Normaal gesproken worden satellietdata via radiogolven naar de aarde gezonden. Deze week slaagden onderzoekers van TNO erin om dit met laserlicht te doen. Dat levert een veiliger verbinding op, en er kunnen veel meer data tegelijk mee worden verstuurd.

 

Rond de aarde cirkelen duizenden satellieten, voor observatie-, navigatie- en communicatiedoeleinden. Vaak verrichten deze metingen of maken ze foto’s, waarna ze de gegevens naar bijvoorbeeld wetenschappers of militairen op aarde sturen.

Tot nu toe gebeurt dit vrijwel altijd via radiogolven. Hiermee kunnen data reizen met een snelheid van honderden of soms zelfs duizenden megabits per seconde.

Dat kan nog meer worden als de data niet met radiogolven, maar met laserlicht worden verstuurd. Omdat de frequentie van laserlicht hoger is dan die van radiogolven, kan laserlicht namelijk meer informatie per tijdsinterval bevatten. Het scheelt een factor honderd tot duizend.

 

SmallCAT

Onderzoekers van onder andere TNO werken daarom aan dataoverdracht per laser. Deze week maakte het onderzoeksinstituut bekend dat het is gelukt om data met een lasercommunicatietechniek vanaf een satelliet naar een grondstation in Den Haag te sturen.

Ze gebruikten hiervoor het lasercommunicatieysteem SmallCAT (Small Communication Active Terminal). Dit bevindt zich aan boord van een satelliet van de Noorse ruimtevaartorganisatie NOSA, die in april 2023 werd gelanceerd door SpaceX.

 

Héél precies richten

De grote uitdaging was om de informatie precies op de plek van bestemming te krijgen. Een laserstraal is een zeer smalle lichtbundel, en de SmallCAT vliegt op een afstand van vijfhonderd kilometer van de aarde – dat is alsof je vanuit Heerenveen op de Eiffeltoren moet richten – en dan ook nog met een snelheid van 28.000 kilometer per uur. De satelliet moet dus exact weten waar het grondstation zich bevindt.

Om dat voor elkaar te krijgen, bedachten de onderzoekers de volgende strategie.

Als de satelliet een grondstation nadert, stuurt hij via radiogolven gps-gegevens door van de afgelopen twaalf uur, waaruit de baan waarin hij zich bevindt exact kan worden bepaald. Hieruit berekenen algoritmen heel precies waar en wanneer de satelliet zichtbaar zal zijn vanaf het grondstation – een tijdsinterval van zo’n tien minuten. Vanuit het grondstation wordt dan eerst een laserstraal naar de satelliet gestuurd, als een soort baken waarop de satelliet zich kan richten, waarna de SmallCAT uiteindelijk de data met een laserstraal naar de exacte locatie van het grondstation zendt.

 

Toepassingen

‘Satellietdata versturen met laserlicht zal in de toekomst steeds belangrijker worden’, zegt Kees Buijsrogge, directeur Space & Scientific Instrumentation bij TNO. ‘Of het nu gaat om het versturen van hoge resolutie filmpjes of gegevens van sensoren: de hoeveelheid data groeit.’

Bovendien is informatieoverdracht met optische technologie (dus met laserlicht) een veiliger manier om data over te brengen, wat van belang is voor defensie maar bijvoorbeeld ook voor het bankwezen. Dit omdat een laserstraal zeer sterk gebundeld is, en niet wijd uitwaaiert zoals radiogolven. Dat maakt afluisteren lastiger.

Ook is een lasersysteem kleiner, lichter en energiezuiniger dan een systeem dat werkt met radiogolven, en is het radiofrequentiespectrum al aardig vol aan het raken.  

 

Andere initiatieven

‘Wij zijn niet de eersten die erin zijn geslaagd om gegevens met optische technologie te transporteren’, zegt Buijsrogge. ‘Dat waren de ESA en Airbus, met hun European Data Relay Satellite System, ofwel EDRS.' 

Dat systeem stuurde echter gegevens van de ene satelliet naar de andere, en hoefde dus niet door de atmosfeer van de aarde. En juist het verstorende effect van die atmosfeer maakt de operatie lastig.

 

Kleine satellieten

Buijsrogge: ‘Het is ook onderzoekers in Amerika, Japan en Duitsland al gelukt data met lasers door de atmosfeer te transporteren, maar zij gebruiken daarbij hele grote systemen. Wij zijn de eerste die het met kleine satellieten doen: de SmallCAT is een kubus van 10 x 10 x 10 centimeter. En dat is nodig als we er straks grote constellaties van duizenden satellieten van willen maken, vergelijkbaar met Starlink van Elon Musk.

De bedoeling is dat SmallCAT uiteindelijk ook met andere Europese grondstations kan communiceren, en dat het ook in andere satellieten wordt ingebouwd, zodat er een betrouwbaar lasercommunicatienetwerk ontstaat: het Optical Nucleus Network. 

 

Openingsbeeld: TNO