Elektronische Nabelschnur ins All

Die Internationale Raumstation ISS ist als Kommunikationszentrale ganz schön auf Draht

In der Raumfahrt spielt die Kommunikation vor allem für die Besatzungen von Weltraumstationen eine extrem wichtige Rolle - sowohl in psychologischer als auch wissenschaftlich-technischer Hinsicht. Ohne den guten Draht zu Houston wäre beispielsweise die Apollo-13-Mission kaum zu retten gewesen. Auch wenn die ISS "nur" im Orbit weilt, so hätte doch ein Ausfall aller telemetrischen Systeme des Weltraumlabors fatale Konsequenzen. Von daher ist es gut, dass die Nabelschnur zu ISS (und umgekehrt) ausgesprochen dick ist.

"Die Isolation war bedrückend. Die Station war hermetisch abgeschlossen und die Atmosphäre vollkommen künstlich. Das belastete die Psyche", klagte der Moskauer Bordarzt und Kosmonaut Valery Polyakov nach seinem legendären Langzeitrekord in der russischen Raumstation MIR. 438 Tage kämpfte er nonstop in der vermeintlichen Leichtigkeit der Schwerelosigkeit gegen die gravierenden Folgen der Einsamkeit.

Kommunikation das A und O

Dass er dennoch in den Jahren 1994 und 1995 in der inzwischen im Pazifik versenkten Welt aus Stahl und Technik überlebte, verdankte er einerseits dem zuverlässigen MIR-Lebenserhaltungssystem, im Besonderen aber dem engen Kontakt mit dem Kontrollzentrum in Moskau. Schließlich ist es ein ungeschriebenes Raumfahrtgesetz, dass der Erfolg einer bemannten Mission sehr stark vom Funktionieren der Kommunikation abhängt. "Kommunikation ist das A und O in der bemannten Raumfahrt - ob zwischen den Besatzungsmitgliedern oder zwischen der Raumstation und der Bodenkontrolle", bestätigt Prof. Ulrich Walter von der Technischen Universität in München, der 1993 im Rahmen der D-2-Mission für zehn Tage im All war.

Genau deshalb haben die Macher der Internationalen Raumstation ISS die Erfahrungswerte der MIR auf dem Gebiet der Kommunikationstechnik in ihr Konzept integriert. Heute herrscht auf der schnellsten Wohneinheit der Erde, auf der bislang insgesamt 2100 Tage lang Astronauten gastierten, ein intensiver Datenaustausch - auf allen Ebenen. Die ISS ist als teuerstes Technikprojekt der Menschheitsgeschichte zu einer Kommunikationszentrale par excellence avanciert. Geht es um wissenschaftliche Experimente, raumfahrtmedizinische Untersuchungen der Astronauten oder Software-Updates bzw. Sicherheits- und Lebenserhaltungssystemschecks - die Anstrengungen der Ingenieure der an dem ISS-Projekt 16 beteiligten Nationen, jedes ausgesandte oder empfangene Bit seinem Adressaten zuzuordnen, sind aufwendig.

In 35785 Kilometer Höhe

Für den direkten Draht zur ISS, die in einer durchschnittlichen Höhe von "nur" 389 Kilometern schwebt, sorgt eine leistungsfähige Bodeninfrastruktur und eine kleine Satellitenflotte, die auf einer geostationären Umlaufbahn in 35786 Kilometer Höhe operiert. Sendet ein Astronaut der Raumstation eine Audio- oder Videobotschaft bzw. ein wissenschaftliches Datenpaket zur Erde, wandert die Botschaft zuerst - positionsabhängig - zu einem der sechs im Orbit stationierten TDRS-Relais-Satelliten.

Dieser sammelt die Daten und funkt sie mit einem verstärkten Signal umgehend zu der NASA-Bodenstation in White Sands (US-Bundesstaat New Mexico). Unmittelbar darauf erreicht dann das Informationspaket die eigentliche Hauptbodenstation in Houston (US-Bundesstaat Texas). Von hier werden über das "Interconnection Ground Subnetwork" (IGS) alle Informationen an die europäischen ISS-Kontrollzentren verteilt.

Wo einst die Mondlandungen koordiniert wurden, dreht sich zurzeit alles um die ISS. Immerhin hält das bekannte NASA-Kontrollzentrum binnen 90 Minuten, also einmal pro Umlauf, 75 bis 80 Minuten lang Kontakt zum Weltraumlaboratorium. Das zweite, in Moskau ansässige russische Kontrollzentrum hingegen kommt mit seinen Antennen bestenfalls auf eine Beobachtungszeit von fünf bis zehn Minuten.

Funkloch von zirka 10 Minuten

Ein wirklich permanenter Kontakt zur Erde, welcher der ISS oft zugeschrieben wird, ist nicht vorhanden. Hätte die Raumstation etwa während des Telefonats von Frau Bundeskanzlerin Angela Merkel mit dem deutschen ISS-Astronauten Thomas Reiter am 20. Juli den Indischen Ozean überflogen, wäre ein Ferngespräch den Lücken des "Äthers" zum Opfer gefallen. "Es gibt über dem Indischen Ozean ein kleines Funkloch. Hier haben beide Hauptkontrollzentren keinen Funkkontakt und nehmen in Kauf, dass zirka zehn Minuten lang keine Verbindung zur Raumstation existiert", sagt der Operations-Manager Dieter Sabath vom Kontrollzentrum Oberpfaffenhofen der Deutschen Luft- und Raumagentur (DLR), der sämtliche Informationen von den Kontrollzentren Houston und Moskau bezieht. "Auch wenn das Columbus-Modul im nächsten Jahr auf der Raumstation ist, können wir nicht direkt mit der ISS kommunizieren, da das Modul keine Antenne besitzt. Alles läuft über Houston."

Neben dem Funkloch kommt bei jeder Kontaktaufnahme ein weiteres physikalisches Hindernis zum Tragen. Denn infolge der begrenzten Geschwindigkeit von elektromagnetischen Wellen (300000 Kilometer pro Sekunde), unterliegt die gesamte Kommunikation einer akustischen und optischen Signalverzögerung von maximal 0,5 Sekunden. Von Nachteil für die Kommunikation sind auch die begrenzten Datenmenge respektive die Bandbreiten, mit denen die TDRS-Satelliten alle Bits und Bytes zur Erde befördern. "Größere Datenpakete werden breitbandig mit zirka 50 Megabits pro Sekunde über das so genannte Ku-Band gesendet. Dieses steht aber nicht permanent zur Verfügung", erklärt Sabath. Tatsächlich wird der Großteil der Kommunikation über das schmalbandige S-Band abgewickelt, das fast immer zur Verfügung steht.

Funkamateure und ISS

"Da ist einiges überhaupt nicht verschlüsselt, zum Beispiel der Amateurfunkkanal von der ISS zum Boden auf 143,625 MHz und der gesamte Amateurfunkverkehr", betont der Physiker, Funkamateur und Fachjournalist Ralph P. Schorn. Im Mikrowellenbereich gäbe es aber durchaus kodierte Kanäle für telemetrischen Datentransfer, wie sie beim Übertragen von wissenschaftlichen Informationen gebraucht werden. Diese seien aber verschlüsselt. "Da kommt ein normalsterblicher Funker ohne Hintertür nicht rein!"

Dennoch kann jeder gute Funkamateur mithilfe einer speziellen Software auf der Amateurfunkfrequenz 145,800 MHz mit der ISS digital kommunizieren - ganz legal. "Hierzu reichen wenige Watt und eine einfache Antenne", verdeutlicht Schorn. Doch Privatfunkkontakte mit der ISS sind rar und hängen stark von dem Freizeitverhalten der jeweiligen Raumfahrer ab. "Über Amateurfunk gab es auf der MIR Freizeitkontakte, wenn die Besatzung wollte. Manche waren eifrig, andere nicht", erklärt der ESA-Astronaut Reinhold Ewald, der 1997 knapp drei Wochen auf der russischen Raumstation weilte. Kommuniziert heute dagegen ein ISS-Raumfahrer mit Amateurfunkern, dann erfolgt dies in der Regel im Rahmen des ARISS-Programms ist eine internationale Vereinigung der Amateurradiovereine aus den Teilnehmerländern des ISS-Programms, bei dem Schüler Fragen an die ISS-Astronauten stellen können - auch zu pädagogischen Zwecken.

Kein Internet

Eher kommerzieller Natur waren indes die hochfliegenden Pläne der NASA, im Zvezda-Modul der ISS einen Internetzugang einzurichten. Angedacht war er für die Sponsoren und Träger der Bordexperimente, um diesen eine Online-Kontrolle über den Fortgang der Versuche auf der ISS zu ermöglichen. Wenngleich die ISS-Raumfahrer über eine direkte E-Mail-Verbindung nach Houston verfügen, ist gegenwärtig mit der ISS kein offizieller E-Mail-Verkehr oder World-Wide-Web-Datenaustausch möglich. "Hierbei spielen auch Sicherheitsgründe eine Rolle. Denken Sie nur an die sensiblen wissenschaftlichen Experimentdaten", so Sabath vom DLR.

Sensibel können auch ganz private Daten sein. Von der MIR-Erfahrung, dass der Plausch mit den Lieben daheim eine starke psychologische Komponente hat, profitierten bisher alle 13 ISS-Crews - auch Thomas Reiter, der früher auf der MIR arbeitete und derzeit auf der ISS unterwegs ist.

Zu MIR-Zeiten mussten die Familien für Videokonferenzen alle zwei Wochen ins Kontrollzentrum kommen", erklärt ESA-Astronaut Ewald. "Heute ist bei der ISS öfters Kontakt möglich, auch auf spontane Anfragen hin: Und die Videokonferenzanlage steht jetzt zu Hause im Wohnzimmer. Aber die Situation ist gewöhnungsbedürftig. Nicht jeder wird dabei gerne über Stresssituationen mit den Kollegen im All berichten wollen.