Der flächendeckende Zugang zu schnellem Internet gehört zu den wichtigsten Voraussetzungen für wirtschaftliche Prosperität. Der Aufbau von Glasfaser- und 5G-Netzen rentiert sich jedoch in vielen Regionen der Welt nicht. Eine Lösung bieten LEO-Netzwerke: Gleich mehrere Betreiber bauen zurzeit derartige Kommunikations-netzwerke mit jeweils vielen tausend Satelliten auf. Die neueste Generation nutzt dabei laserbasierte optische Freiraumkommunikation, auch als Free Space Optical Communication (FSOC) bezeichnet. Diese Technologie bietet hohe Bandbreite und kann immer höhere Nutzerzahlen abdecken.

Strahlstabilisierungssysteme ermöglichen dauerhaft fehlerfreie Datenübertragung

Eine der Voraussetzungen für fehlerfreien Datentransfer über FSOC-Netzwerke sind Strahlstabilisierungssysteme. Damit die Laserstrahlen die Verbindung zu den Empfangsschüsseln anderer Satelliten in großer Entfernung zuverlässig und dauerhaft halten können, müssen beispielsweise Vibrationen und Drift hochdynamisch ausgeglichen werden. Dies ermöglichen Kippspiegel, auch Fast Steering Mirrors (FSM) oder Tip/Tilt-Spiegel genannt. Die PI Gruppe hat in den vergangenen Jahren bereits maßgeschneiderte Tip/Tilt-Spiegel für Weltraummissionen wie den Solar Orbiter realisiert, der seit 2020 auf dem Weg zur Sonne ist. Die LEO-Kommunikationssatelliten sind aber wesentlich kleiner, wiegen oft weniger als 500 kg. Alle Subsysteme müssen entsprechend kompakt und gleichzeitig kostengünstig sein, was nur bei Fertigung in großen Stückzahlen möglich ist. Neben der eigentlichen Funktionalität, der Strahlstabilisierung, müssen sie die Beschleunigungen beim Raketenstart überstehen sowie hohe Temperaturschwankungen und Strahlungsbelastung im Weltraum aushalten.

Weltraumtauglichkeit nachgewiesen I Serienfertigung vorbereitet

Seriensysteme wie die piezobasierte Kippplattform S-331 von PI haben bereits 2020 in Simulationen ihre Weltraumtauglichkeit entsprechend dem NASA GEVS (General Environmental Verification Standard) nachgewiesen. Sie erzeugen hochdynamische und verschleißfreie Bewegungen mit einem Kippwinkel von bis zu 5 mrad (entsprechend bis zu 10 mrad bzw. 0,57° Ablenkung) und einer Auflösung von 0,1 µrad für die Strahlstabilisierung. Erste LEO-Netzwerkbetreiber setzen sie in ihren Kommunikationssatelliten ein und bestätigen uneingeschränkte Weltraumtauglichkeit. Für andere Betreiber haben die Ingenieure von PI elektromagnetisch angetriebene Kippspiegelsysteme (Voice-Coil-FSMs) mit größerer Auslenkung entwickelt. Für deren Herstellung hat das Unternehmen in Karlsruhe in eine hochautomatisierte Fertigungslinie unter Reinraumbedingungen investiert. Auch diese Voice-Coil-FSMs sind bereits im Weltraumeinsatz.

Der Markt für die weltweite Ausrüstung von LEO-Satelliten boomt und die PI Gruppe bereitet sich auf eine stark steigende Nachfrage vor. Nach neuesten Berechnungen sind aktuell mehr als eine Million neue Satelliten bei der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) angemeldet. Derzeit befinden sich rund 10.000 im Orbit, 2.000 davon wurden allein im vergangenen Jahr gestartet – so viele wie nie zuvor innerhalb eines Jahres.