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Laser-Kommunikation ins Weltall - und als Glasfaserersatz

Ein deutsches Start-up setzt auf optische Übertragung per Laser. Daten lassen sich so schneller ins Weltall übertragen, auch die terrestrische Datenkommunikation könnte preiswerter werden - allerdings gibt es technische und physikalische Hürden.

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Kommunikation mit Laser

(Bild: dpa, Mynaric AG/dpa)

Das deutsche Start-up Mynaric AG hatte mit optischer Laser-Datenübertragung ein Übertragungsvolumen von 1,7 Terabit pro Sekunde erzielt. Zum Vergleich: Über Richtfunk gelangen dem Fraunhofer Institut im Rahmen des Millilink-Projektes 2013 Übertragungsraten von rund 40 Gigabit pro Sekunde über eine Distanz von einem Kilometer und im Labor über eine kurze Distanz von 20 Metern ein Volumen von 100 Gigabit pro Sekunde.

Die Forscher von Mynaric, einer Ausgründung des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums (DLR) in Oberpfaffenhofen bei München gehen jetzt davon aus, nicht nur Datenübertragungen an Satelliten und Flugzeuge beschleunigen, sondern auch die teure Glasfaserkabel-Kommunikation am Boden ersetzen zu können. Bis dahin seien allerdings noch einige technische und physikalische Hürden zu umschiffen.

"Bei Funk gibt es eine physikalische Grenze, die Frequenz ist bei Laser wesentlich höher", erklärt Wolfram Peschko, Vorstandschef der Mynaric AG. Die global übertragene Datenmenge vervielfacht sich alle paar Jahre. "Der Bedarf liegt derzeit bei etwa 10 Gigabit pro Sekunde, in ein paar Jahren sind es wahrscheinlich 100 Gigabit", schätzt Peschko. Die ließen sich mit optischer Datenübertragung realisieren.

Kabellose Laserkommunikation sei außerdem wesentlich kostengünstiger als Glasfaserkabel. "Wenn Sie alles vergraben, wird es unglaublich teuer. Hierdurch werden Netzwerke in der Luft mit Hilfe unserer Technologie bis zum Faktor zehn billiger als klassische Netzwerke am Boden." Optische Übertragung ist in vielen Varianten möglich: vom Satelliten oder Flugzeug zum Boden ebenso wie von Satellit zu Satellit oder von Flugzeug zu Flugzeug. "Was wir brauchen, ist ein alternatives Internet in der Luft", sagt Peschkos Vorstandskollege Markus Knapek.

Die ersten Experimente mit optischer Kommunikation im Weltraum gab es bereits vor Jahrzehnten, berichtet Harald Hauschildt, Leiter des Programms für "Secure and Laser Communication Technology" bei der Europäischen Raumfahrtbehörde ESA. Erste Terminals für Anwendungen im Weltraum seien mit 200 bis 300 Kilogramm Gewicht aber sehr schwer gewesen. "Heute ist das ein Wachstumsmarkt", sagt der Astrophysiker. Forscher der NASA haben bereits vor zwölf Jahren, Daten mit einem Laser-System über eine Entfernung von 24 Millionen Kilometern an einen Satelitten übertragen können.

Im Aufbau ist in Kooperation der Raumfahrtbehörde mit Airbus ein europäisches Satellitensystem zur Datenübertragung (EDRS). "Im Rahmen des weltweit einmaligen EDRS-Programms werden bereits täglich Daten über Laser von den Copernicus Erdbeobachtungssatelliten an EDRS und von dort zum Boden übermittelt", so Hauschildt. "Ein Satellit ist bereits im Orbit, ein zweiter ist im Bau." Man könne große Mengen an Daten über Zehntausende Kilometer direkt übertragen. "Heute werden Daten noch optisch empfangen und in Funkwellen umgewandelt. Wir würden das Ganze gern so weit wie möglich optisch machen."

Die Grundlagenforschung läuft am DLR. Wissenschaftler Christian Fuchs und seine Kollegen arbeiten unter anderem an einer weiteren Erhöhung der Datenraten. Mit 1,7 Terabit pro Sekunde bei einem Boden-zu-Boden-Versuch sei das DLR Weltrekordhalter, sagt der Leiter des Bereichs optische Kommunikationssysteme. Kapazitätsengpässe bei der Datenübertragung per Funk gebe es aber jetzt schon: "Es ist gerade bei Satelliten schwierig, noch Funklizenzen zu bekommen." Optische Kommunikation hat nach Fuchs' Worten daher auch einen ganz praktischen Vorteil. "Man kann die Systeme ohne Lizenz betreiben."

Doch es gibt bei der optischen Datenübertragung technische und physikalische Hürden zu überwinden. "Durch Bewölkung oder Nebel hindurch lassen sich keine Daten übertragen." Auch in größeren Höhen kann es Störungen geben. Hinzu kommen Latenzen, die durch die Signallaufzeiten entstehen. Im terrestrischen Einsatz dürfte es aufgrund geologischer Gegebenheiten nicht möglich sein, eine benötigte Punkt-zu-Punkt-Sichtverbindung herzustellen. Dann bleibt nur der Umweg über geostationäre Satelliten. Das Signal muss dann erst den Weg zum Satelliten und von dort wieder zurück zu einer Bodenstation nehmen. Die Verzögerung kann dadurch einige 100 Millisekunden betragen. Die Datenübertragung per Laserlicht eignet sich deshalb besser für Richtstrecken am Boden über Distanzen von wenigen Kilometern.

Treibender Faktor bei der Nachfrage nach höheren Datenkapazitäten sei die Industrie, sagt Peschko: „Die Leute, mit denen wir reden, wollen solche Systeme bis Mitte des nächsten Jahrzehnts aufgebaut haben.“ Interessenten soll es bereits jetzt geben. Als interessiert gelten unter anderem Facebook, Google und SpaceX, das Raumfahrtunternehmen des Tesla-Gründers Elon Musk. (mit Material der dpa) / (olb)

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