Deep-Space Optische Kommunikation

General Atomics Synopta hat zur Entwicklung sowohl des Psyche Adaptive Receive Optical Bench als auch des ULTIMA Ground Multi-Beam High-Power Fiber Laser Transmission System beigetragen. Beide Projekte waren Teil von Europas erster optischer Deep-Space Communications Kampagne - eine bi-direktionale Verbindung mit dem Deep Space Optical Communications (DSOC)-Experiment der NASA an Bord der Psyche-Mission unter der Leitung der Europäischen Weltraumorganisation (ESA).

Zwischen Juli und August 2025 führte die ESA erfolgreich eine Serie von vier zunehmend komplexeren optischen Deep-Space Kommunikationsverbindungen mit dem DSOC-Experiment der NASA an Bord der Raumsonde Psyche durch. Diese befand sich zum Ende der Kampagne in einer Entfernung von über 300 Millionen Kilometern von der Erde entfernt. Die erste Verbindung, die am 7. Juli 2025 [1] hergestellt wurde, war die erste optische Deep-Space Kommunikationsverbindung, die von einem europäischen Bodensegment aus realisiert wurde. Bei der vierten und letzten Verbindung hatte das Team die Entfernungsschwelle von zwei Astronomischen Einheiten überschritten und empfing erfolgreich eine Datenübertragung mit Geschwindigkeiten von bis zu 1,8 Mbit/s [2]. Die bidirektionale Deep-Space Kommunikationsverbindung zur Erde bestand aus folgenden Systemen:

• Ground Laser Receiver (GLR) - Downlink: Quelle mit einer Wellenlänge von 1550 nm, empfangen über den adaptiven Optik Receiver, der am 2,2-m-Aristarchos-Teleskop im Helmos-Observatorium in Griechenland angebracht ist [3, 4]
  
  
• Ground Laser Transmitter (GLT) - Uplink: Quelle mit einer Wellenlänge von 1064 nm, übertragen über das ULTIMA Ground Multi-Beam-System – Leistung 4 kW (Modulation mit 50 % Duty Cycle) – betrieben vom Kryoneri-Observatorium in Griechenland aus [5].

Diese Errungenschaft wurde von einem Konsortium europäischer Unternehmen erzielt, darunter GA Synopta (CH), qtlabs (AT), Single Quantum (NL), qssys (DE), Safran Data Systems (FR) und Hamamatsu Photonics K.K (JP) in Zusammenarbeit mit dem Nationalen Observatorium von Athen. Dabei wurde der Grundstein für das von der ESA vorgeschlagene ASSIGN-Programm (Advancing Solar System Internet and GrouNd) [2] gelegt.

Im Rahmen einer Folgeaktivität mit der ESA wurde die GLR-Technologie an das 3,6-m-New-Technology-Telescope (NTT) in La Silla, Chile, angepasst (ALGOS DSOC, ESA AO/1-12073/24/D/MB). Im Rahmen des Projekts wurde ein Machbarkeits-Trade-Off zwischen acht großen Teleskopen weltweit durchgeführt. Das NTT der ESO wurde für den Nachweis ausgewählt, dass das GLR an Teleskope angepasst werden kann, die größer sind als das Aristarchos-Teleskop. Dazu wurden ein GLR-Adapter und -Emulator entworfen, hergestellt und getestet, um alle Schnittstellen zwischen dem NTT und einem potenziell aufgerüsteten GLR zu validieren. Während der Testkampagne vor Ort im März 2026 wurden alle Schnittstellen (optisch, mechanisch, elektrisch, softwarebezogen) erfolgreich validiert. Die Erfassung und Grobnachführung von Objekten des Sonnensystems mit einer Genauigkeit von 1 Bogensekunde wurde unter Verwendung des Teleskopsteuerungssystems demonstriert. Der GLR-Adapter und der GLR-Emulator, die am Nasmyth-B-Anschluss des NTT montiert sind, sind unten abgebildet.

Referenzen:
[1] European Space Agency. “Europe's first deep-space optical communication link” (10 July 2025).
     https://www.esa.int/Enabling_Support/Operations/Europe_s_first_deep-
     space_optical_communication_link
[2] European Space Agency. “ESA wraps up 300-million-kilometre optical communication campaign”
     (27 August 2025).
      https://www.esa.int/Enabling_Support/Operations/ESA_wraps_up_300-million-
     kilometre_optical_communication_campaign  
[3] Johannes Pseiner, Lukas Bulla, Johannes Handsteiner, Edgar Fischer, Klaus Kudielka, Christoph Fischer
     et al. "Deep-space optical communication telescope for ESA’s ground laser receiver for ESA/NASA
     Psyche deep space optical communication demonstration", Proc. SPIE 13699, International Conference
     on Space Optics — ICSO 2024, 136993L (28 Jul 2025); https://doi.org/10.1117/12.3075377  
[4] C. Fischer et al., “Ground Laser Receiver for Deep Space Optical Communication”, 10th International
     Workshop on Tracking, Telemetry and Command for Space, 25-28 November 2025, ESA-ESOC,
     Darmstadt.

[5] Michael J. Yarrow, Christoph Fischer, Aaron Buckner, Klaus Kudielka, Edgar Fischer et al. "Ground laser
     transmitter for ESA’s deep-space link with NASA’s Psyche spacecraft", Proc. SPIE 13885, Free-Space
     Laser Communications XXXVIII, 138850Y (5 Mar 2026); https://doi.org/10.1117/12.3087136