Juraj Poliak wusste früh, wo es hingehen soll: Optische Technologien haben ihn schon im Studium fasziniert. Heute erforscht er im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) die Laserkommunikation im freien Raum. "Das ist mein absoluter Traumjob", bekennt der promovierte Elektrotechnik-Ingenieur. Die Technologie für die breitbandige Datenübertragung, ursprünglich für Links zwischen zwei Satelliten entwickelt, wird zunehmend auch für Verbindungen innerhalb der Atmosphäre interessant. Bis sie auf Flugzeugen, Drohnen und für Satelliten-Boden-Links eingesetzt werden kann, ist aber noch viel Forschungsarbeit nötig. Die leisten Juraj Poliak und seine Kolleginnen und Kollegen im DLR-Institut für Kommunikation und Navigation. Nach jahrelanger Vorbereitung gelang ihnen im Herbst 2016 ein Durchbruch: Sie schickten 1,72 Terabit pro Sekunde – das entspricht etwa dem Datenvolumen von 45 DVDs in einer Sekunde – über eine Entfernung von rund zehn Kilometern von einem Laserterminal am Boden zu einem Empfänger auf dem Hohenpeißenberg. Zum ersten Mal weltweit wurde ein solches Datenvolumen im freien Raum übertragen. Mit der erfolgreichen Kampagne konnten sie zeigen, dass es machbar ist: Kommunikationssatelliten mit Terabit-Datenmengen per Laser vom Boden aus zu erreichen.

Experimente mit besonderer Infrastruktur

In Simulationen hatten die Spezialisten vorab festgestellt, dass die Datenverbindung von Bodenstation zu Satellit in etwa die gleichen Störungen aufweist, die auch bei einer drahtlosen Übertragung über zehn Kilometer im Testgebiet nahe Weilheim auftreten. Sie konnten somit unter terrestrischen Bedingungen eine relevante Versuchsumgebung herstellen. Luftflimmern, Umgebungslicht und Umweltverschmutzung in der Erdatmosphäre stören die Verbindung zu geostationären Satelliten, die in rund 36.000 Kilometern Abstand von der Erde positioniert sind. Die Stabilität der Kommunikation ist aber extrem wichtig. Schließlich gehen selbst bei einer kurzen Unterbrechung von nur zehn Millisekunden mehrere Gigabit an Daten verloren. Derzeit arbeitet Juraj Poliak daran, solche Störungen zu kompensieren und den optischen Link noch stabiler zu machen. Per Laser sollen die Satelliten später an das terrestrische Internet angebunden werden. Die Kommunikation mit den Nutzern erfolgt dann in einer üblichen Funkfrequenz der Satellitenkommunikation.

Die Forscher verwenden herkömmliche Glasfaserkomponenten für das Systemdesign. In der Glasfaser wird die Datenmenge erzeugt, die dann über eine große Distanz im freien Raum übertragen und schließlich wieder in eine 10 Mikrometer große optische Faser eingekoppelt wird. Da ist höchste Treffsicherheit nötig. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist etwa 70 Mikrometer dick. Für ihre Testkampagnen greifen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im DLR auf eine einzigartige Infrastruktur zurück. Juraj Poliak nutzt zum Beispiel modernste Laserterminals und eine optische Bodenstation auf dem Dach des Institutsgebäudes. Auch ein mobiles Empfangsterminal steht bereit, das die Experten in nationalen und internationalen Projekten einsetzen.

Globales Breitband-Internet

Nach intensiver Laborarbeit sind in diesem Sommer weitere Feldversuche in Oberbayern geplant. Dabei wollen die Forscher die Eigenschaften der Atmosphäre und ihre Störung des Laserstrahls genau untersuchen. Für Satellitenkommunikation mit hohen Datenmengen ist es zunächst wichtig, den atmosphärischen Übertragungskanal zu modellieren und besser zu verstehen. Basierend darauf entwickeln sie dann ein geeignetes Systemkonzept, das die Entwicklung neuer Kommunikationstechnologien mit geostationären Satelliten ermöglichen wird. "Wir möchten Internet mit hohen Übertragungsgeschwindigkeiten auch außerhalb von großen Städten verfügbar machen", erklärt Juraj Poliak. "Terrestrische Verbindungen mit hohen Übertragungsraten, wie etwa Glasfaserverbindungen, gibt es dort bisher kaum." In der optischen Freiraumkommunikation sieht er großes Potenzial. Mit seinem Team schafft er die Voraussetzung dafür, es zu nutzen.


Zurück zur Übersicht des DLR >>