Weltumspannende Kommunikationsnetzwerke
Heute bilden die unseren Planeten verbindenden Glasfaserkabel das Rückgrat des globalen Netzwerks, ohne das so gut wie nichts mehr in den modernen Gesellschaften funktioniert. Und während an vielen Ecken und Enden noch daran gearbeitet wird, auch das letzte Wegstück zum Empfänger in Glasfasertechnik, statt Kupfer, auszuführen, werden wir Augenzeugen eines neuen Wettlaufs um die Infrastruktur für Daten- und Telekommunikationsnetzwerke. Gleich mehrere Technologie-Unternehmen bauen an riesigen weltraumgestützten Kommunikationsnetzwerken der neuesten Generation. Deren Knotenpunkte sind kompakte Satelliten, die zu Tausenden in den Orbit geschossen werden. Diese nutzen Laserlicht zur Nachrichtenübertragung, sie verbinden sich miteinander und leiten Daten effizient und schnell von einem Punkt auf dem Planeten zum anderen. Die Vision lautet, jedes Auto, jede physische Infrastruktur, jeden Schiffscontainer und jeden Sattelzug, ja sogar jede Kuh mit Konnektivität zu versorgen, was ein Spektrum fantastischer Anwendungen ermöglicht.
Faserlose Photoniknetzwerke auf der Erde
Auch auf der Erde wird ein ähnlicher Ansatz zur Bereitstellung von Punkt-zu-Punkt-Netzwerken mithilfe der „faserlosen Photonik“ neu gestartet. Das Prinzip der optischen Freiraumkommunikation ähnelt ansatzweise der optischen Telegraphie aus dem 18. Jahrhundert: Nachrichten werden codiert und mittels Licht von einem terrestrischen Ort zum anderen übertragen. Dies bietet das Potenzial für die schnelle Bereitstellung sicherer Verbindungen zwischen Standorten, z. B. von Gebäude zu Gebäude in einer überfüllten Stadt oder für die „letzte Meile“ eines breiteren Netzwerks.
Neben optoelektronischen Komponenten und tiefgreifendem nachrichtentechnischem Know-how spielen auch mechatronische Systeme eine entscheidende Rolle für die Funktionalität derartiger Netzwerke. Die Übertragung von Nachrichten mittels Laserstrahlen erfordert präzise Ausrichtungslösungen, um den Strahl auch über große Distanzen präzise am Ziel zu halten, Drift und Störungen zu korrigieren und bei Bedarf schnell wieder auszurichten. Zusätzlich zur Steuerung durch das Satellitenlagesystem ist ein feines Hochgeschwindigkeitslenksystem erforderlich, um Vibrationen vom Satelliten, thermische Änderungen und andere Ursachen für Störungen zu kompensieren. Bei erdgebundenen Anwendungen sind auch atmosphärische Turbulenzen oder Bewegungen von Gebäuden potenzielle Störquellen für die fehlerfreie Signalübertragung. Schnell reagierende Kippspiegelsysteme sind daher von essentieller Bedeutung für die optische Freiraumkommunikation.
Neben hohen Bandbreiten und ausreichend großen Kippwinkeln ist wartungsfreie Funktion im 24/7 Modus von entscheidender Bedeutung für diese Anwendung. Energieeffizienz, niedriges Gewicht und eine kompakte Bauweise sind ebenfalls essentiell. Und Robustheit ist gefordert, denn die Systeme müssen nicht nur die hohen Beschleunigungen beim Satellitenstart überstehen, sondern über den gesamten Einsatzzeitraum auch die harschen Umweltbedingungen wie starke Temperaturschwankungen oder Strahlungsbelastung.
Piezoelektrische oder elektromagnetische Kippspiegel (FSM = Fast Steering Mirrors auch als Tip/Tilt Spiegel bezeichnet) können eine Winkelauflösung bis in den Nanorad-Bereich mit einer mechanischen Bandbreite bis zum kHz-Bereich liefern. Sie sind kompakt, schnell und genau genug, um die bei diesen Anwendungen üblichen Störungen zu kompensieren. Während piezogetriebene FSMs eine höhere Auflösung und Bandbreite bieten, ermöglichen elektromagnetische Einheiten (normalerweise Voice Coil FSMs) größere Auslenkungen. Um das gesamte Spektrum der Anwendungsanforderungen zu erfüllen, bietet PI beide Arten von Mechanismen an, sowohl in standardisierter Bauform als auch in anwendungsspezifischen Konfigurationen.
Seit den 1990er Jahren wird die schnelle Tip/Tilt Kippspiegeltechnologie von PI sowohl in terrestrischen Projekten als auch in Weltraummissionen eingesetzt. So ist beispielsweise im Solar Orbiter, einem Gemeinschaftsprojekt von NASA und ESA, ein Strahlstabilisierungssystem von PI im Einsatz und auf dem Weg zur Sonne. PI bietet effiziente und schnelle Designs auf der Basis von piezoelektrischen oder elektromagnetischen Antrieben – und bietet zudem langjährige Erfahrung in der schnellen Skalierung auf hohe Stückzahlen.
Zu den Lösungen von PI gehören eine Vielzahl standardisierter Tip/Tilt Systeme als auch kundenspezifische Entwicklungen. Weitere werden folgen.
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