Laser-satellietcommunicatie: data versturen met lichtsignalen

Zelfrijdende auto’s, sociale media met meer video’s en het Internet of Things zorgen voor een groeiende vraag naar meer data. Aan die vraag kunnen de bestaande verbindingen niet voldoen. Laser-satellietcommunicatie zou wel eens de oplossing kunnen zijn.

TNO werkt aan deze nieuwe technologie. Deze optische communicatie maakt gebruik van satellieten om informatie te verzenden naar de aarde. Dat gebeurt via onzichtbare lichtsignalen en maakt veel snellere gegevensoverdracht mogelijk dan wanneer je de radiofrequenties gebruikt die op dit moment overal worden ingezet voor communicatie.

 

Meer data

Laser-satellietcommunicatie zorgt ervoor dat je méér data kunt versturen. Het stroomverbruik is veel lager en tegelijkertijd is de efficiëntie hoger. Bovendien kan het wel 10 keer sneller zijn dan normale communicatie. Je kunt met laser-satellietcommunicatie een terabit aan informatie per seconde verwerken – dat is zo’n 125 gigabyte! Of, nog tastbaarder: gelijktijdig 200,000 Netflix-films in HD-kwaliteit streamen.

Optische signalen

De lasersignalen worden gebruikt om satellieten rechtstreeks met zogenaamde inter-satellietverbindingen te verbinden, maar ook om satellieten en grondstations op aarde te verbinden. Je kunt zo’n ontvangststation echter ook in een vliegtuig inbouwen zodat je in de lucht internet kunt gebruiken. Laser-satellietcommunicatie werkt het best als je daarvoor een netwerk van meerdere satellieten bouwt, die onderling data uitwisselen en die dan weer naar de aarde versturen.

Groter dataverbruik

Hier op aarde is dat handig om te hebben. Je hebt dan namelijk op iedere plek ter wereld bereik. Maar buiten het gemak is laser-satellietcommunicatie zelfs noodzakelijk. De opmars van de zelfrijdende auto is bijvoorbeeld niet te stoppen, en zulke autonome voertuigen verwerken iedere seconde gigabytes aan data. En niet alleen auto’s worden slimmer (en hebben daarom meer data nodig), ook onze huizen kunnen steeds meer. Thermostaten, koelkasten en rookmelders; ze worden allemaal voorzien van internet en verstoken zo steeds meer data.

Om al die data te verwerken is het huidige radiofrequentiespectrum niet langer genoeg. Het is te beperkt qua dataverwerking, en er maken al heel veel mensen gebruik van. Daardoor ontstaat schaarste en storingen.

Satellietnetwerk

Je moet gebruik maken van tientallen of zelfs honderden satellieten om een goed lasercommunicatienetwerk te maken. Samen kunnen die dan het hele aardoppervlak bereiken. Er zijn een aantal bedrijven en instellingen dat zo’n netwerk bouwt. SpaceX doet het met StarLink, het Europese ruimteagentschap ESA bouwt aan EDRS. Zo’n netwerk bestaat uit satellieten die steeds kleiner en goedkoper worden.

Op dat gebied heeft lasercommunicatie een groot voordeel. Kleine satellieten hebben namelijk minder stroom aan boord om data naar elkaar (en naar de aarde) te versturen, maar genoeg stroom is wél nodig voor een dergelijk netwerk. Met lasercommunicatie kun je tien keer méér data versturen, waarbij je tien keer minder stroom verbruikt.

TNO’s werk

Bij TNO werken op dit moment meer dan 30 onderzoekers aan de ontwikkeling van deze communicatievorm. TNO bouwt niet de hele satelliet, maar alleen het optische gedeelte waarmee de satellieten communiceren met grondstations en de optische terminals voor inter-satellietcommunicatie. TNO ontwikkelt ook de belangrijkste technologieën die nodig zijn voor de toekomstige, geavanceerdere terminals. Zeer precieze mechanismen, optische componenten, de productie van spiegels en componenten voor fotonica, zijn slechts enkele voorbeelden.

Een belangrijk obstakel is bijvoorbeeld de prijs. In een netwerk van satellieten bevat elke satelliet vier terminals, dus met een netwerk van tientallen satellieten zit je al snel aan de honderden terminals – en dat loopt in de kosten. Een belangrijke taak voor TNO is om die terminals in massa te kunnen produceren, maar vooral om ze kleiner, goedkoper en daarmee commercieel interessanter te maken.

TOmCAT

Eén van die technologieën waar TNO aan werkt is de ‘TOmCAT’, de ‘Terabit Optical Communication Adaptive Terminal’. Adaptive optics zijn een belangrijke component voor die grondstations. Lasercommunicatie heeft namelijk last van schommelingen in de atmosfeer waardoor de verbinding niet optimaal is. Adaptive optics stabiliseren die verbinding.

Op dit moment wordt er weliswaar hard gewerkt aan laser-satellietcommunicatie, maar er is nog een lange weg te gaan. Op dit moment testen we de adaptive optics tussen twee stations die tien kilometer van elkaar verwijderd zijn. Dat is de hoogste afstand waarop zulke technologie ooit is getest. Maar als laser-satellietcommunicatie écht wordt ingezet moet het ook op een hoogte van 39.000 kilometer boven de aarde werken.

TNO werkt voor deze ontwikkeling veel samen met het Nederlandse bedrijfsleven. In ons land zitten veel bedrijven die al werken aan het bouwen van microchips of andere componenten die relevant zijn voor laser-satellietcommunicatie. TNO helpt zulke bedrijven hun werkprocessen en machines in te zetten om gemakkelijk componenten voor laser-satellietcommunicatie te bouwen. Daar zijn beide partijen bij gebaat.

Praktische toepassingen

Het is niet genoeg de technologie alleen goedkoper te maken. Er moeten ook commerciële toepassingen beschikbaar komen om laser-satellietcommunicatie​ betaalbaar te maken. Ook voor Defensie is zulke communicatie erg interessant. Laser-satellietcommunicatie is bijvoorbeeld veel veiliger dan radiocommunicatie, omdat het veel moeilijker af te luisteren is.

Space & Scientific Instrumentation

VOLG TNO OP SOCIAL MEDIA

blijf op de hoogte van ons laatste nieuws, vacatures en activiteiten

Wij gebruiken anonieme cookies om het gebruik van onze site te verbeteren. Ons privacystatement is aangepast aan de nieuwe privacywetgeving in de EU.