24.05.2023

Smarte Kommunikation aus dem Orbit

Kommunikationssatellit der Heinrich-Hertz-Mission ist bereit für den Start.

Die Ansprüche an Kommunikations­satelliten wachsen so rasant wie die weltweite Kommunikation zunimmt. Daher müssen zukunftsfähige Kommunikations­satelliten mit sehr viel leistungsfähigeren Technologien arbeiten. Mit „Heinrich Hertz“ startet die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR am 16. Juni 2023 eine eigene nationale Kommunikations­satelliten-Mission, die nach mehr als achtzehn Jahren Abstinenz nationale Systemfähig­keiten auf diesem Gebiet wieder umfänglich demonstriert. Die Technologien an Bord sollen auf die künftigen Herausforderungen im Bereich der Satelliten­kommunikation smart und flexibel reagieren und auch zukünftige Kommunikations­szenarien unterstützen können. Der dreieinhalb Tonnen schwere Satellit wird als eine von zwei Nutzlasten mit der letzten euro­päischen Ariane-5-Trägerrakete (Typ ECA) vom europäischen Raum­flughafen in Kourou (Französisch-Guayana) seine Reise ins All antreten. Es ist der 117. Start der Ariane-5. 

Abb.: Am 16. Juni 2023 soll der deutsche Kommunikations­satellit Heinrich...
Abb.: Am 16. Juni 2023 soll der deutsche Kommunikations­satellit Heinrich Hertz an Bord der letzten Ariane-5-Rakete starten. (Bild: DLR)

Mit Experimenten zur Kommunikations-, Antennen- und Satelliten­technik, die von deutschen Forschungs­instituten und Industrie­unternehmen entwickelt und gebaut wurden und werden, sollen diese Technologien nun im Weltall verifiziert beziehungsweise unter realen Einsatz­bedingungen erprobt werden. Mit der Betankung des Satelliten vom 19. bis 24. Mai 2023 am „Centre Spatial Guyanais“ (CSG) ist die Mission dem Start nun einen bedeutenden Schritt nähergekommen. Nach seinem Start soll der Satellit fünfzehn Jahre lang in einer Höhe von rund 36.000 Kilometern auf einem geo­stationären Orbit kreisen.

„Der Hamburger Physiker Heinrich Hertz war ein Pionier in der Kommunikations- und Medien­technologie. Ohne ihn wären Mobiltelefone, Fernsehen und Internet heute nicht denkbar. Die Heinrich-Hertz-Mission leistet ebenfalls Pionierarbeit. Wir schicken einen intelligenten Satelliten ins All, der Informationen selbstständig an Bord verarbeiten kann. Seine Instrumente können dann von der Erde aus flexibel an neue technische Ansprüche und Markt­bedingungen angepasst werden. Im übertragenen Sinne wächst der smarte Satellit also im Weltraumeinsatz mit seinen Aufgaben“, sagt Walther Pelzer, DLR-Vorstand und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. Auch die Stärke des Signals und die Bandbreite können im Orbit angepasst werden. Zudem kann Heinrich Hertz durch flexible Anpassung an bestehende Systeme aufgrund digital skalierbarer Bandbreiten, von Breitband- bis hin zu Schmalband­anwendungen, an neue Kommunikations­standards angepasst werden.

Daten empfangen und weiterleiten – darauf beschränkt sich die normale Arbeitsweise eines Kommunikations­satelliten. Doch wäre es nicht viel praktischer, wenn die eintreffenden Informationen bereits an Bord gefiltert und weiterverarbeitet werden könnten? Genau dafür ist der Heinrich-Hertz-Satellit zusätzlich mit kleinen Rechnern ausgestattet worden. Diese On-Board-Prozessoren sind neuartige Computer, die auf Satelliten die empfangenen Signale interpretieren, neu erzeugen und zum Boden senden können. Die Prozessoren sind flexibel programmierbar und ermöglichen eine digitale Signalverarbeitung an Bord von Satelliten. „Bei der langen, fünfzehn­jährigen Missionsdauer von Heinrich Hertz können so die Fähigkeiten des Satelliten an die sich stetig ändernden technischen Ansprüche kontinuierlich angepasst werden. Auf diese Weise machen diese Prozessoren die Mission zu einem sehr flexiblen Werkzeug, mit dem Wissen­schaftlerinnen und Wissenschaftlern auch Frage­stellungen der Zukunft im Orbit untersuchen können“, sagt Heiko Ultes, Projektleiter der Heinrich-Hertz-Mission.

Für den Raketenstart werden chemische Triebwerke mit hoher Schubkraft eingesetzt. Sie tragen Rakete und Satellit in die geplante Umlaufbahn. Dort angekommen, können Orbit und Ausrichtung des Satelliten im Vakuum mit elektrischen Triebwerken wesentlich effektiver und vor allem präziser als mit chemischen gesteuert werden. Elektrische Antriebe können das Gewicht senken und somit Kosten sparen oder den Treibstoffanteil und damit die Betriebsdauer bzw. die Nutzlastkapazität erhöhen; denn durch die Ionisierung des gasförmigen Treibstoffes kann, im Vergleich zu chemischen Antrieben, ein deutlich höherer spezifischer Impuls erzeugt werden. Das elektrisch betriebene „High Efficiency Multi Stage Plasma“ (HEMP)-Triebwerk, das bei der Heinrich-Hertz-Mission Kurs­korrekturen im Zielorbit vornimmt, hat einen fünfmal höheren spezifischen Impuls als die besten chemischen Triebwerke.

DLR / JOL

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