Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat einen außergewöhnlichen Erfolg bei der Demonstration einer revolutionären Technologie bestätigt, die die Art und Weise, wie wir mit Missionen im tiefen Weltraum kommunizieren, für immer verändern wird. Im Sommer 2025 wurde eine Serie von vier erfolgreichen optischen Kommunikationstests mit der NASA-Raumsonde Psyche durchgeführt, die sich derzeit in einer Entfernung von mehr als 300 Millionen Kilometern von der Erde befindet. Alle vier Versuche, eine Laserverbindung herzustellen, von denen jeder technisch anspruchsvoller war als der vorherige, wurden mit vollem Erfolg gekrönt und demonstrierten die europäische Bereitschaft für eine neue Ära des interplanetaren Internets.

Dieses technologische Meisterstück ist nicht nur ein Test; es stellt einen entscheidenden Schritt in eine Zukunft dar, in der riesige Datenmengen, einschließlich hochauflösender Videos und komplexer wissenschaftlicher Daten, vom Mars, Jupiter und darüber hinaus nahezu in Echtzeit gesendet werden können. Im Gegensatz zu herkömmlichen Radiofrequenzwellen (RF), die seit Jahrzehnten verwendet werden, bieten Laserstrahlen deutlich höhere Datenübertragungsraten und ermöglichen die Übertragung von hochauflösenden wissenschaftlichen Informationen, Videos und Telemetriedaten in bisher unvorstellbaren Mengen. Die optische Kommunikation verwendet Lichtphotonen zur Informationsübertragung, was wesentlich engere und konzentriertere Strahlen ermöglicht, wodurch der Signalverlust über große Entfernungen verringert wird und kleinere und leichtere Kommunikationssysteme auf den Raumfahrzeugen selbst erforderlich sind.

Historisches Lasersignal aus Europa in den tiefen Weltraum

Der erste entscheidende Moment in dieser ehrgeizigen Kampagne ereignete sich am 7. Juli 2025. An diesem Abend feuerte der tragbare bodengestützte Lasersender (Ground Laser Transmitter - GLT) der ESA, der vorübergehend im Kryoneri-Observatorium in Griechenland installiert war, einen präzise ausgerichteten Laserstrahl auf die berechnete Position der NASA-Raumsonde Psyche. Die Sonde, die gestartet wurde, um den gleichnamigen metallischen Asteroiden zu erforschen, von dem man annimmt, dass er der Überrest des Kerns eines alten Protoplaneten ist, wurde dank des experimentellen Systems für optische Kommunikation im tiefen Weltraum (Deep Space Optical Communications - DSOC) der NASA, das sie an Bord hat, zum idealen Partner in diesem bahnbrechenden Unterfangen.

Nach etwa fünfzehn Minuten, der Zeit, die das Licht benötigte, um die gewaltige Entfernung zurückzulegen, detektierte das DSOC-Instrument auf Psyche erfolgreich das ankommende Signal. Fast augenblicklich antwortete das System mit einem eigenen Laserstrahl, der zurück zur Erde gerichtet war. Dieses Rücksignal wurde vom bodengestützten Laserempfänger (Ground Laser Receiver - GLR) der ESA im Helmos-Observatorium, etwa 37 Kilometer vom Sender in Kryoneri entfernt, aufgefangen. Die gesamte Kommunikationsschleife, vom Senden bis zum Empfang der Antwort, dauerte etwa 30 Minuten und ging damit als erste erfolgreiche optische Verbindung mit einer Raumsonde im tiefen Weltraum, die von europäischem Boden aus realisiert wurde, in die Geschichte ein. Für die Zwecke der Kampagne wurden diese beiden griechischen Observatorien, die normalerweise für astronomische Beobachtungen bestimmt sind, vorübergehend in ein leistungsstarkes Kommunikationsduo umgewandelt.

Beharrlichkeit und Stabilität: Aufrechterhaltung der Verbindung über kosmische Entfernungen

Nach dem anfänglichen Erfolg konzentrierten sich die ESA-Teams auf die nächste, noch größere Herausforderung: die Aufrechterhaltung einer kontinuierlichen und stabilen Verbindung mit einer sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Raumsonde. Die beiden folgenden Tests waren genau dem gewidmet. „Diese Versuche ermöglichten es uns, der Raumsonde den stabilsten möglichen terrestrischen Laser-‚Leuchtturm‘ zur Verfügung zu stellen, damit sie zuverlässig Daten an unseren Empfänger auf der Erde senden konnte“, erklärte Clemens Heese, Leiter der Abteilung für optische Technologien der ESA und Projektleiter für die DSOC-Demonstration.

Der Aufwand hat sich gelohnt. Die Technik funktionierte einwandfrei, und während des dritten Versuchs gelang es dem Team, einen ununterbrochenen Datenstrom mit einer Geschwindigkeit von 1,3 Megabit pro Sekunde (Mbps) zu empfangen. Sie entschlüsselten erfolgreich alle empfangenen Informationen, die aus einer Entfernung von etwa dem Doppelten der Entfernung der Erde von der Sonne stammten. Eine solche Stabilität auf so extreme Entfernung zu erreichen, erforderte eine unglaubliche Zielgenauigkeit und ständige Korrekturen, um die Bewegung der Erde, die Rotation des Planeten und die Flugbahn der Sonde selbst zu kompensieren.

Höhepunkt der Kampagne: Jagd auf Photonen und die Katze, die das Sonnensystem eroberte

Der vierte und letzte Test verschob die Grenzen des Möglichen. Diesmal verfolgte der Empfänger im Helmos-Observatorium die Sonde, als sie sich tief am Horizont befand, was bedeutete, dass das Signal einen dichteren und turbulenteren Teil der Erdatmosphäre durchqueren musste. Atmosphärische Turbulenzen sind der größte Feind der optischen Kommunikation, da das „Flimmern“ der Strahlen zu einem Verbindungsabbruch führen kann. Trotzdem verfolgte das hochentwickelte System in Helmos, dessen Detektor auf eine Temperatur von nur 1 Kelvin (-272,15 °C) gekühlt wurde, um einzelne Photonen registrieren zu können, Psyche erfolgreich.

Im Gegensatz zu den vorherigen Übertragungen, die Testdaten enthielten, brachte diese eine unerwartete und sympathische Überraschung. Aus einer Entfernung von über 300 Millionen Kilometern, mit einer Geschwindigkeit, die bis zu 1,8 Mbps erreichte, kam ein Video von einer Katze namens Tater, die einen Laserpunkt jagte. Dieser Schachzug, der vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA konzipiert wurde, war nicht nur ein Scherz, sondern eine clevere Demonstration der Fähigkeit des Systems, hochauflösende Videos über interplanetare Entfernungen zu übertragen und damit die Tür für zukünftige Live-Übertragungen von anderen Planeten zu öffnen.

Andrea Di Mira, Projektleiter für den GLT der ESA, betonte die Komplexität dieser Operation: „Mit der vierten Verbindung haben wir die Schwelle von zwei astronomischen Einheiten überschritten. Dies erforderte eine äußerst komplexe Operation mit parallelen Aktivitäten. Die Signallaufzeit von etwa 34 Minuten ließ uns sehr wenig Spielraum, um die Ausrichtungswinkel des Lasers anzupassen. Wir haben jede Aktivität sorgfältig geplant, Backup-Szenarien vorbereitet und jedes System präzise kalibriert, um unsere Hochleistungsstrahlen mit einer Genauigkeit von einer Bogensekunde auszurichten und sie stabil auf Psyche gerichtet zu halten.“

Komplexe Orchestrierung hinter den Kulissen

Während aller vier Tests diente das Helmos-Observatorium nicht nur als Standort für den Empfänger, sondern auch als Hauptoperationszentrum der ESA. Von dort aus koordinierte das Team jeden Vorbeiflug der Sonde, einschließlich der Kommunikation zwischen dem GLR, dem GLT und dem Team des DSOC-Flugterminals am JPL in Südkalifornien. Aufgrund der riesigen Entfernungen und der Signalverzögerungen musste jede Aktion im Voraus geplant und koordiniert werden.

„Es war wie das Dirigieren eines Orchesters: Jeder Schritt musste perfekt zeitlich abgestimmt sein, damit uns jede Entscheidung dem optimalen Punkt für die Verfolgung von Psyche und die Maximierung des Signalempfangs näher brachte“, sagte Sinda Mejri, Projektleiterin für den GLR der ESA. „Das Flugterminal-Team am JPL schickte uns kontinuierlich Metriken zur Signalstärke von der Sonde zurück nach Griechenland, während wir einen vordefinierten Entscheidungsbaum ausführten, um die Scanmuster und die Strahlausrichtung anzupassen.“

Blick in die Zukunft: Von der Datenanalyse zu Missionen zum Mars

Nach dem erfolgreichen Abschluss der Kampagne werden die gesammelten Daten einer detaillierten Analyse unterzogen, um die Leistung jedes Systems zu bewerten und die Technologie weiter zu verfeinern. Es ist geplant, das Helmos-Teleskop aufzurüsten, um seine Fähigkeiten zu verbessern, und es werden auch zukünftige Aktivitäten für den GLT-Sender in Betracht gezogen. Es laufen bereits Gespräche über mögliche neue Experimente am Himmel im Jahr 2026.

Mehran Sarkarati, Leiter der Abteilung für Bodenstationstechnik der ESA, betonte die strategische Bedeutung dieses Erfolgs: „Autonome und widerstandsfähige Konnektivität ist entscheidend für die Souveränität, nicht nur auf der Erde, sondern auch im Weltraum. Diese Demonstration stellt einen entscheidenden Schritt zur Etablierung des europäischen Zugangs zu optischen Kommunikationsnetzen mit hoher Kapazität für den Mond, den Mars und darüber hinaus dar.“ Dieser Erfolg legt den Grundstein für das von der ESA vorgeschlagene Programm ASSIGN (Advancing Solar System Internet and GrouNd), das auf der ESA-Ministerratstagung im November vorgestellt wird.

Mit Blick auf eine noch fernere Zukunft untersucht die ESA derzeit das Konzept eines Mars-Schleppers mit elektrischem Antrieb namens „LightShip“, der bemannte Raumfahrzeuge zum Mars transportieren würde. Nach dem Absetzen der Passagiere würde LightShip in eine Service-Umlaufbahn wechseln, von wo aus er Kommunikations- und Navigationsdienste über das MARCONI-System (MARs COmmunication and Navigation Infrastructure) bereitstellen würde. Ein Teil dieses Systems wird auch einen Demonstrator für optische Kommunikation umfassen, als einen Schritt auf dem Weg zur Unterstützung zukünftiger bemannter Missionen zum Roten Planeten.