Das glaube ich nicht
Ob Orbit, Mond oder Mars: Wenn es gilt, die Bodenstation auf der heimischen Erde zu kontaktieren, sind Radiowellen die Methode der Wahl – egal ob für unbemannte Sonden oder Astronauten. Das aber hat einen Haken: Sollen größere Datenmengen auf den Weg geschickt werden, dann dauert das ziemlich lange. Denn die Radiowellen haben nur eine begrenzte Kapazität und sind daher ähnlich wie unser W-LAN zuhause langsamer als ein Breitband-Datenkabel. Die NASA forscht deshalb schon länger an Alternativen zur Radiokommunikation. Im Herbst 2013 erzielten sie dabei mit dem Demonstrationsexperiment Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD) einen ersten Durchbruch: Forscher beamten Daten mit Hilfe eines gepulsten Lasers zu einer knapp 400.000 Kilometer entfernten Mondsonde und wieder zurück. Die Geschwindigkeit beim Download lag trotz der gewaltigen Entfernung bei 622 Megabit pro Sekunde (Mps), beim Upload immerhin noch bei 19,4 Mps – das ist 4.800 Mal schneller als die beste Radioverbindung für diese Entfernung.
Vier Mini-Teleskope und eine Mondsonde
Nach einem halben Jahr Laufzeit der Anlage haben Mark Stevens vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) und seine NASA-Kollegen weitere Daten ausgewertet und berichten auf einer Tagung im kalifornischen San Jose darüber, wie gut die Übertragungsqualität des Laser-Systems ist. „Denn von der Erde aus mit Lasern hohe Datenraten zu erreichen, ist eine doppelte Herausforderung“, erklärt Stevens. Denn zum einen „franst“ der Strahl im Laufe der fast 400.000 Kilometer aus und das Signal nimmt ab. Zum anderen aber muss der Laser auf seinem Weg zum Mond zuerst die Erdatmosphäre durchdringen – und deren Turbulenzen können das Licht beugen und es so ebenfalls abschwächen oder sogar ganz am Empfänger vorbeilenken.
Um dies zu umgehen, besitzt die Bodenstation in White Sands in New Mexico gleich vier Sender. Diese bestehen aus jeweils einer kleinen, nur 15 Zentimeter weiten Teleskopschüssel, in die ein Lasertransmitter seine gepulsten Infrarot-Signale einspeist. Die vier Teleskope senden jeweils ein getrenntes Signal, sind aber so ausgerichtet, dass ihre Laserstrahlen sich vereinigen. Das soll dazu beitragen, die verzerrende und abschwächende Wirkung der Atmosphäre zu minimieren. „Diese getrennten Strahlen steigern die Wahrscheinlichkeit, dass mindestens einer von ihnen trotz atmosphärischer Störungen durchkommt“, erklärt Stevens. Im Idealfall hat der von den vier Teleskopen gesendete Laserstrahl zu Beginn eine Leistung von 40 Watt. Von diesen kommen weniger als ein Milliardstel Watt noch am Mond an, wie die Forscher berichten. Das sei aber immer noch das Zehnfacher dessen, was nötig sei, um eine fehlerfreie Kommunikation zu gewährleisten.
Selbst Schleierwolken sind kein Hindernis
Die Auswertungen im letzten halben Jahr zeigten, dass das System in der Tat bemerkenswert robust ist: Selbst leichte Bewölkung hinderte die Übertragung nicht. „Wir haben eine hohe Toleranz gegenüber mittelgroßen Wolkenansammlungen und großen atmosphärischen Turbulenzen festgestellt“, berichten die Wissenschaftler. Das Lasersignal schwankte zwar oder schwächte sich zeitweise auch ab, dennoch kam immer noch genügend Informationen bis zum Empfänger durch, der NASA-Mondsonde LADEE im Orbit des Erdtrabanten. Sie fängt die schwachen Lasersignale Signale mit einem kleinen Teleskop auf, leitet sie in eine Glasfaser und verstärkt sie rund 30.00 Mal. Erst dann wandelt ein nachgeschalteter Photodetektor die Lasersignale in elektrische Pulse um.
„Das ist ein enormer Bonus dieses Laserkommunikationssystems“, betonen die Wissenschaftler: Die große Reserve des Lasersignals erlaubt es, den Strahlen selbst durch dünne, halbtransparente Wolkenschleier hindurchzusenden, ohne dass Informationen verloren gehen. Nach Ansicht von Stevens und seinen Kollegen ist das System daher gut als Breitband-Kommunikationsverbindung zum Mond oder sogar dem Mars geeignet. Im Jahr 2017 soll nach den Plänen der NASA das Nachfolgesystem Laser Communications Relay Demonstration (LCRD) in Betrieb gehen. Erfüllt auch dieses System alle Erwartungen, dann werden Astronauten künftig selbst im Weltraum ihre Lieblings-TV-Serie oder den aktuellen Hollywood-Blockbuster in HD genießen können.
