NASA-Forscher schicken ein Bild der Mona Lisa per Laser zum LRO im Mondorbit

Als Teil der ersten Demonstration einer Laser-Kommunikation mit einem Satelliten in der Mondumlaufbahn haben Wissenschaftler von der Erde aus ein Bild der Mona Lisa zum Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) der NASA geschickt.

Das weltbekannte Bild reiste in digitaler Form fast 386.000 Kilometer von der Next Generation Satellite Laser Ranging (NGSLR) Station am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland) zum Lunar Orbiter Laser Altimeter (LOLA) Instrument an Bord der Sonde. Indem sie das Bild huckepack auf routinemäßig geschickten Laserimpulsen übertrugen, die zur Positionsbestimmung von LOLA dienen, realisierte das Team eine gleichzeitige Laser-Kommunikation und -verfolgung.

„Dies ist das erste Mal, dass irgendjemand eine Einweg-Laser-Kommunikation über planetare Distanzen hinweg verwirklicht hat“, sagte LOLAs leitender Wissenschaftler, David Smith vom Massachusetts Institute of Technology (MIT). „In naher Zukunft könnte diese Art von einfacher Laser-Kommunikation als Backup für die Radio-Kommunikation dienen, die von Satelliten benutzt wird. In der etwas ferneren Zukunft könnte sie Kommunikation mit höheren Datenraten erlauben, als heutige Radioverbindungen zu liefern imstande sind.“

Satelliten, die sich über die Erdumlaufbahn hinausbewegen, verwenden normalerweise Radiowellen zur Verfolgung und Kommunikation. Der LRO ist der einzige Satellit in einer Umlaufbahn um einen anderen Himmelskörper als die Erde, der auch mit Laser verfolgt werden kann.

Dieses Video beschreibt die Vorgehensweise der Forscher bei der Durchführung der Laser-Kommunikation mit dem LRO. (NASA / Goddard Space Flight Center)

„Weil der LRO bereits für den Empfang von Lasersignalen durch das LOLA-Instrument ausgestattet ist, hatten wir eine einmalige Gelegenheit, um Einweg-Laser-Kommunikation mit einem entfernten Satelliten zu demonstrieren“, sagte Xiaoli Sun, ein LOLA-Projektwissenschaftler am Goddard Space Flight Center und leitender Autor der Abhandlung, die die Arbeit in Optics Express beschreibt.

Präzises Timing war der Schlüssel zur Übertragung des Bildes. Sun und seine Kollegen teilten das Bild der Mona Lisa in eine Fläche von 152 x 200 Pixeln auf. Jedes Pixel wurde in einen Grauton umgewandelt, der durch eine Zahl zwischen Null und 4.095 repräsentiert wurde. Jedes Pixel wurde durch einen Laserimpuls übertragen, wobei der Impuls in einem von 4.096 möglichen Zeitpunkten während eines kurzen Zeitfensters abgeschickt wurde, das für die Laser-Verfolgung bestimmt war. Das komplette Bild wurde mit einer Datenrate von etwa 300 Bits pro Sekunde übertragen.

Die Laserimpulse wurden vom LOLA-Instrument an Bord des LRO empfangen, welches das Bild basierend auf den Ankunftszeiten der Laserimpulse von der Erde rekonstruierte. Dies wurde bewerkstelligt, ohne die Hauptaufgabe des LOLA-Instruments zu beeinträchtigen, die in der Kartierung der Höhen und der Mondoberfläche besteht. Auch die Hauptaufgabe der NGSLR-Station, die Verfolgung des LRO, wurde nicht gestört. Der Erfolg der Laser-Transmission wurde bestätigt, indem das Bild mit dem Radiotelemetriesystem zur Erde zurückgeschickt wurde.

Störungen in der Erdatmosphäre sorgten für Übertragungsfehler, sogar bei klarem Himmel. Um diese Effekte zu bewältigen, wandten Sun und seine Kollegen das Reed-Solomon-Verfahren an – das ist dasselbe Fehlerkorrekturverfahren, das gewöhnlich bei CDs und DVDs benutzt wird. Die Experimente lieferten auch Statistiken über die Signalstörungen aufgrund der Erdatmosphäre.

„Diese wegweisende Leistung bereitet den Boden für die Lunar Laser Communications Demonstration (LLCD), eine Demonstration der Laser-Kommunikation mit hoher Datenrate, die das zentrale Merkmal der nächst NASA-Mondmission – dem Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) sein wird“, sagte Richard Vondrak vom Goddard Space Flight Center, der stellvertretende Projektwissenschaftler des LRO.

Das Konzept der Laser-Kommunikation und der Laser Communications Relay Demonstration. (NASA / Goddard Space Flight Center)

Der nächste Schritt nach der LLCD ist die Laser Communications Relay Demonstration (LCRD), die erste langfristige Kommunikations-Mission der NASA im optischen Bereich. Die LCRD wird helfen, Konzepte zu entwickeln und Technologien bereitzustellen, die auf die erdnahe und Deep-Space-Kommunikation anwendbar sind.

Das Goddard Space Flight Center der NASA entwickelte und betreibt die LRO-Mission und das LOLA-Instrument. Die LRO-Mission wird von der Planetary Science Division der NASA im Science Mission Directorate am NASA-Hauptquartier in Washington finanziert. Die NGSLR-Station wird durch eine Partnerschaft mit dem Space Communications and Navigation (ScaN) Program und das Science Mission Directorate finanziert. Die LCRD wird durch eine Partnerschaft mit ScaN und dem Office of the Chief Technologist finanziert.

Quelle: http://www.nasa.gov/mission_pages/LRO/news/mona-lisa.html

(THK)