Ende Juli 2024 schloss die Weltraumkommunikationsstation Malargüe eine wichtige Modernisierung ihrer Antenneneinspeisung ab, die es Missionen ermöglichen wird, viel mehr Daten zurück zur Erde zu senden, was einer Kapazitätssteigerung von fast 80 % entspricht.
Mit mehr Weltraummissionen, mehr internationalen Anfragen und neuen und intensiveren Datenströmen war die Nachfrage nach Weltraum-Bodenstationen noch nie so hoch. Dennoch ist das Angebot nahezu ausgelastet. Um den drei Weltraumantennen in ihrem globalen Bodenstationsnetzwerk (Estrack) Luft zu verschaffen, hat die Europäische Weltraumorganisation mit einer umfassenden Modernisierung ihrer Stationen begonnen, einschließlich des Einsatzes neuartiger kryogener Technologie.
Ende Juli schloss das Programm die kryogenen Arbeiten an seiner in Argentinien stationierten Malargüe-Antenne ab und ermöglichte der Station damit, bis zu 80 % mehr wissenschaftliche Daten von ihren immer komplexer werdenden wissenschaftlichen Missionen herunterzuladen, mit einer Steigerung von bis zu 60 % für den Weltraum Missionen wie Juice und BepiColombo.
Der Abschluss des Upgrades wird den Bedarf an operativer Kapazität für ESA-Missionen in den kommenden Jahren verringern und gleichzeitig neue Fähigkeiten für zukünftige Missionen bereitstellen.
Wie funktioniert es? Beim Empfang und der Dekodierung eines Signals können Antennen durch Hintergrundstörungen – oder thermisches Rauschen – beeinträchtigt werden, was ihre Empfindlichkeit und Datenübertragungsrate einschränkt. Eine Möglichkeit, dieses Rauschen zu reduzieren, besteht darin, die Verbindung, die die physische Antenne mit dem elektronischen Signalsender und -empfänger der Station verbindet – auch „Antenneneinspeisung“ genannt – kryozukühlen.
„Die Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses ist der Schlüssel zum Entwurf, zur Aufrüstung und zum Betrieb von Antennen“, erklärt Stéphane Halté, Projektmanager für Bodenstationen der ESA.
„Bei einer Temperatur von 10 Kelvin (-263 °C) statt Raumtemperatur können wir das Rauschen auf ein Minimum reduzieren und die Kapazität der Antenne um 60 bis 80 % steigern.“
Die neuen kryogekühlten Feeds enthalten eine neue Generation extrem rauscharmer kryogener Verstärker (LNA), die mit Universitätspartnern wie der ETH Zürich (Schweiz) und Chalmers (Schweden) entwickelt wurden. Diese LNAs werden jetzt durch Spin-off-Unternehmen (LNF und Diramics) kommerzialisiert.
Die gleiche Technologie wird heute für die Entwicklung von Quantencomputern verwendet. Dies ist ein Beispiel dafür, dass die Technologieentwicklung der ESA die gesamte wissenschaftliche Gemeinschaft unterstützen und die Wettbewerbsfähigkeit europäischer Unternehmen stärken kann.
Die Entwicklung des kryogekühlten Ka-Band-Feeds wurde durch das ESA Technology Development Element-Programm finanziert und der erste Prototyp wurde von Callisto Space (Frankreich) hergestellt und getestet. Die operativen Einheiten wurden von Callisto hergestellt und die Integration in die Deep Space-Stationen der ESA wurde von der kanadischen Firma Calian durchgeführt.
Malargüe ist die zweite Antenne, die mit kryogekühlten Einspeisungen aufgerüstet wurde. Es folgt dem Weg von Cerebros im Jahr 2023. Diese kryogene Technologie ist jetzt ein Standard für ESA-Bodenstationen und die neuen Antennen, wie die neue Norcia 3, werden damit ausgestattet sein.