Ein Internet, das über die Erde hinausgeht, ist keine Science-Fiction mehr, sondern eine technische Aufgabe mit klaren Fristen, Demonstrationen und industriellen Partnerschaften. Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) verknüpft seit zwei Jahren systematisch bestehende und neue Programme für Kommunikation, Navigation und Bodeninfrastruktur zu einer kohärenten Vision – dem Solar System Internet (SSI). Es handelt sich um ein „Netzwerk der Netzwerke“ für den tiefen Weltraum, das ähnlich wie das heutige Internet einen standardisierten und zuverlässigen Datenaustausch zwischen autonomen Systemen verschiedener Agenturen und kommerziellen Betreibern ermöglichen würde, von der Mondumlaufbahn bis zum Mars und darüber hinaus.

Vom Konzept zu operativen Demonstrationen

Das SSI ist aus zwei Realitäten erwachsen: der Explosion der Anzahl geplanter Missionen zu Mond und Mars sowie der Reife von Technologien, die einst experimentell waren. Im Weltraum sind heute operative Relaisnetzwerke tätig, optische Kommunikation erreicht Geschwindigkeiten, die bis vor kurzem unvorstellbar waren, und Protokolle, die an Unterbrechungen und Verzögerungen angepasst sind, wurden zum Thema der Standardisierung und Missionsplanung. In dieser Landschaft koordiniert die ESA europäische Akteure durch direktoratsübergreifende Initiativen und Vorbereitungsstudien und schafft so eine gemeinsame Basis für Interoperabilität und kommende kommerzielle Dienste.

Warum das SSI notwendig ist

Das terrestrische Internet setzt stabile Topologien, bidirektionale Wege mit niedriger Latenz und geringe Fehlerraten voraus. Im Sonnensystem gilt das Gegenteil: Positionen ändern sich, Verbindungen brechen ab, Latenzen betragen Minuten bis hin zu zweistelligen Minutenbereichen, und Energie sowie Bandbreite sind kostbare Ressourcen. Jede einzelne Mission, die diese Herausforderungen „manuell“ löst, ist teuer, fragil und schwer skalierbar. Das SSI führt Abstraktionsschichten, Standardprotokolle, vertraglich definierte Dienste und gemeinsame operative Verfahren ein, wodurch Risiko und Kosten gesenkt und die Leistung gesteigert werden. Neben der Kommunikation umfasst das SSI auch Dienste für Positionierung, Navigation und Zeitgebung (PNT) für den tiefen Weltraum sowie Elemente der Autonomie, die erforderlich sind, wenn Bodenoperatoren zu weit entfernt sind, um ein Raumfahrzeug in Echtzeit zu „fahren“.

Drei technologische Säulen

1) DTN – Netzwerke, die widerstandsfähig gegen Unterbrechungen sind

Disruption/Delay Tolerant Networking (DTN) löst das Grundproblem: wie man Daten durch eine Umgebung liefert, in der Routen entstehen und verschwinden und die Verzögerungen enorm sind. Anstatt einer dauerhaft bestehenden Sitzung arbeitet DTN nach dem „Store-and-Forward“-Prinzip, bei dem Pakete (Bundles) zuverlässig Knoten für Knoten übertragen werden. Die ESA hat bereits mehrere Demonstrationen in Zusammenarbeit mit internationalen Partnern durchgeführt, einschließlich Experimenten, die mit CubeSat-Missionen und dem Bodensegment verbunden sind. In der Praxis reduziert DTN die Notwendigkeit, dass jedes Systemelement „alles über alles weiß“ – es reicht aus, den nächsten Übergabepunkt und die Regeln zu kennen, die die Zustellung garantieren, wenn sich eine günstige Geometrie oder Ressource bietet.

2) Optische Kommunikation – ein Sprung in der Bandbreite

Laserverbindungen bringen im Vergleich zu Radiofrequenzsystemen (RF) um Größenordnungen höhere Geschwindigkeiten und Energieeffizienz, allerdings um den Preis strengerer Anforderungen an die Ausrichtung und die atmosphärischen Bedingungen beim Empfang. Demonstrationen vom Mond bestätigten bereits vor einem Jahrzehnt Downlink-Geschwindigkeiten in der Größenordnung von Hunderten von Megabit pro Sekunde. Im tiefen Weltraum haben fliegende Demonstratoren auf interplanetaren Sonden stabile Megabit-Geschwindigkeiten über Hunderte von Millionen Kilometern bestätigt, mit gelegentlichen Rekorden, die mit terrestrischen Breitbandverbindungen konkurrieren, wenn die Entfernung geringer ist. Für das SSI bedeutet dies, dass zentrale „Trunk“-Verbindungen – beispielsweise Mond–Erde – ganze Konstellationen und Flotten von Nutzern bedienen können, bei intelligenter Ressourcenplanung.

3) PNT für den tiefen Weltraum – ODTS als Voraussetzung für Autonomie

Die Rolle von Positionierung, Navigation und Zeitsynchronisation im tiefen Weltraum geht weit über „GPS für den Mars“ hinaus. Raumfahrzeuge müssen ein hohes Maß an Autonomie bei der Bestimmung von Umlaufbahnen und der Zeitabstimmung (Orbit Determination & Time Synchronisation – ODTS) haben, und das Netzwerk muss große optische und RF-Reichweiten für präzise Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessungen bieten. Das SSI sieht vor, dass PNT-Dienste ein integraler Bestandteil der Kommunikationsinfrastruktur sind, damit Nutzer – von Orbitern und Landern bis hin zu mobilen Robotern und temporären Basen – Operationen planen können, ohne sich für jede Entscheidung „manuell“ an die Erde binden zu müssen.

Was Europa bereits hat: ESTRACK und das Mars Relay Network

Das SSI beginnt nicht bei Null. Das Fundament ist das bestehende Bodennetzwerk von Tiefraumstationen mit Antennen von 35 Metern Durchmesser und einer globalen Verteilung, die eine Abdeckung des gesamten Sonnensystems ermöglicht. Diese Stationen und die begleitende optische/KA-Infrastruktur bedienen bereits seit Jahren europäische und internationale Missionen. Auf dem Roten Planeten verbindet eine interinstitutionelle Relaisarchitektur – heute operativ – Oberflächenelemente (Rover und Lander) mit Orbitern, die Daten zur Erde weiterleiten. In diesem Netzwerk sind europäische Orbiter nicht nur „Gäste“; sie tragen oft einen kritischen Teil des Verkehrs und dienen als Schlüsselglieder, wenn Geometrie und Ressourcen günstig sind.

Die operative Koordination in Europa ist zentralisiert durch ein spezialisiertes Büro und ein zugehöriges Informationssystem, das zwischen verschiedenen Kontrollzentren vermittelt, Formate standardisiert und Planung, Ausführung und Evaluierung von Relais automatisiert. Dieser „Hub“-Ansatz ermöglicht es Rovern und Landern verschiedener Agenturen, Dienste über jeden kompatiblen Orbiter zu erhalten, ohne separate Schnittstellen für jeden Betreiber implementieren zu müssen. Genau diese Philosophie – eine Schnittstelle, mehrere Anbieter – wird auch auf das SSI als künftige Föderation von Netzwerken übertragen.

Standards und Interoperabilität

Der Erfolg des SSI wird von vereinbarten Protokollen und Service-Level-Agreements abhängen. Auf der Ebene der Netzwerkschichten bedeutet dies DTN und zugehörige IETF/CCSDS-Spezifikationen; auf der Ebene des Ressourcenmanagements bedeutet dies einen Dienstleistungskatalog, Reservierungsarten, Fensterzuteilung, Prioritätsschemata und Abrechnungsmechanismen für kommerzielle Nutzer. Auf der Sicherheitsebene ist eine Kombination aus Cyberschutz, Kryptographie sowie Sicherheitszonen in Bodenzentren und Übertragungsknoten erforderlich. Da die Zahl der Teilnehmer wächst, werden Governance und technisches Management von Standards zu ebenso wichtigen Disziplinen wie die Technologie selbst.

Programme, die das SSI-„Netzwerk der Netzwerke“ bilden

Moonlight – das erste europäische Netzwerk außerhalb der Erde

Die europäische Konstellation um den Mond ist als Anbieter von Kommunikations- und Navigationsdiensten für Hunderte geplanter Mondmissionen in den nächsten zwei Jahrzehnten konzipiert. Die Konstellation besteht aus einem Satelliten mit Schwerpunkt Kommunikation und vier Navigationssatelliten, die so angeordnet sind, dass sie dem Südpol Priorität einräumen. Die Verbindung zur Erde führt über dedizierte Stationen, was den Kern eines zukünftigen lunaren „Internets“ schafft, auf dem später auch kommerzielle Dienste für Endnutzer angeboten werden können, von staatlichen Expeditionen bis hin zu privaten Robotikunternehmen.

HydRON – „Glasfaser im Weltraum“

HydRON ist als optisches Transportnetzwerk über mehrere Umlaufbahnen mit Kapazitäten im Terabit-pro-Sekunde-Bereich konzipiert. In der ersten Phase umfasst es Demonstratoren, die niedrige, mittlere und geostationäre Umlaufbahnen über optische Links verbinden, und in späteren Phasen bietet es auch ein „Backbone“ in Richtung tiefer Weltraum. Für das SSI bedeutet dies die Möglichkeit, dass Verkehr vom Mond und – langfristig – vom Mars durch weltraumgestützte optische Knoten aggregiert und verteilt wird, ohne unnötige Abhängigkeit von teuren und zeitlich begrenzten RF-Fenstern an einzelnen Bodenstationen.

MARCONI – Kommunikation und Navigation für den Mars

Der langfristige Plan sieht vor, dass europäische „Raumschlepper“ Fracht in das Mars-System bringen und dann als Elemente einer Konstellation für Kommunikation und PNT verbleiben. So wird langsam eine dauerhafte Infrastruktur aufgebaut – ähnlich dem ersten Telekommunikationsnetzwerk um einen anderen Planeten –, die zukünftigen Missionen Dienste bereitstellen kann, einschließlich Probenrückführung, autonome Fahrzeuge und, in ferner Zukunft, temporäre menschliche Basislager. Das Konzept sieht eine Konstellation mit mehreren Knoten bis in die 2040er Jahre vor, wodurch der Mars als erster ein „lokales Internet“ erhält, das mit dem SSI interoperabel ist.

Knoten, Trunk-Verbindungen und operative Realität

Das SSI wird als eine Menge von Knoten (Satelliten, Relais-Orbiter, lunare/Mining-Lander mit Kommunikationspaketen) vorgestellt, die durch „Trunk“-Verbindungen zur Erde und untereinander verbunden sind. Im cislunaren Raum gewährleisten optische Trunks eine um Größenordnungen höhere Durchsatzrate und geringere Energiekosten pro Bit. DTN-Bundler, die Daten von Oberflächen- und Orbitalnutzern sammeln, warten auf das nächste Fenster und übergeben nach „oben“, ohne dass ein ständiger End-zu-End-Kontakt erforderlich ist. Auf dem Mars, wo Fenster und Geometrien komplexer sind, ist eine gute Einteilung von Relais zwischen Oberfläche und Orbit und weiter zur Erde entscheidend; hier hilft auch die „Hub“-Koordination, die Planung und Berichterstattung automatisiert.

SSI Node-1 Pathfinder – der erste Schritt, nahe dem Mond

Eine kleine, fokussierte Mission ist darauf ausgelegt, einen routinemäßigen optischen Trunk zwischen Erde und cislunarer Umlaufbahn zu demonstrieren und zum ersten Mal DTN operativ in einer europäischen Mission zu nutzen. Damit erfolgt der Übergang vom „Technologiedemonstrator“ zu regulären Operationen, die sich in ein breiteres Dienstleistungsregime einfügen. Node-1 umfasst neben der optischen Verbindung auch Experimente zur präzisen Synchronisation und navigatorischen Positionierung, wodurch die Grundlage für PNT-Dienste in einer Umgebung gelegt wird, in der bald großer Missionsverkehr erwartet wird.

ASSIGN – das Dachprogramm, das alles verbindet

Advancing Solar System Internet and GrouNd formalisiert den Ansatz: Es verankert Aktivitäten in mehreren Direktoraten, kümmert sich um Standardisierung, definiert Sicherheitsrahmen und Demonstrationspläne und stellt sicher, dass Europa eine definierte Rolle und Interessen in der globalen Vision des SSI hat. Zu den frühen Aufgaben gehört die weitere Ausarbeitung und Vorbereitung des Node-1 Pathfinder, aber auch die Verknüpfung mit bestehenden Programmen wie Moonlight, HydRON und Plänen für den Mars. ASSIGN tut damit das, was die Internetentwicklung auf der Erde getan hat: isolierte Inseln in ein föderiertes System mit abgestimmten Regeln und klaren Schnittstellen zu verwandeln.

Lehren aus Demonstrationen optischer Verbindungen

Optische Verbindungen zum Mond erreichten bereits vor einem Jahrzehnt Hunderte von Megabit pro Sekunde, womit die Kriterien für wissenschaftliche Missionen mit hohem Durchsatz und die Bedienung zahlreicher Nutzer erfüllt wurden. Tiefer im Sonnensystem ermöglichte eine neuere Demonstration auf einem interplanetaren Raumfahrzeug den bidirektionalen Austausch echter Telemetriedaten mit stabilen Megabit-Geschwindigkeiten über Hunderte von Millionen Kilometern und Übertragungsrekorde bei geringeren Entfernungen. Für operative Systeme bedeutet das zwei Dinge: Erstens sind optische Trunks technisch machbar und operabel; zweitens ist eine Architektur erforderlich, die optische und RF-Verbindungen intelligent mischt, abhängig von Geometrie, Wetter, Last und Nutzerprioritäten – genau das, was das SSI vorsieht.

Sicherheit, Zuverlässigkeit und Aufrechterhaltung der Dienste

In einem föderierten Netzwerk mit mehreren Eigentümern und Betreibern ist Sicherheit kein Zusatz, sondern der Ausgangspunkt. Das Vertrauensniveau und die Segmentierung müssen in alle Schichten eingebaut sein: von Authentifizierung und Verschlüsselung auf Paketebene bis hin zur physischen Sicherheit von Stationen und optischen Terminals. Ebenso wichtig ist, dass das Netzwerk den Verlust von Knoten, Leistungsverschlechterung und Unterbrechungen ohne drastischen Abfall der Dienstqualität überleben muss; DTN ist ein Teil der Antwort, und der andere Teil sind vereinbarte Service-Level und Überkapazitäten auf Trunks, damit Prioritätsverkehr immer einen Weg hat.

Wirtschaftsmodell und Markt

Mit wachsender Nutzerzahl wird der Übergang vom „Best Effort“-Austausch zu vertraglich vereinbarten Diensten mit Katalogen, Preislisten und Support-Levels unvermeidlich. Moonlight zeichnet bereits den Weg zur Kommerzialisierung der lunaren Konnektivität und Navigation vor, während HydRON die Aufgabe hat zu demonstrieren, dass „glasfaserähnliche“ Kapazitäten im Weltraum auch als Transportrückgrat für den tiefen Weltraum dienen können. Im Marssystem führt MARCONI eine Umgebung ein, in der langfristig lokale Dienste (Relais, PNT, Meteorologie) Nutzern angeboten werden können, die ohne eigene „schwere“ Infrastruktur ankommen. Das SSI bindet all dies in ein kohärentes Angebot ein: ein einziges interoperables Netzwerk, mehrere Anbieter, mehrschichtiger Service.

Die Rolle der Industrie und Konsortien

Europäische Unternehmen sind zuständig für Systemtechnik, Strategie, Roadmap-Erstellung, Protokollbewertung und Management. Dadurch wird sichergestellt, dass Missionsanforderungen in Standards und Referenzen umgesetzt werden und Labor- und Feldversuche in operative Regeln und Softwaretools des Bodensegments überfließen. Besonders wichtig sind die technischen Anstrengungen bei DTN und der Interoperabilität zwischen verschiedenen Kontrollzentren, wo selbst „unsichtbare“ Details wie Formatkonvertierungen, Berichtssysteme und Archivierung rechtzeitig den Unterschied zwischen einem erfolgreichen Relais und einer verpassten Gelegenheit ausmachen.

Globaler Kontext und der Wettlauf um Standards

Europa ist nicht allein beim Aufbau von Infrastruktur außerhalb der Erde. Parallel zu den europäischen Plänen entwickeln andere Raumfahrtmächte neue Relaiskapazitäten um den Mond und bereiten eigene Konstellationen vor, einschließlich Testmissionen für zukünftige Netzwerke. Auf dem Mars dient ein internationales Relaisnetzwerk bereits seit fast zwei Jahrzehnten täglich der Übertragung von Befehlen und wissenschaftlichen Daten zwischen Oberfläche und Erde. Optische Demonstrationen im tiefen Weltraum heben die Erwartungshaltung weiter an – von der Übertragung hochauflösender Videos bis zur Übertragung von Telemetrie aus Entfernungen, die mit der maximalen Entfernung des Mars vergleichbar sind. In einem solchen Umfeld sind Standards, Interoperabilität und „Peering“ zwischen Netzwerken entscheidend, damit Nutzer unabhängig Anbieter wählen können und Missionen mehrere Routen und eine Absicherung gegen Unterbrechungen haben.

Was bis zum Ende des Jahrzehnts folgt

Auf der Zeitachse bis zum Ende der 2020er Jahre heben sich drei parallele Richtungen hervor. Erstens, operative Demonstrationen: cislunare optische Trunks, routinemäßiges DTN in Missionen und frühe PNT-Experimente. Zweitens, Vernetzung bestehender Dienste: Tiefraumstationen, optischer Transport in höheren Umlaufbahnen und Relais um Mond und Mars. Drittens, Standardisierung und Governance: Einigung über Schnittstellen, Sicherheitsregeln, Prioritäten und Abrechnungsmodelle. Zudem müssen Industrieaufträge und Ausschreibungen die Entwicklung von Terminals, Lasern, PNT-Modulen und Bodensoftware steuern, damit das Netzwerk skalierbar ist. In dem Moment, in dem die Zahl der Mondfahrzeuge und Nutzer steigt, muss das SSI bereit sein, Verkehr ohne Improvisation aufzunehmen.

Wie das Nutzererlebnis aussehen wird

Für Missionsbetreiber bringt das SSI bekannte Paradigmen mit: Service Level Agreements, Slot-Reservierungen, Servicekataloge, Standard-API-Schnittstellen und Telemetrieinstrumente, die eine Leistungsüberwachung ermöglichen. Für wissenschaftliche Teams und industrielle Nutzer bedeutet dies stabilere Fenster und vorhersagbare Kosten – weniger Zeit, die mit der „Jagd“ nach einer Kommunikationsmöglichkeit verbracht wird, mehr für die Planung von Experimenten und Operationen. Für die breitere europäische Ökosphäre bedeutet das SSI, dass technische und Softwareprodukte, die für eine Mission entwickelt wurden, auf viele skaliert werden können, was die Entstehung neuer Unternehmen und Dienste fördert.

Offene Fragen und Risiken

Die zentralen Herausforderungen sind nicht nur technischer Natur. Wer entscheidet über Prioritäten, wenn Ressourcen knapp werden? Wie wird die Balance zwischen institutionellen und kommerziellen Nutzern gewahrt? Was sind die Rahmenbedingungen für das Teilen sensibler Daten und für die Reaktion auf Cybervorfälle in einem föderierten Netzwerk? Wie viel Redundanz ist genug und wer finanziert sie? Auf technischer Seite hängen optische Trunks von Wetterbedingungen und der Präzision der Ausrichtung ab; RF-Links bleiben eine notwendige Reserve. DTN reduziert die Komplexität an den Rändern, erfordert aber robuste Richtlinien für Routing, Speicherung und Datenverfall. PNT im tiefen Weltraum muss gleichzeitig strenge Nutzeranforderungen erfüllen und energetisch nachhaltig bleiben.

Europäischer Vorteil

Europa hat zwei strategische Vorteile: Erfahrung in der Leitung komplexer internationaler Missionen und eine industrielle Basis, die alles von Laserterminals bis hin zu Bodenplanungssoftware liefern kann. Mit Moonlight als erstem kommerziellen Angebot außerhalb der Erde, HydRON als Transportrückgrat und MARCONI als langfristigem Plan für den Mars sind die Konturen des SSI bereits sichtbar. Zudem liefern operative Netzwerke und Instrumente wie Relais-Orbiter, Tiefraumstationen und Koordinationsbüros bereits jetzt täglich Milliarden Bits an Wissenschafts- und Technikdaten. Die nächsten Schritte – Demonstration cislunarer optischer Trunks und routinemäßiges DTN – sind kein „Sprung ins Ungewisse“, sondern ein logisches Upgrade bestehender Fähigkeiten.

Das große Ganze: hin zu einem „Internet des Sonnensystems“

Die Idee, Netzwerke verschiedener Eigentümer und technologischer Generationen in eine globale Architektur zu verbinden, ist nicht neu – so entstand auch das heutige Internet. Das SSI wendet diese Philosophie auf den Weltraum an: interoperable Standards, ein minimaler Satz gemeinsamer Regeln und klare Verbindungspunkte ermöglichen es jedem beizutragen und gleichzeitig Autonomie zu bewahren. Wenn in den kommenden Jahren neue Akteure und kommerzielle Netzwerke um den Mond und schrittweise um den Mars auftauchen, wird genau eine solche Architektur ermöglichen, dass Daten den kürzesten, billigsten und zuverlässigsten Weg nehmen – unabhängig davon, wem ein einzelner Link oder Knoten gehört.

Zum Datum des 02. Dezember 2025 ist der Fahrplan klar: Vorbereitungsstudien sind abgeschlossen, Industrieteams arbeiten an Demonstratoren, und operative Erfahrungen und Standards reifen. Die ersten Knoten des zukünftigen „Internets des Sonnensystems“ werden um den Mond sein; die nächsten schrittweise um den Mars. Wenn diese Knoten routinemäßig arbeiten, wird sich nicht nur die Art des Datenaustauschs ändern, sondern auch die Art, wie wir Missionen überhaupt entwerfen: von einzigartigen, fragilen Verbindungsketten – hin zu Netzwerken, die ihren Weg selbst finden.