ATLAS

Der  Sonderforschungsbereich (SFB) 1667 „Advancing Technologies for Very Low Altitude Satellites (ATLAS)” konzentriert sich darauf, zentrale wissenschaftliche und technische Hürden zu überwinden, um Very Low Earth Orbits (VLEO) in Höhen von etwa 200 bis 450 Kilometern für nachhaltige Satellitenoperationen zugänglich zu machen. VLEO bietet erhebliche Vorteile für Satellitendienste, die in unserer heutigen wissens-, informations- und kommunikationsbasierten Gesellschaft von entscheidender Bedeutung sind. Darüber hinaus ermöglichen diese Orbits den Betrieb von Satelliten, ohne zur zunehmenden Verschmutzung der traditionellen Orbits durch Weltraumschrott beizutragen oder ihnen ausgesetzt zu sein.

Die langfristige und wirtschaftlich tragbare Nutzung von Satelliten in VLEO ist jedoch aufgrund der besonderen Umgebungsbedingungen der unteren Thermosphäre eine große Herausforderung. Insbesondere der hohe und stark schwankende aerodynamische Widerstand in dieser Region führt zu einem schnellen Zerfall der Umlaufbahn, was den Einsatz einer Kombination aus aktiven und passiven Maßnahmen zur Reduzierung des Luftwiderstands erfordert, um die Satellitenhöhe zu halten. Trotz der Vorteile von VLEO – wie dem "selbstreinigenden" Effekt durch den atmosphärischen Abbau – wurde die Einsatzdauer von Satelliten in dieser Umlaufbahn bisher durch ihre kurze Lebensdauer stark begrenzt.

Der SFB ATLAS setzt sich zum Ziel, diese Herausforderungen zu bewältigen, indem er interdisziplinäre Expertise vereint, um innovative Lösungen zu entwickeln, die eine längere Betriebsdauer in VLEO ermöglichen und das Potenzial dieses vielversprechenden Orbitbereichs erschließen.

Das Erreichen extrem hoher Datenübertragungsraten ist eine zentrale Anforderung für Anwendungen wie das direkte Herunterladen von Rohsensordaten (um energieintensive Verarbeitung an Bord zu vermeiden) und die Bereitstellung eines schnellen, globalen Internets durch ein satellitengestütztes Backbone. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, untersucht das Projekt hochfrequente Millimeterwellen-Bänder (mmW) im Bereich von 40 bis 110 GHz (V-, E- und W-Band), die die erforderliche Bandbreite für diese ultra-hohen Datenratenverbindungen bieten.

Durch jüngste Fortschritte in miniaturisierten, kosteneffizienten Millimeterwellen-Monolithic Integrated Circuit (MMIC)-Technologien ist es möglich geworden, kompakte, breitbandige Transceiver zu entwickeln, die die strengen Anforderungen der VLEO-Satellitenkommunikation erfüllen. Dieses Teilprojekt zielt darauf ab, diese Entwicklungen zu nutzen, um die Hochgeschwindigkeits- und zuverlässigen Kommunikationssysteme zu realisieren, die für zukünftige VLEO-Satellitenkonstellationen erforderlich sind.

• Anforderungen an den Systemgewinn: Angesichts der dynamischen Linkbudgets und der atmosphärischen Dämpfung in VLEO – welche Spezifikationen in Bezug auf Systemgewinn, einschließlich Ausgangsleistung, Rauschpegel des Empfängers und Antennengewinn, sind erforderlich, um hochwertige Verbindungen aufrechtzuerhalten?

• Feeder-Links zu Bodenstationen: Welche Bedingungen müssen für mmW-Feeder-Links zu Bodenstationen erfüllt sein, um die Kompatibilität mit passiven Diensten der Radioastronomie und terrestrischen Kommunikationssystemen zu gewährleisten?

• Leistungsfähigkeit wesentlicher Komponenten: Welche Leistungsniveaus können in zentralen mmW-Analog-Frontend-Komponenten – wie Leistungsverstärkern, rauscharmen Verstärkern und Transpondern – durch den Einsatz moderner Silizium- und Verbindungshalbleitertechnologien erreicht werden?

• Vergleich mit laserbasierten Transceivern: Welche Vorteile bieten mmW-Transceiver im Vergleich zu laserbasierten Kommunikationssystemen, und wie könnte eine Kombination von mmW- und Laserfrequenzen die Leistung von Transceivern steigern?