Chinesische Wissenschaftler haben erfolgreich eine Reihe von Umlaufbahntests der bidirektionalen Laserkommunikation zwischen Erde und Mond abgeschlossen und dabei eine stabile Übertragungsrate von bis zu 100 Mbit/s über eine Distanz von mehr als 400.000 km demonstriert. Dies berichtet die Nachrichtenagentur Xinhua, auf die sich RBC-Ukraine bezieht. Nach Schätzungen der Forscher wird die geschaffene „Informationsautobahn“ eine Schlüsselinfrastruktur für zukünftige bemannte Mondmissionen und den Bau einer internationalen Wissenschaftsstation sein und die schnelle Übertragung großer Datenmengen, hochauflösender Aufnahmen und Videomaterial in Echtzeit ermöglichen.

Drei ingenieurtechnische Aufgaben, die gelöst werden mussten

Bei der Entwicklung des Systems für den Einsatz auf Monddistanz gelang es den chinesischen Spezialisten, drei grundlegende technische Probleme zu überwinden. Erstens – die Präzision der Strahlausrichtung: Aufgrund der Schwingbewegungen des Satelliten und der atmosphärischen Turbulenz führt selbst eine geringste Abweichung des Strahlwinkels auf der Erde zu einer Verschiebung des Flecks auf der Mondoberfläche um mehrere Kilometer. Zweitens – das Abschwächen des Signals: Nach Überwindung von 400.000 km schwächt sich der Laserstrahl auf das Niveau einzelner Photonen ab, die vor dem Hintergrund von Störungen durch Sonnen-, Mond- und Stadtlicht auf dem Empfangsteleskop eintreffen. Drittens – die Durchsatzrate: die Notwendigkeit, eine hohe Datenverarbeitungsgeschwindigkeit unter Bedingungen extremen Kanalrauschens sicherzustellen.

Wie chinesische Ingenieure die Physik austricksten

Zur Kompensation der Strahlabweichungen entwickelten die Forscher ein Tracking-System, das Umlaufbahnverzögerungen, optische und atmosphärische Refraktion berücksichtigt. Dies ermöglichte es, den schmalen Laserstrahl trotz der kontinuierlichen Bewegung beider Kommunikationspunkte auf der Empfangsantenne auf dem Mond zu halten. Zur Aussonderung des schwachen Signals aus dem Hintergrundrauschen wurden hochgeschwindige Supraleiter-Einzelphotonendetektoren eingesetzt – Geräte, die einzelne Lichtquanten feststellen und damit den Informationsstrom wiederherstellen können, der in herkömmlichen Mikrowellenfunkkanälen einfach in der Interferenz verloren gegangen wäre.

Ergebnisse der Tests und Anwendungsperspektiven

Im Verlauf der Testreihe erreichten die Spezialisten eine stabile bidirektionale Datenübertragungsrate von bis zu 100 Mbit/s. Im Vergleich zu herkömmlichen Mikrowellenfunkkanälen bietet die Laserkommunikation eine wesentlich höhere Dichte des übertragbaren Stroms pro Einheit der Abstrahlleistung, was bei begrenzten Energieressourcen von Umlauf- und Mondapparaten von entscheidender Bedeutung ist. Chinesische Wissenschaftler betonen, dass die geschaffene Infrastruktur bei der Organisation bemannter Expeditionen zum Mond und beim Aufbau der internationalen Wissenschaftsstation eingesetzt wird, wo die Volumina der Telemetrie- und Multimediadaten die Möglichkeiten der bestehenden Funkkanäle um ein Vielfaches übersteigen.

Kontext: Chinas Stellung im Rennen der Mondtechnologien

Das Erreichen der chinesischen Seite fügt sich in die allgemeine Trajektorie des nationalen Weltraumprogramms ein, das automatische und geplante bemannte Mondmissionen sowie den Aufbau einer Umlaufbahninfrastruktur umfasst. Die Laserkommunikation auf interplanetaren und mondnahen Distanzen wird seit langem als eine der prioritären Richtungen der Weltraumbranche betrachtet: Auch NASA und ESA führen Entwicklungen in diesem Bereich durch, jedoch macht die öffentliche Bestätigung einer stabilen bidirektionalen Übertragung auf dem Niveau von 100 Mbit/s über eine Distanz von mehr als 400.000 km China zum ersten Staat, der ein solches Ergebnis unter Bedingungen realer Umlaufbahntests demonstriert hat.