ISS nutzt Kyoceras Cordierit-Keramikspiegel für optische Kommunikation mit der Erde

Kyocera
Kyoto, Japan
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Sony Computer Science Laboratories, Inc.
Tokyo, Japan
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Ein Diagramm der optischen Kommunikationsdemonstration. (Bild: Sony Computer Science Laboratories)

Erstmals Cordierit-Keramikspiegel in ISS-Optikkommunikation

Kyocera Corporations „Fine Cordierite“ Keramikspiegel wurde für den Einsatz in experimenteller Ausrüstung ausgewählt, um optische Kommunikation zwischen der Internationalen Raumstation (ISS) und einer mobilen optischen Bodenstation auf der Erde durchzuführen. Dies ist das erste Mal, dass ein Spiegel aus Cordierit-Keramik für experimentelle optische Kommunikationsausrüstung in der ISS ausgewählt wurde.

Der Keramikspiegel wurde in der optischen Kommunikationsantenne – Quantum-Small Optical Link (QSOL) – übernommen, entwickelt von Sony Computer Science Laboratories, Inc. Entwickelt nach einem Auftrag von Japans Ministerium für Innere Angelegenheiten und Kommunikation, ist QSOL eine optische Kommunikationsantennenkomponente für den Secure Laser Communications Terminal for Low Earth Orbit (SeCRETS) für eine On-Orbit-Technologiedemonstration.

Secure Laser Communications Terminal for Low Earth Orbit (SeCRETS), ausgestattet mit Kyoceras Fine Cordierite Keramikspiegel. (Bild: National Institute of Information and Communications Technology, Sony Computer Science Laboratories, Next Generation Space System Technology Research Association)

SeCRETS wurde am 2. August 2023 zur ISS gestartet und auf der externen Experimentierplattform des „Kibo“ Japanischen Experimentmoduls (Intermediate Space Environment Experiment Platform [i-SEEP]) installiert. Anschließend wurde geheimer Schlüsselaustausch mittels 10-GHz-Takt optischer Kommunikation von der ISS im niedrigen Orbit zu einer tragbaren optischen Bodenstation am Boden durchgeführt, und weiterhin wurde sichere Kommunikation zwischen ISS und Bodenstation mittels One-Time-Pad-Verschlüsselung mit dem Schlüssel erfolgreich demonstriert.

Herausforderung: Hohe Datenraten für Erdbeobachtungssatelliten

Die aktuelle Methode für bidirektionale Datenkommunikation zwischen Erdbeobachtungssatelliten im Weltraum und Bodenstationen umfasst optische drahtlose Kommunikation mit entweder Radiowellen oder sichtbarem Licht. Diese Kommunikation ist essenziell für den Erwerb von Bilddaten für Wettervorhersage, Katastrophenreaktion und Infrastrukturüberwachung.

Fortschritte in den auf Erdbeobachtungssatelliten installierten Sensoren haben zu einem erhöhten Volumen an erhältlichen Beobachtungsdaten geführt. Es besteht jedoch ein dringender Bedarf, große Mengen an Beobachtungsdaten schnell an Bodenstationen zu übertragen. Das Erreichen von Hochgeschwindigkeits- und Hochkapazitäts-Datenkommunikation stellt eine Herausforderung für die Weltrauminfrastruktur dar. Um dieses Problem anzugehen, wird die Implementierung von Laserlicht-optischer Kommunikation erwartet, die Datenübertragung und -empfang mit über 100-facher Geschwindigkeit im Vergleich zur Radiowellenkommunikation bei signifikant höherer Kapazität ermöglicht.

Kyoceras Fine Cordierite Keramikspiegel. (Bild: Kyocera)

Warum Cordierit-Keramik? Thermische Stabilität im Weltraum

Zusätzlich erfordert die Datenübertragung von Satelliten zu spezifischen Bodenstationen per optischer Kommunikation die Anpassung des Lichts auf den optimalen Winkel mittels optischer Spiegel. Konventionell wurden Metall- oder Glasspiegel verwendet, aber Nanometer-Präzision ist für die Lichtjustierung erforderlich. Daher werden Spiegel mit langfristig stabiler dimensionsgenauer Genauigkeit und der Fähigkeit benötigt, thermischer Ausdehnung und Temperaturänderungen in der rauen Weltraumumgebung standzuhalten.

In diesem Experiment wurde Kyoceras Fine Cordierite Keramikspiegel in QSOL aufgrund seiner einzigartigen thermischen und mechanischen Eigenschaften installiert, wie geringer thermischer Ausdehnung und langfristiger Dimensionsstabilität. Mit dem Erfolg dieses Experiments glaubt das Unternehmen, dass seine Produkte zum Aufbau von Weltrauminfrastruktur beitragen können, die auf Hochgeschwindigkeits- und Hochkapazitäts-Datenkommunikation in Satelliten-optischer Kommunikation in der Zukunft abzielt.

Diese Demonstration wurde gemeinsam durchgeführt vom National Institute of Information and Communications Technology, der School of Engineering der University of Tokyo, der Next Generation Space System Technology Research Association, SKY Perfect JSAT Corporation und Sony CSL.

Dieser Artikel wurde von Kyocera (Kyoto, Japan) beigesteuert. Weitere Informationen finden Sie hier.