Laserkommunikation im All

Optische Laserkommunikation (Optical Communications) nutzt Infrarot- oder sichtbare Laserstrahlen statt Radiowellen für die Datenübertragung im Weltraum. Die kürzere Wellenlänge ermöglicht einen schärfer gebündelten Strahl und damit 10- bis 100-fach höhere Datenraten bei gleichem Energieaufwand.

NASAs LCRD (Laser Communications Relay Demonstration, gestartet 2021) demonstrierte Laserkommunikation vom geostationären Orbit zur Erde mit bis zu 1,2 Gbit/s. Die DSOC-Demonstration (Deep Space Optical Communications) auf der Psyche-Mission sendete 2023 erstmals Lasersignale über interplanetare Entfernungen, aus 31 Millionen km Entfernung mit 267 Mbit/s.

Die Herausforderung: Laserstrahlen sind extrem schmal und erfordern präzise Ausrichtung auf Bogensekunden-Niveau. Atmosphärische Turbulenzen stören den Empfang auf der Erde; adaptive Optik und Bodenstationsnetze mildern das Problem. Im Weltraum selbst gibt es keine atmosphärische Störung.

Für Mars-Missionen würde Laserkommunikation die Bandbreite von derzeit ~2 Mbit/s (Radio) auf potenziell Hunderte Mbit/s steigern, genug für hochauflösendes Video von der Marsoberfläche in nahezu Echtzeit (abzüglich der Lichtlaufzeit).

Gerade die Laserkommunikation könnte einen Engpass beseitigen, der die Planetenforschung seit Jahrzehnten ausbremst, denn die mageren Datenraten der Funkverbindung zwingen Missionen ständig dazu, auszuwählen, welche Aufnahmen überhaupt zur Erde geschickt werden. Ein Marsrover oder eine ferne Sonde sammelt weit mehr Daten, als sich über die schmale Radioleitung übertragen lassen, sodass wertvolle Beobachtungen verworfen oder über Wochen tröpfchenweise heruntergeladen werden müssen. Der gebündelte Lichtstrahl der optischen Kommunikation überträgt bei gleichem Energieaufwand ein Vielfaches an Daten und würde damit hochauflösende Bilder und sogar Videos in nahezu Echtzeit ermöglichen. Die Demonstration der DSOC-Technik auf der Psyche-Mission, die Lasersignale über Millionen Kilometer sandte, hat gezeigt, dass das Prinzip auch über interplanetare Entfernungen funktioniert. Die größte Hürde bleibt die extrem präzise Ausrichtung des hauchdünnen Strahls über solche Distanzen sowie die Störung durch die Erdatmosphäre, die Bodenstationen an hohen, trockenen Orten und adaptive Optik erfordert. Die Laserkommunikation gilt damit als der entscheidende Schritt, um die Datenflut künftiger Missionen überhaupt zur Erde bringen zu können.