Das LCOT (Low-Cost Optical Terminal) der NASA, eine Bodenstation aus modifizierter kommerzieller Hardware, hat seinen ersten Laserkommunikations-Uplink an TBIRD (TeraByte Infrarot Delivery) übertragen, eine Nutzlast in der Größe einer Taschentuchbox, die sich früher in einer erdnahen Umlaufbahn befand.
Während des ersten Live-Himmeltests erzeugte das LCOT der NASA genügend Uplink-Intensität, damit die TBIRD-Nutzlast das Laserfeuer identifizieren, eine Verbindung herstellen und über drei Minuten lang eine Verbindung zur Bodenstation aufrechterhalten konnte. Dieser erfolgreiche Test stellt einen wichtigen Erfolg für die Laserkommunikation dar: Für die Verbindung des Laserbeacons von LCOT von der Erde mit TBIRD war eine Zielgenauigkeit von einem Milliradian erforderlich, was dem Treffen eines drei Fuß großen Ziels aus über acht American-Football-Feldern entspricht.
Der Test war eine von vielen Errungenschaften im Bereich der Laserkommunikation, die TBIRD während seiner erfolgreichen zweijährigen Mission ermöglichte. Vor Abschluss ihrer Mission am 15. September 2024 übertrug die Nutzlast eine rekordverdächtige Geschwindigkeit von 200 Gigabit pro Sekunde.
In einem tatsächlichen Anwendungsfall würde die dreiminütige Verbindungszeit von TBIRD mit LCOT ausreichen, um über fünf Terabyte kritischer wissenschaftlicher Daten zurückzugeben, was über 2.500 Stunden hochauflösendem Video in einem einzigen Durchgang entspricht. Wie der LCOT-Himmelstest zeigt, werden die Ultrahochgeschwindigkeitsfähigkeiten der Laserkommunikation es wissenschaftlichen Missionen ermöglichen, ihre Verbindung zur Erde aufrechtzuerhalten, auch wenn sie weiter als je zuvor reisen.
Eine Aufzeichnung des erfolgreichen Downlinks von TBIRD (TeraByte Infrarot Delivery) von der Weitfeldkamera LCOT (Low-Cost Optical Terminal) der NASA. Die Lichtsättigung des Downlinks verursachte eine sekundäre Reflexion oben rechts im Video. Bildnachweis: NASA
Das SCaN-Programmbüro (Space Communications and Navigation) der NASA implementiert Laserkommunikationstechnologie in verschiedenen Umlaufbahnen, einschließlich der bevorstehenden Artemis-II-Mission, um ihren potenziellen Einfluss auf die Mission der Agentur zu demonstrieren, zu erforschen, zu innovieren und Entdeckungen anzuregen.
„Optische oder Laserkommunikation kann 10 bis 100 Mal mehr Daten übertragen als Funkfrequenzwellen“, sagte Kevin Coggins, stellvertretender stellvertretender Administrator und SCaN-Programmmanager. „Im wahrsten Sinne des Wortes ist es die Welle der Zukunft, da sie es Wissenschaftlern ermöglichen wird, eine immer größere Menge an Daten aus ihren Missionen zu gewinnen, und sie wird als unsere entscheidende Lebensader für Astronauten dienen, die zum und vom Mars reisen.“
In der Vergangenheit wurden bei Weltraummissionen Funkfrequenzen genutzt, um Daten in den und aus dem Weltraum zu senden. Doch da wissenschaftliche Instrumente immer mehr Daten erfassen, müssen Kommunikationsanlagen der steigenden Nachfrage gerecht werden. Das für die Laserkommunikation verwendete Infrarotlicht überträgt die Daten auf einer kürzeren Wellenlänge als Radio, was bedeutet, dass Bodenstationen auf der Erde mehr Daten pro Sekunde senden und empfangen können.
Das LCOT-Team verfeinert weiterhin die Ausrichtungsfähigkeiten durch zusätzliche Tests mit dem LCRD (Laser Communications Relay Demonstration) der NASA. Während LCOT und die anderen Laserkommunikationsmissionen der Agentur weiterhin neue Meilensteine in Bezug auf Konnektivität und Zugänglichkeit erreichen, demonstrieren sie das Potenzial der Laserkommunikation, den Zugang von Wissenschaftlern zu neuen Daten über die Erde, unser Sonnensystem und darüber hinaus zu revolutionieren.
„Es ist ein Beweis für die harte Arbeit und das Können des gesamten Teams“, sagte Dr. Haleh Safavi, Projektleiter für LCOT. „Wir arbeiten mit sehr komplizierten und empfindlichen Übertragungsgeräten, die mit unglaublicher Präzision installiert werden müssen. Diese Ergebnisse erforderten eine zügige Planung und Ausführung auf allen Ebenen.“
Experimente wie TBIRD und LCRD sind nur zwei der zahlreichen Weltraumdemonstrationen von SCaN zur Laserkommunikation, aber ein robustes Laserkommunikationsnetzwerk ist auf leicht rekonfigurierbare Bodenstationen auf der Erde angewiesen. Die LCOT-Bodenstation zeigt, wie die Regierung und die Luft- und Raumfahrtindustrie flexible Laserkommunikations-Bodenstationen bauen und einsetzen können, um den Anforderungen einer Vielzahl von NASA- und kommerziellen Missionen gerecht zu werden, und wie diese Bodenstationen neue Türen für Kommunikationstechnologie und extrem hohe Datenmengen öffnen Übertragung.