Reise
ins Weltall schicken.
technische projekte
› 24
Die Satelliten TerraSAR-X
und NFIRE begegnen sich
mehrmals täglich. In einem
Zeitfenster von 20 Minuten
wird die Datenübertragung
via Laser-Vermittlung
hergestellt.
inFo
Seit 40 Jahren stattet die
Tesat-Spacecom GmbH &
Co. KG mit Sitz in Backnang
bei Stuttgart weltweit
Satelliten mit Kommunikationstechnologien
aus.
Mit seinen mittlerweile
rund 950 Mitarbeiterinnen
und Mitarbeitern hat das
Unternehmen bis heute
rund 500 Weltall-Projekte
abgewickelt.
der Spezialist 35