(Bildnachweis: Chris Vaughan/Starry Night)Die NASA testet eine Weltraumkommunikationsmethode, bei der anstelle von Radiowellen zur Übertragung von Daten und Videos ein Laserstrahl verwendet wird, um die Bodenkontrolle auf der Erde mit den Astronauten auf dem Mond zu verbinden.
Die Messlatte liegt schon eine Weile hoch, denn seit einem Experiment im Dezember 2023 haben die NASA-Teams große Fortschritte in der Laserkommunikation gemacht. Nach jahrelanger Arbeit an der Technologie wurde bei diesem Test ein Video von Taters, der Katze, über einen Laserkommunikations-Streaming-Dienst aus 19 Millionen Meilen Entfernung zurück zur Erde gesendet.
Die nächste Runde von Experimenten begann Anfang Juni und umfasste die Verbindung des Pilatus PC-12-Flugzeugs der NASA mit den Instrumenten im Glenn Research Center der NASA in Cleveland über eine Laserverbindung. Im Juli schickte das Team ein 4K-Video vom Flugzeug aus auf eine Rundreise zur Internationalen Raumstation (ISS). Und am 30. Juli wurde kosmischeweiten.de Zeuge des Abschlusses eines weiteren Experiments der Serie, als das Flugzeug einen weiteren Testlauf des sogenannten High-Rate Delay Tolerant Networking Systems (HDTN) durchführte.
„HDTN hat tatsächlich mehrere Weltrekorde gebrochen und einige Premieren für den Weltraum im Allgemeinen und die Vereinigten Staaten erreicht“, sagte Rachel Dudukovich, leitende Ingenieurin für HDTN bei der NASA Glenn gegenüber kosmischeweiten.de. „Wir haben eine sichere Dateiübertragung von der ISS aus demonstriert, was das erste Mal ist, dass das überhaupt demonstriert wurde. Wir haben über 900 Megabit pro Sekunde über die Laserkommunikationsverbindung von der ISS aus demonstriert, was ebenfalls das erste Mal ist, dass dies im Weltraum demonstriert wurde.“
Das Flugzeug, das für die Laserkommunikationsdemo verwendet wurde. (Bildnachweis: kosmischeweiten.de / Meredith Garofolo)
Wie funktioniert das? Im Grunde kann diese Art der Vernetzung ein solarsystemweites Internet schaffen, das zuverlässig und sicher ist und automatisierte Daten mit hohen Datenraten übertragen kann. Bei der jüngsten Demonstration konnte kosmischeweiten.de das Flugzeug beim Start beobachten; kurz darauf begann es, über Laserstrahlen mit einem Team von Wissenschaftlern am Boden zu kommunizieren.
„Wir gehen auf die Herausforderungen der Umwelt ein, wie zum Beispiel lange Verspätungen und wetterbedingte Störungen; die Protokolle, die wir verwenden, sind speziell auf diese Anforderungen zugeschnitten“, sagte Dudukovich. „Wir speichern Daten, wenn die Verbindung unterbrochen wurde, und wenn sie wiederhergestellt ist, fahren wir mit der Datenübertragung fort. Es handelt sich im Wesentlichen um eine Pufferfunktion mit hohen Übertragungsraten.
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Neben dem Live-Streaming und der Übertragung von Videos und Daten wird diese Technologie auch eine Art weltraumweites Netz schaffen, das es den Teams im Weltraum ermöglicht, besser als je zuvor mit der Erde verbunden zu bleiben.
„Wir verfügen über Protokolle und Standards, mit denen ein Weltraumnetzwerk wie das Internet funktioniert, das wir alle mit unserer Konnektivität nutzen. Wenn wir diese beiden Dinge zusammenbringen, können wir beginnen, Dienste für Raumfahrzeuge anzubieten“, sagte Daniel Raible, ein Elektronikingenieur und leitender Forscher bei der NASA Glenn, gegenüber kosmischeweiten.de. „Dienste könnten Dinge sein wie das Senden von Kommando- und Kontrolldaten, das Abrufen von Telemetriedaten von Fahrzeugen und auch bei unseren bemannten Raumfahrtmissionen das Hin- und Herschicken von Textnachrichten und E-Mails und auch Videokonferenzen.“
In der Vergangenheit haben sich NASA-Missionen auf Radiowellen verlassen, um Informationen sowohl ins All als auch zurück zur Erde zu bringen. Der Unterschied zwischen Laser- oder optischer Kommunikation und Radiowellen besteht darin, dass Forscher und Wissenschaftler stattdessen auf Infrarotlicht zurückgreifen, was eine größere Bandbreite und mehr Daten ermöglicht, die von den Raumfahrzeugen über die Laserverbindung zur Erde zurückkommen. Dadurch können auch mehr Dienste trotz großer Zeit- und Entfernungsschwankungen zur Verfügung stehen, da die Wissenschaftler ein so genanntes „Store-and-Forward“-Protokoll verwenden.
„Mit dem Internet – das groß ist und die ganze Welt umspannt – sind wir immer noch innerhalb eines Sekundenbruchteils miteinander verbunden. Auf dem Mond beträgt die Zeitverzögerung mehr als eine Sekunde, und auf dem Mars sind es vier bis 20 Minuten, je nachdem, wo wir uns befinden. Die Software kümmert sich um all diese Verzögerungen und Ausfälle, die bei der Kommunikation von Raumfahrzeugen häufig auftreten“, so Raible. „Wenn wir bei Flugzeugen Ausfälle haben, z. B. eine Wolke, die für eine gewisse Zeit den Himmel verdunkelt, oder ein Flügel, der über den Laser fällt, sind die Ausfälle bei der Sonne ähnlich. Die Software puffert all diese Daten, und wenn die Verbindung wieder verfügbar ist, beginnt sie, sie zu verteilen.“
Der erfolgreiche Testlauf am Dienstag ist nur ein Teil des großen Ganzen.
„Wir sammeln so viele Daten wie möglich, während die Konfiguration in Betrieb ist, und dann gehen [die Forscher] zurück ins Labor und finden heraus, was sie wirklich von dem Programm haben. Man kann sogar im Hangar sitzen und Daten hin- und herschieben“, sagte Mark Russell, ein Forschungspilot bei der NASA Glenn, gegenüber kosmischeweiten.de. „Wir nennen das eine Einrichtung; es ist ein Testfeld. Ein großer Teil unserer Arbeit findet nicht einmal in der Luft statt, sondern wird am Boden integriert und getestet.
„Aber es ist wichtig, und wir sind die einzige Gruppe in der gesamten NASA, die diese Art von Arbeit macht … und ich denke, wir machen das sehr gut.“
