Er ist ein Winzling. Der kleine Satellit, der am 24. Januar vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral (USA) in den Weltraum gestartet ist, misst in Breite und Höhe gerade einmal zehn Zentimeter und ist nur 30 Zentimeter lang. Passenderweise ist er auf den Namen "Pixl-1" getauft worden. In sich trägt er das kleinste Laserterminal der Welt, das Daten über einen Laserstrahl zur Erde schicken kann. Das Besondere daran: Der Sender erzielt eine bis zu hundertmal schnellere Datenübertragung als herkömmliche Funkverbindungen und kann nun auch mit kleinsten Satelliten ins All transportiert werden - eine revolutionäre Entwicklung, die aus Deutschland kommt, genauer gesagt aus dem Weßlinger Ortsteil Oberpfaffenhofen.
Eingesetzt würden die mit Laserterminals ausgestatteten Kleinstsatelliten zur Erdbeobachtung, erklärt Christopher Schmidt vom Institut für Kommunikation und Navigation am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen. So könne man "bis zu 2000 hochauflösende Bilder pro Tag" auf die Erde senden. Das sei unter anderem bei Katastrophenfällen wichtig. Üblich seien sonst nur Übertragungsraten von einem bis zehn Bildern pro Tag. "Dadurch, dass man auf den Satellitenbildern sogar Straßen erkennen könnte, wäre es zum Beispiel möglich, Wege für Rettungskräfte ausfindig zu machen", nennt Schmidt als möglichen Anwendungsfall.
Entwickelt wurde das Laser-Sendeterminal am DLR-Standort in Oberpfaffenhofen, zusammen mit dem deutschen Telekommunikationsunternehmen Tesat mit Sitz in Backnang bei Stuttgart. Das Demonstrationsprojekt soll die spezielle Fähigkeit des Laserterminals, das den sperrigen Namen "Osiris-4-Cube-Sat" trägt, nun auch im All beweisen. Bisher waren Laserterminals zu groß, um sie auf kleinen Satellitenplattformen einzusetzen. Zudem weisen sie einen zu hohen elektrischen Leistungsbedarf auf. Deshalb erfolgt die herkömmliche Satellitenkommunikation meist über Funk. Am DLR nutzt man dazu momentan noch Antennen mit einem Durchmesser von sechs bis zu 30 Metern. Bodenstationen für die Laserkommunikation seien mit 40 bis 60 Zentimetern hingegen deutlich kleiner, sagt Schmidt. Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC) in Oberpfaffenhofen betreibt nun den Kleinsatelliten und kontrolliert seine Funktionen. Die Technologie sei zukunftsweisend: "2022 fliegen wir ein Laser-Sendeterminal auf die ISS", berichtet Schmidt.
Die laserbasierte Kommunikation bringt Vor- und Nachteile mit sich. Vorteil sei die Möglichkeit der Quantenschlüsselverteilung: Wenn in absehbarer Zeit normale Computer durch sehr rechenstarke Quantencomputer ersetzt würden, könnten herkömmliche Passwörter, die heute als sicher gelten, in kürzester Zeit geknackt werden. Es brauche also eine Datenverschlüsselung, "die physikalisch sicher ist", erklärt Schmidt. Die Lösung: Quantenzustände, denn die seien unteilbar. Wenn ein Satellit nun einen Schlüssel erstellt und diesen an den Empfänger auf der Erde sendet, dann könne das Lichtteilchen nur an diesen Empfänger gelangen. Greift jemand anderes darauf zu, würde sich der Lauscher verraten, denn die Bodenstationen würden den Zugriff sofort erkennen. Forscher sind sich einig, dass das Verfahren der Quantenkryptografie Datenübertragung sicherer machen kann. Schmidt kann sich erste Anwendungen von Quantenschlüsselverteilung im Bereich von Finanztransaktionen vorstellen.
Ein Nachteil der Datenübertragung mit Laserstrahlen ist die Wetterabhängigkeit: Wolken stellen ein unüberwindbares Hindernis für den Laserstrahl dar, weshalb die Bodenstationen der Laser in möglichst wolkenfreiem Gebiet liegen sollten. Optische Bodenstationen für den "Pixl"-Satellit werden neben den bestehenden des DLR in Oberpfaffenhofen deshalb zum Beispiel in Spanien und Griechenland erbaut. Ein ganzes Netzwerk solcher Bodenstationen sei bereits in Planung, damit die Satellitendaten terrestrisch problemlos weiterverteilt werden können.
Das DLR übernimmt bei dem Projekt Konzeption, Entwicklung und Demonstration des Laserterminals. Letzteres geschieht derzeit im All. Danach soll "Osiris-4-CubeSat" in die Serienfertigung gehen, wofür Tesat zuständig ist. Die Entwicklung des Terminals sei in "enger Zusammenarbeit und gegenseitiger Unterstützung" mit Tesat entstanden, sagt Schmidt. Das DLR möchte in Zukunft seine Rolle im Technologietransfer von der Wissenschaft zur Industrie weiter ausbauen.
Das Institut für Kommunikation und Navigation wird nach Abschluss dieses Projekts nach daran anknüpfenden Ausschau halten. Dabei ist auch von "optischen Intersatellitenlinks" die Rede: einer Datenübertragung zwischen zwei Satelliten. Geplant ist demnach, Satelliten optisch zu vernetzen, um zum Beispiel Internet auch in die entlegensten Gebiete der Welt zu bringen.
