Satellit EIVE erkundet neuen Frequenzbereich im All

Der Nanosatellit EIVE  ist am 12. Juni 2023 ins All gestartet. Ein Forschungsteam rund um die Universität Stuttgart untersucht schnelle Datenübertragung in einem bisher kaum erschlossenen Frequenzband. Dies ist ein Meilenstein für zukünftige High-Speed-Datenkommunikationsnetzwerke im All. 

eNach vier Jahren Entwicklung und Tests schickte ein Forschungsteam rund um die Universität Stuttgart am gestrigen Abend den Satelliten EIVE (Exploratory In-Orbit Verification of an E/W-Band Satellite Communication Link) ins Weltall. „Der Start verlief hervorragend“, berichtet Prof. Sabine Klinkner vom Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) an der Universität Stuttgart. „Kurz vor dem Start kam es zu einer kurzen zeitlichen Verzögerung, doch nun sind wir erleichtert, dass alles problemlos abgelaufen ist. EIVE wurde eine Stunde nach dem Start erfolgreich ausgesetzt und hat schon fünf Minuten später seinen ersten Überflug erfolgreich gemeistert.“

Ziel ist es, eine breitbandige Datenübertragung über größere Distanzen hinweg aufzubauen, beispielweise für eine globale, zeit- und ortsunabhängige Versorgung mit schnellem Internet. Die Forschenden statteten EIVE dafür mit Technologien aus, die es ermöglichen, in einen bislang wenig erforschten Frequenzbereich vorzudringen – das sogenannte E-Band.

EIVE ist weltweit eines der ersten Projekte, das im All eine derartige Kommunikationsstrecke mit einer Reihe von verschiedenen Modulationsarten und Datenraten im E-Band bei 71—76 Gigahertz (GHz) testet. Die gewonnenen Ergebnisse bilden die Grundlage für künftige Kommunikationssatelliten.

Mit einer Größe von etwa 12 x 24 x 40 Zentimetern und 8,8 Kilogramm gehört EIVE zur Klasse der Nanosatelliten und passt bequem in einen Schuhkarton. „Wir haben EIVE mit standardisierten CubeSat-Bauelementen entworfen“, erklärt Prof. Klinkner. „Durch die Verwendung von Standards lässt sich der Satellit mit praktisch jeder Rakete ins All transportieren.“ 

Obwohl er so klein ist, birgt der Satellit jede Menge komplexe Technik: Neben dem kompakten Satellitenbus, der den Betrieb im Weltraum ermöglicht, verfügt EIVE über einen Transmitter zur Datenübertragung im E-Band. „Das ermöglicht eine zehn- bis hundertmal höhere Frequenz als wir sie bislang in der Mobilkommunikation nutzen“, sagt Prof. Ingmar Kallfass vom Institut für Robuste Leistungshalbeitersysteme (ILH). „Das entspricht einer Datenübertragungsrate von bis zu 16 Gigabit pro Sekunde.“

Sensoren und Aktuatoren sorgen dafür, dass der Transmitter für die Datenübertragung exakt auf die Bodenstation ausgerichtet ist. Mit an Bord sind außerdem besonders leistungsfähige Sendetechnologien, die das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF) entwickelt hat. So lassen sich neben Testdaten auch Livevideodaten mit einer 4K-Kamera vom All zur Erde übertragen.

Für den Empfang der E-Band Transmissionen auf der Erde müssen sich Satellit und die für dieses Projekt eigens errichtete Bodenstation an der Universität Stuttgart exakt aufeinander ausrichten. Am Boden empfangen, speichern und analysieren die Forschenden die bis zu zwölf Terabyte großen anfallenden Datenmengen pro Überflug.

EIVE startete am 12. Juni 2023 um 23:35 Uhr (MESZ) von der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien mit SpaceX/Transporter-8 ins All. Etwa eine Stunde nach dem Start wurde der Satellit im niedrigen Erdorbit auf etwa 520 Kilometern Höhe und in polarer Flugbahn ausgeworfen. Während der darauffolgenden Tage wird rund um die Uhr im Zweischichtbetrieb gearbeitet, um alle Systeme des Satelliten zu überprüfen und in Betrieb zu nehmen. Anschließend führen die Forscher*innen mit EIVE bis mindestens 2024 Experimente zur E-Band-Kommunikation durch.

An der Entwicklung des Satelliten waren neben dem IRS und ILH der Universität Stuttgart, das Fraunhofer IAF sowie Partner aus der Industrie – RPG Radiometer Physics, Tesat-Spacecom und Thales Alenia Space Deutschland, AZUR SPACE sowie die Exolaunch GmbH – beteiligt. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz über das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefördert.