Technologisches Neuland mit Alphasat

Die vier sogenannten Technology Demonstration Payloads (TDP) an Bord sollen Kommunikationstests mit neuartiger Hardware aber auch wissenschaftlichen Experimenten dienen. An Entwicklung und Fertigung sind unter Federführung der ESA verschiedene europäische Firmen, nationale Raumfahrtagenturen und wissenschaftliche Einrichtungen beteiligt.

Das LCT aus Backnang

Unter der Projekt-Bezeichnung TDP1 wird das Advanced Laser Communications Terminal der Backnanger Firma Tesat-Spacecom getestet. Es basiert auf den bereits erfolgreich erprobten LCT, die im deutschen Fernerkundungssatelliten TerraSAR-X und dem amerikanischen Technologiesatelliten NFIRE eingebaut wurden. Nun kommt es mit verbesserten Parametern auf dem geostationären Satelliten Alphasat zum Einsatz und dient damit auch der Vorbereitung des europäischen Datenübertragungssystems EDRS. Das verbesserte Terminal ist für die Übertragung von 1,8 Gbit/s über eine Entfernung von 45.000 km ausgelegt. Das entspricht der Entfernung zwischen dem geostationären und einem niedrigen Orbit um die Erde.
Von dem Schweizer Unternehmen RUAG kommt das Teleskop mit 135 Millimetern Durchmesser für LCT, das der Bündelung des Laserstrahls dient.

Höchste Frequenzen für mehr Daten

Im Rahmen des Projekts TDP5 werden Übertragungseinrichtungen für höchste Frequenzen im Q/V-Band erprobt. Das Q/V-Band umfasst den Frequenzbereich zwischen 36 und 56 GHz. Das bedeutet, dass sich die Übertragungsfrequenzen gegenüber den derzeit modernsten Kommunikationssatelliten, die im Ka-Band arbeiten, etwa verdoppeln. Bei der Nutzung des Q/V-Bandes sind jedoch viele Phänomene und Störfaktoren zu berücksichtigen, die nur bei diesen hohen Frequenzen auftreten. Die Aufgabe der TDP5-Nutzlast ist es, die Ausbreitung der Signale zu vermessen und neue Techniken zur Störunterdrückung zu erproben. An dem Experiment ist auch die österreichische Forschungseinrichtung Joanneum Research aus Graz beteiligt.

Fortschrittlicher Sternensensor aus Jena

Das TDP6-Projekt beinhaltet einen Sternensensor (ASTRO APS) mit aktiver Pixelmatrix in CMOS-Technologie von der Jenaer Firma Jena-Optronik. Sternensensoren erfassen einprogrammierte Sternbilder und dienen damit der genauen Ausrichtung des Satelliten. Herkömmliche Sternensensoren haben als Bildaufnahmeelement eine passive CCD-Matrix, deren Signal mit extra Baugruppen verstärkt und weiterverarbeitet werden muss. Diese gesamte analoge Auswerteelektronik ist bei der aktiven CMOS-Technologie auf einem Chip integriert. Dadurch wird das System genauer, zuverlässiger, kleiner und verbraucht weniger elektrische Energie. Ein weiterer Vorteil der CMOS-Technologie ist ihre höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber der harten kosmischen Strahlung.

Der Strahlung widerstehen

Das Strahlungsexperiment unter der Bezeichnung TDP8 Environmental Effects Facility soll die Auswirkungen harter kosmischer Strahlung auf elektronische Baugruppen mit besonders für den Weltraumeinsatz geeigneten Bauelementen untersuchen. Die speziellen Transistoren auf Galliumnitrid-Basis kommen vom Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) in Berlin-Adlershof. Sie wurden in ein Oszillator-Modul von Kollegen der Universität Aveiro (Portugal) und der portugiesischen Firma EFACEC eingebaut, das wiederum in Alphasat montiert wird.
GaN-Chips sind gegenüber Halbleiterbauteilen aus Silizium besser für den Einsatz im Weltraum geeignet, da sie auf kleiner Fläche mehr Leistung bei hohen Frequenzen erzielen. Sie erlauben daher kleinere, leichtere sowie belastbarere Systeme und tolerieren zudem den Einfluss kosmischer Strahlung besser.
Obwohl die Adlershofer Bauteile nicht auf diese Anwendung hin optimiert wurden, haben sie alle Vorabtests der ESA problemlos bewältigt. Sie hielten Strahlung, Hitze und mechanische Belastungen aus und können den Raketenstart und den Weltraumeinsatz ohne Beeinträchtigung überstehen.