Optische Kommunikation auf CubeSats

Abstract

Die vorliegende Dissertation untersucht den Einsatz und den Entwurf optischer Kommunikationsterminals auf Kleinstsatelliten, sog. CubeSats, mit dem Ziel, höhere Datenraten für die Übertragung von Missionsdaten vom Satelliten zum Boden bereitzustellen. Dadurch können auch Missionen mit hohem Kommunikationsbedarf, wie zum Beispiel Erdbeobachtungsmissionen, unterstützt werden. In den vergangenen Jahren stieg die Auflösung der Sensorik und allgemein der Kommunikationsbedarf in Satellitenmissionen stetig, während gleichzeitig Satelliten immer kleiner und effizienter wurden. Dadurch entstand eine Lücke zwischen dem Bedarf an Datenrate und den Möglichkeiten herkömmlicher funkbasierter Systeme auf Kleinstsatelliten, die zunehmend das Umfeld universitärer Forschung verlassen und in kommerziellen Missionen eingesetzt werden. Optische Kommunikation bietet die Chance, diese Engstelle in der Kommunikation zwischen Satelliten und Bodenstationen durch den Einsatz modulierter Laser zu lösen. Die hohen Frequenzen ermöglichen sehr hohe Datenraten, während das Systemdesign kompakt bleibt. Die hohe Richtwirkung erlaubt eine effiziente Kommunikation sowie gleichzeitig eine gute Abhörsicherheit. Außerdem ist das optische Spektrum nicht reguliert, wodurch Frequenzen unproblematisch allokiert werden können. Die vorliegende Dissertation stellt einen neuartigen Ansatz vor, Optik und Elektronik eng zu verzahnen und weißt in einer Simulation die Tauglichkeit nach.