Testlauf für das Laser-Web

Erstmals testet die NASA eine Weltraumsonde, die über Laser mit der Erde kommuniziert. Glückt die Datenübertragung, könnte das der Auftakt für ein satellitengestütztes und damit wirklich weltumspannendes Internet sein.

Wenn die NASA-Sonde LADEE Anfang Oktober in die Mondumlaufbahn eintritt, geht es Astronomen vor allem um eines: Sie wollen mehr über die extrem dünne Atmosphäre des Erdtrabanten erfahren. Denn sie birgt noch immer viele Rätsel. LADEE soll etwa messen, wie sie genau zusammengesetzt ist, wie sie entsteht und mit der Mondoberfläche interagiert. Für Internet-Unternehmen aber dürfte vor allem das zweite Vorhaben wichtig sein: Die gewonnenen Daten werden erstmals per Laser zurück zur Erde gesendet, nicht wie bisher per Funk. Das neue Kommunikationssystem mit dem Namen "Lunar Laser Communications Demonstration" bietet Downloads von bis zu 600 Megabit pro Sekunde. Das ist sechsmal schneller als die bisherige Datenrate – und ein neuer Rekord in der Informationsübertragung aus dem All.

Bei der LADEE-Mission wird das System zwar lediglich getestet. Der Hauptkommunikationsweg bleibt die Funktechnik. Dennoch dürfte das Projekt künftiger Datenübertragung den Weg bereiten – und der Internet-Abdeckung auf der Erde einen gewaltigen Schub verleihen. Das Start-up Laser Light Communications aus dem US-Bundesstaat Virginia steht bereits in den Startlöchern: Es will Kommunikationssatelliten in die Erdumlaufbahn schießen, die Daten per Laser empfangen und senden können.

Optische Datenverbindungen über den Äther gibt es zwar bereits von mehreren Anbietern. Sie aber funktionieren bisher entweder nur im All – so etwa die Technologie der deutschen Firma Tesat. Oder nur auf äußerst kurzen Distanzen – etwa zwischen Campus- oder Bürogebäuden. Sie finden sich insbesondere dort, wo Hindernisse wie Straßen oder Gewässer das Verlegen von Glasfaserkabeln verhindern. Die Firma LightPointe aus San Diego etwa kann bis zu 2,5 Gigabit pro Sekunde über mehrere Hundert Meter Entfernung übertragen.

Damit die Technologie auch für die riesige Strecke von Internetsatelliten oder gar für jene 400.000 Kilometer vom Mond zur Erde infrage kommt, sind Weiterentwicklungen nötig. Dazu gehört beispielsweise ein hochempfindlicher Detektor für die Photonen. Bei der LADEE-Mission besteht er aus supraleitenden Nanodrähten, die auf drei Kelvin heruntergekühlt sind. Entwickelt hat das Bauteil das Lincoln Laboratory am Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Der Detektor ist in Bodenteleskope mit knapp einem Meter Öffnungsdurchmesser verbaut. Würde die Teleskope auf drei Meter Durchmesser vergrößert, könnte das System statt der jetzigen 600 Megabit sogar 2,5 Gigabit pro Sekunde übertragen, glaubt Don Boroson, Forscher am Lincoln Lab und Leiter des Projekts. "Das System demonstriert die erste optische Datenübertragung für eine relativ tiefgehende Weltraummission. Wenn man es vergrößert und teilweise umbaut, könnte es potenziell auch bis zum Mars reichen."

Da Wolken die Photonen blockieren, werden Detektoren in Teleskopen an drei verschiedenen Orten installiert: in Kalifornien, New Mexico und auf den Kanarischen Inseln. Außer auf die Nanodrahtdetektoren stützt sich das Mondsystem auf eine Hochgeschwindigkeits-Kodierung und -Dekodierung der Daten sowie weitere Berechnungen und Anpassungen, um die Teleskope ständig aufeinander auszurichten. "Da steckt ein ganzer Haufen neuer, spannender Technologie drin", betont Boroson.

Noch spannender für bandbreitenhungrige Erdenbürger ist die Aussicht auf ein satellitenbasiertes optisches Netz. Laser Light Communications steckt in der Frühphase der Entwicklung und hofft, in vier Jahren eine Flotte von zwölf entsprechenden Satelliten vom Stapel lassen zu können. Sie sollen eine durchgängig optische Satellit-Boden- und Satellit-Satellit-Kommunikation ermöglichen. Das Unternehmen will so das irdische Glasfasernetz ergänzen.

In der ersten Ausbaustufe mit acht Satelliten sind Download-Geschwindigkeiten von 200 Gigabit pro Sekunde geplant. Zum Vergleich: Die kürzlich gegründete Satellitenfirma O3b bietet zwischen 150 Megabit und 2 Gigabit pro Sekunde per Funkfrequenz an. Andere Unternehmen, wie Intelsat und Inmarsat, liefern Geschwindigkeiten in der gleichen Größenordnung.

Das System von Laser Light Communications könnte Kontinente miteinander verbinden und dabei Engpässe des herkömmlichen Glasfasernetzes umgehen. Noch wichtiger aber: Bei Ausfällen – wie beim durchtrennten Unterseekabel, das 2008 den Nahen Osten und Teile Indiens abklemmte – würde es alternative Leitungswege bieten. Das Start-up plant zunächst 48 Bodenstationen. Wenn Wolken das optische Signal an einem Punkt blockieren, kann auf diese Weise ein anderer Empfänger in die Bresche springen, erklärt Robert Brumley, Vorstand des Mutterkonzerns Pegasus Global Holding. Viele weitere Stationen könnten dazukommen, denn die Detektoreinheiten seien klein genug, um sie auf einem Bürodach oder sogar einem Lastwagen zu platzieren, fügt Brumley hinzu. "Wir zielen auf weltweite Abdeckung." (bsc)