Artemis 2 wird mithilfe von Weltraumlasern kommunizieren

Apr 16, 2023

Wenn die gewaltige Space Launch System-Rakete der NASA im November 2024 startet (sofern alles wie geplant verläuft), wird die Artemis-2-Mission vier Astronauten und ein hochmodernes Kommunikationsgerät an Bord haben, das genauso wichtig ist wie die Lebenserhaltungssysteme des Raumfahrzeugs.

Seit mehr als einem Jahrzehnt arbeitet die Raumfahrtbehörde an der Entwicklung einer neuen Kommunikationsmethode auf Basis von Infrarotlasern, um ihre alten, sperrigen Funksysteme zu ersetzen, die mit einem Bruchteil der Geschwindigkeit senden. Im Weltraum wird „O2O“, das optische Kommunikationssystem Orion Artemis 2, als Hauptverbindung der Besatzung zum Mission Control Center der NASA in Houston dienen.

Artemis wird nicht auf dem Mond landen – die Raumsonde Orion ist in der Lage, wieder in die Atmosphäre einzudringen und auf einem irdischen Ozean aufzutauchen, aber nicht auf festem Land zu landen. Es wird um den Mond fliegen und dabei eine Entfernung von 40.000 Meilen erreichen, während es Gigabyte an Mondaufnahmen zurück zur Erde sendet. Der O2O kann das Äquivalent von etwa 30 gestreamten HD-Filmen gleichzeitig übertragen.

„Die Idee besteht darin, hochauflösende Videoübertragungen zum und vom Mond über Laserverbindungen zu ermöglichen“, sagt NASA-Projektmanager Steven Horowitz in einer Pressemitteilung. „Wenn Sie sich an die Bilder der Apollo-Mission erinnern, waren sie körnig und schwer zu erkennen, aber O2O wird es den Artemis-Astronauten ermöglichen, Videos und Bilder deutlich lebendiger und detaillierter zu senden.“

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Da Menschenleben bis zu einem gewissen Grad davon abhängen, dass diese neue Art der Kommunikation auch extremen Bedingungen standhält, haben Ingenieure viele Jahre damit verbracht, sie zu perfektionieren. Der erste große Meilenstein kam im Jahr 2013, als der getränkedosenförmige Lunar Atmosphere Dust and Environment Explorer (LADEE) zum Mond flog und mithilfe von Lasern zur Erde zurücksendete.

Am 18. Oktober 2013 verband sich das kleine Roboterschiff per Laser mit einer Bodenstation im White Sands Complex der NASA in Las Cruces, New Mexico, und sendete hochauflösende Videostreams zum und vom Mond.

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Nachdem die Laserkommunikation nun ihre Nützlichkeit unter Beweis gestellt hatte, begann die NASA mit der Einführung einer neuen Laserinfrastruktur in die Erdumlaufbahn, um Nachrichten zu senden und zu empfangen und die neue Technologie zu untersuchen. Zwischen 2014 und 2017 beherbergte die Internationale Raumstation (ISS) ein System, OPALS (The Optical Payload for Lasercomm Science), das per Laser mit der Erde kommunizierte, beginnend mit einem HD-Stream mit der Aufschrift „Hallo Welt!“

Die NASA startete außerdem eine Handvoll kleiner Lasersatelliten und ein wichtiges Relais, das Nachrichten empfangen und an die Empfangsstationen der Agentur senden kann. Um eine Wolkendecke zu vermeiden, hat die NASA Einrichtungen (die kleinen Observatorien ähneln) in Hawaii, Kalifornien und New Mexico gebaut, wo Teleskope das Licht im nahen Infrarot lokalisieren.

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Das O2O enthält ein kleines 4-Zoll-Teleskop und ein Modem zur Datenverarbeitung, Komponenten, die bereits auf einem „Shaker-Tisch“ und in Vakuumkammern strengen Tests unterzogen wurden. Das Modem wandelt rohe Computerdaten in Lichtmuster um und umgekehrt – ähnlich wie alte DFÜ-Computermodems lange Websites in Ton umwandelten.

Besatzungsmitglieder werden die Hochgeschwindigkeitsverbindung nutzen, um Anweisungen zu erhalten und Versuchsergebnisse zu übermitteln, und wie Astronauten auf der ISS werden sie die Möglichkeit haben, Bilder von sich selbst an das erdbasierte Internet zu senden.

Erwarten Sie nicht, dass die Laserkommunikation in absehbarer Zeit die Glasfasernetze überholen wird – bisher erfordert erstere Satelliten zur Weiterleitung von Nachrichten oder eine klare Lichtlinie.

Ein ähnliches System könnte im Quantencomputing nützlich sein, wo Glasfaserkabel nicht über große Entfernungen genutzt werden können. Ein neuer Photonendetektor, der von Forschern am JPL entwickelt wurde, könnte die erforderliche extreme Empfindlichkeit liefern.

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