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„Glasfasernetz am Himmel“ nähert sich Technologiereifegrad Stufe 5

Während Europas Glasfasernetz noch im Ausbau begriffen ist, könnte bereits 2025 die Einrichtung einer gleichwertigen Technologie in der erdnahen Umlaufbahn beginnen. Satellitenkonstellationen mit optischen Speiseverbindungen haben gegenüber den vorhandenen Alternativen zwei wesentliche Vorteile: Mit ihnen sind die entlegensten Gebiete der Erde zu erreichen, und sie bieten schnelle und stabile Verbindungen zu beweglichen Zielen wie etwa Flugzeugen und Booten.

Weltraum

So überraschend es auch im Jahr 2020 klingen mag: Es gibt immer noch einige abgelegene Gebiete auf der Welt, in die man zwar reisen kann, aber in denen es keinerlei Internetverbindung gibt. Die Dinge verändern sich jedoch schnell. Während die im letzten Jahrzehnt gestartete erste Generation von Satelliten mit hohem Durchsatz in Europa und Nordamerika aufgrund ihrer hohen Latenz, begrenzten Kapazität und hohen Kosten nur mäßigen Erfolg hatte, sind die Satellitenkonstellationen in erdnaher Umlaufbahn bereits weitaus vielversprechender. Bei den Konstellationen in erdnaher Umlaufbahn in Form hunderter Satelliten, die auf erdnahen und mittleren Erdumlaufbahnen unterwegs sind und weniger als eine Million EUR pro Einheit kosten, sind handelsübliche genormte Bauteile im Einsatz, um die Kosten zu senken. Der einzige Nachteil dieses Ansatzes ist die begrenzte Lebensdauer, da diese Komponenten nicht für den Einsatz im Weltraum ausgelegt sind. Als nächstes geht es in der Forschung und Entwicklung um Satellitenkonstellationen mit optischen Inter-Satelliten-Verbindungen (sogar als optische Speiseverbindungen). „In einer Konstellation mit optischen Inter-Satelliten-Verbindungen werden die Satelliten zu Knoten eines vermaschten fliegenden optischen Netzwerks, das über Funkfrequenz mit den Nutzenden und über Gateways mit dem Internet-Netzwerk verbunden ist“, erklärt Karen Ravel, Projektmanagerin bei Sodern und Koordinatorin des Projekts SODaH. Das SODaH-Konsortium bezeichnet dieses System als „Fiber in the Sky“ und hat mit Unterstützung innerhalb von Horizont 2020 Technologien zur seiner Optimierung entwickelt. Mehrere Grundvoraussetzungen dieser Technologie existieren bereits und gelten als ausreichend ausgereift für High-End-Anwendungen. Die Kommunikation über optische Inter-Satelliten-Verbindungen zwischen den Satelliten kann in Laserkommunikationsterminals, dem digitalen Prozessor an Bord und dem Funkfrequenzempfänger verarbeitet werden. Da Satellitenkonstellationen jedoch typischerweise aus kleineren und kostengünstigeren Satelliten bestehen, die vielseitiger und rekonfigurierbarer sein müssen, sind noch beträchtliche Lücken zu füllen. Es müssen erst noch neue Nutzlastkonzepte, die als Funkfrequenz-/Photonik-Konverter und -Router fungieren, entwickelt werden. „Zur Erfüllung dieser Anforderungen haben wir uns auf die Entwicklung einer P_MRD-Einheit (Photonic Modulation Routing and Digitalisation) konzentriert. Die P_MRD dient als Schnittstelle zwischen den optischen Inter-Satelliten-Verbindungen der Satelliten (typischerweise vier pro Satellit) und dem digitalen Nutzlastprozessor (der über Funkfrequenzantennen mit Endbenutzern und Gateways verbunden ist). Sie ist der Schlüssel zu Flexibilität, effizientem Routing, Redundanz und modernem Signal-Multiplexing“, erklärt Ravel. Seit dem Ende des Jahres 2018 wird im Rahmen des Projekts SODaH eine derartige P_MRD-Einheit entwickelt, damit sie ab 2025 für Konstellationen zukünftiger Generationen bereitsteht. Das Projekt hat bereits seinen ersten Meilenstein erreicht. Es wurden vier Entwicklungsziele erreicht: Untersuchung der Leistungsdaten der möglichen Konstellationen, Bestimmung der Nutzlastarchitektur zur Realisierung des erforderlichen Durchsatzes, Ableitung der Spezifikationen für die optische Teilausrüstung für Iteration und Fertigstellung und Aufstellung eines Versuchsplans zur Charakterisierung des Nutzlastdemonstrators auf Systemebene. Nun ist bereits ein weiterer wichtiger Meilenstein in Reichweite: die Entwurfsüberprüfung der P_MRD-Einheit, die bis Ende Oktober 2020 abgeschlossen sein sollte. Bis zum Projektende im weiteren Verlauf dieses Jahres sollte die P_MRD-Einheit den Technologiereifegrad Stufe 5 erreicht haben. Von dort aus wird der Weg zur kommerziellen Nutzung von mit optischen Inter-Satelliten-Verbindungen ausgestatteten Satellitenkonstellationen verlaufen. Die Endnutzung dürfte dann von satellitengestützten Verbindungen mit Datenübertragungsraten von mehr als 100 Mbps profitieren, die sich nahtlos in 5G-Netze integrieren lassen, was nicht nur für abgelegene, unversorgte Gebiete, sondern auch im Zusammenhang mit beweglichen Endgeräten auf Booten und in Flugzeugen von beträchtlichem Interesse wäre.

Schlüsselbegriffe

SODaH, Satellit, Internet, 5G, abgelegene Gebiete, Konstellation, Optische Inter-Satelliten-Verbindungen, Satelliten mit hohem Durchsatz

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