Laser und optische Systeme im All

Auf der Erde herrschen Kriege und durch den Klimawandel häufen sich die Naturkatastrophen, so dass Katastrophenmanagement immer wichtiger wird. Momentan ist es schwierig, Ersthelfer schnell über die Umstände in Krisengebieten zu informieren, da oft die vorhandene Infrastruktur so stark beschädigt wird, dass herkömmliche Kommunikationsmittel nicht mehr verwendet werden können. Aushilfe soll der Space-Data-Highway schaffen, indem im Erdorbit platzierte Satelliten die Lage am Boden scannen und die Informationen direkt an Hilfskräfte weitergeleitet werden.

Der Space-Data-Highway ist eine von Airbus Defence and Space ins Leben gerufene "Weltraumdatenautobahn" und soll die Geschwindigkeit der Satellitenkommunikation entscheidend verbessern. Die lasergestützte Ultra-Breitbandkommunikation liefert im Zusammenspiel mit den im geostationären Orbit platzierten Relaissatelliten einen sicheren Datentransfer, der nahezu in Echtzeit erfolgt. Verzögerungen in der Datenübertragung gehören somit der Vergangenheit an. Von Erdbeobachtungssatelliten, luftgestützten Plattformen oder sogar der Internationalen Raumstation ISS lassen sich so bis zu 40 Terabyte pro Tag mit einer Datenrate von 1,8 GBit/s übermitteln. Der Space-Data-Highway bietet komplett neue Möglichkeiten, etwa bei der Bewältigung von humanitären Krisensituationen, der Sicherung des Schiffsverkehrs oder beim Umweltschutz. Die Datenautobahn wird im Rahmen einer Public-Private-Partnerschaft zwischen der Europäischen Weltraumorganisation ESA und Airbus Defence and Space umgesetzt. Auch das Deutsche Zentrum für Luft und Raumfahrt leistet einen wesentlichen Beitrag zur Finanzierung des Systems. Als weltweit erster lasergestützter, kommerzieller Datenrelaisdienst ist der Space-Data-Highway ein Musterbeispiel für zukunftsorientierte Innovation. Der erste Relaissatellit des Space-Data-Highway Programms wurde am 30. Januar 2016 gestartet. Airbus Defence and Space plant des Weiteren, das Space-Data-Highway-System um den Satelliten EDRS-D über der Region Asien-Pazifik zu erweitern. Dieser dritte Netzknoten ist der nächste Schritt in Richtung des weltraumgestützten Gegenstücks zum terrestrischen Glasfasernetz. EDRS-D wird mit mehreren Laserterminals ausgestattet sein, die optische bidirektionale Verbindungen für verschiedene Kunden, Satelliten und Flugzeuge gleichzeitig herstellen können. Das System ermöglicht auch die äußerst schnelle und hochsichere Übertragung von Daten zu einem anderen Relaissatelliten und damit auf die andere Seite der Erdkugel.

Dies hört sich doch erst einmal ziemlich gut an, oder? Natürlich muss an diesen Technologien noch weiter geforscht werden, aber was bisher nur als Science-Fiction galt, wird nun zu Science. Es werden große Fortschritte erwartet, wobei die Photonik eine entscheidende Rolle spielen wird. Möchtest du zu diesen Fortschritten beitragen? Die Menschheit wird einen großen Schritt in Richtung Verbesserung der Lebensumstände machen können, wenn die Technologien richtig eingesetzt und weiterentwickelt werden.

Allerdings: Durch Klimawandel, Asteroideneinschläge und Epidemien sei die Erde in 100 Jahren nicht mehr bewohnbar, so Stephen Hawking. Was bleibt da noch? Die Umsiedlung der Menschheit ins Weltall. Bisher wird schon der Aufbau von Kolonien auf dem Mars empfohlen, die sich selbst versorgen können, diese sind auch schon in Arbeit. Allerdings denkt Hawking über unser Sonnensystem hinaus: Er möchte das nächstgelegene Sternensystem, Alpha-Centauri, erforschen. Deshalb soll ein unbemanntes Miniraumschiff, bestehend aus einem Nanochip und befestigt an einem riesigen Segel aus Microsynthetik, mit Hilfe von Laserantrieb ins All geschossen werden. Das Projekt nennt sich "Breakthrough Starshot", wird geleitet von Stephen Hawking und weiteren Wissenschaftlern und Milliardären und soll innerhalb der nächsten Jahre auf seine Machbarkeit geprüft werden. Bisher sind die Technologien, besonders das Segel und der Antrieb, nur theoretisch möglich, allerdings ist die Wahrscheinlichkeit einer zukünftigen Umsetzung durch weitere Forschungsfortschritte sehr hoch. Die bisher nur als theoretisches Konzept existierende Antriebstechnik soll so funktionieren, dass von der Erde aus ein leistungsstarker Laser auf das Segel mit dem Miniraumschiff geschossen wird. Durch den Rückstoß der Photonen könne es dann binnen zehn Minuten auf ein Viertel oder ein Fünftel der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Der Laser müsse dabei eine Leistungsfähigkeit von etwa einhundert Atomkraftwerken erreichen. Ein weiteres Problem sei, wenn die Sonde Alpha-Centauri tatsächlich erreichen würde, dass man das Miniraumschiff wieder abbremsen müsse, was erneut einen hohen Energieaufwand benötigen würde. Deshalb könnte das Ganze auf eine "Fly-By"-Mission hinauslaufen: Auf einen ungebremsten Vorbeiflug mit einem sehr kurzen Zeitfenster für Fotos. Außer natürlich, jemand findet einen Weg, dieses Abbremsen möglich zu machen.

Vielleicht du? Liegt die Zukunft der Menschheit also in den Sternen? Möchtest du ein Teil der Zukunft sein und die Chance bekommen, etwas zu verändern? Wenn du dich für die Naturwissenschaften interessierst, Experimente, Technik und Forschung liebst und Lust hast auf eine enge, familiäre Zusammenarbeit mit Kommilitonen und Dozenten in deinem Studium, dann studiere Lasertechnik und Photonik am Fachbereich Physikalische Technik in Steinfurt! Zeig's Hawking und rette die Menschheit!