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Internet per Laser Start-up in der Stratosphäre - Daten-Revolution im Weltall
Bei Laser im Weltraum denken viele Menschen an «Star Wars». Die Technik könnte bald ihren Durchbruch im All erleben - nicht als Waffe, sondern in der Datenübertragung.
Steigende Datenmengen lassen die Übertragung per Funk an Kapazitätsgrenzen stossen - im All könnte sich daher Laser-Technik durchsetzen.
Ein Hauptvorteil von Laserstrahlen liegt in der grösseren Kapazität. Der Weltrekord im Funk liegt bei 36 Gigabit pro Sekunde. Mit Laser erreichten Forscher des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums (DLR) in Oberpfaffenhofen bei München fast das fünfzigfache Volumen: 1,7 Terabit pro Sekunde. «Bei Funk gibt es eine physikalische Grenze, die Frequenz ist bei Laser wesentlich höher», erklärt Wolfram Peschko, Vorstandschef der Mynaric AG, einer Ausgründung aus dem DLR.
Google und SpaceX sind interessiert
Das Start-up aus dem Münchner Vorort Gilching hat ehrgeizige Pläne. «Wir haben einen anderen Ansatz als klassische Space-Firmen, die von grossen Staatsaufträgen leben und aufwendige Einzelanfertigungen herstellen», sagt Peschko. «Wenn die ein Projekt anfassen, dauert das Jahre und wird richtig teuer. Wir kommen aus dem privat finanzierten Bereich, unsere Entwicklungszeiten sind relativ kurz.» Als interessiert gelten unter anderem Facebook, Google und SpaceX, das Raumfahrtunternehmen des Tesla-Gründers Elon Musk.
Die global übertragene Datenmenge vervielfacht sich alle paar Jahre. «Der Bedarf liegt derzeit bei etwa 10 Gigabit pro Sekunde, in ein paar Jahren sind es wahrscheinlich 100 Gigabit», schätzt Peschko.
Wie Bitcoin die Suche nach Ausserirdischen sabotiert:
Gibt es ausserirdisches Leben? Wegen dem Boom der Kryptowährungen entgehen uns möglicherweise die Signale von E.T.
Bild: Keystone
Das SETI-Projekt sucht weltweit mit Radioteleskopen nach ausserirdischen Funksignalen.
Bild: Keystone
Doch zur Auswertung der Aufnahmen ist eine enorme Rechenkraft nötig.
Bild: Getty Images
Bisher wurden dafür GPUs verwendet - Anwender dürften diese Bauteile als «Grafikkarten» für ihre Computer kennen.
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Doch Hersteller wie NVIDIA können die enorme Nachfrage nicht mehr bedienen.
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Schuld daran ist der Run auf Kryptowährungen:
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Denn besagte GPUs sind besonders effizient beim «minen» von Digitalwährungen wie Ethereum. Deshalb kaufen Miner den weltweiten Vorrat von Grafikkarten auf.
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Nicht nur Alien-Sucher sind von der Knappheit betroffen: Auch Wissenschaftler, die den Sternenhimmel nach Partikeln aus der Anfangszeit des Universums suchen, macht der GPU-Mangel gerade Probleme. Die All-Revolution muss sich also noch etwas gedulden.
Bild: Getty Images
Laser sind billiger als Kabel
Kabellose Laserkommunikation sei zudem wesentlich kostengünstiger als Glasfaserkabel. «Wenn Sie alles vergraben, wird es unglaublich teuer. Hierdurch werden Netzwerke in der Luft mit Hilfe unserer Technologie bis zum Faktor zehn billiger als klassische Netzwerke am Boden.» Optische Übertragung ist in vielen Varianten möglich: vom Satelliten oder Flugzeug zum Boden ebenso wie von Satellit zu Satellit oder von Flugzeug zu Flugzeug. «Was wir brauchen, ist ein alternatives Internet in der Luft», sagt Peschkos Vorstandskollege Markus Knapek.
Die ersten Experimente mit optischer Kommunikation im Weltraum gab es bereits vor Jahrzehnten, berichtet Harald Hauschildt, Leiter des Programms für «Secure and Laser Communication Technology» bei der Europäischen Raumfahrtbehörde ESA. Erste Terminals für Anwendungen im Weltraum seien mit 200 bis 300 Kilogramm Gewicht aber sehr schwer gewesen. «Heute ist das ein Wachstumsmarkt», sagt der Astrophysiker.
Zusammenarbeit mit Airbus
Im Aufbau ist in Kooperation der Raumfahrtbehörde mit Airbus ein europäisches Satellitensystem zur Datenübertragung (EDRS). «Im Rahmen des weltweit einmaligen EDRS-Programms werden bereits täglich Daten über Laser von den Copernicus-Erdbeobachtungssatelliten an EDRS und von dort zum Boden übermittelt», so Hauschildt. «Ein Satellit ist bereits im Orbit, ein zweiter ist im Bau.» Man könne grosse Mengen an Daten über Zehntausende Kilometer direkt übertragen. «Heute werden Daten noch optisch empfangen und in Funkwellen umgewandelt. Wir würden das Ganze gern so weit wie möglich optisch machen.»
Die Grundlagenforschung läuft am DLR. Wissenschaftler Christian Fuchs und seine Kollegen arbeiten unter anderem an einer weiteren Erhöhung der Datenraten. Mit 1,7 Terabit pro Sekunde bei einem Boden-zu-Boden-Versuch sei das DLR Weltrekordhalter, sagt der Leiter des Bereichs optische Kommunikationssysteme. Kapazitätsengpässe bei der Datenübertragung per Funk gebe es aber jetzt schon: «Es ist gerade bei Satelliten schwierig, noch Funklizenzen zu bekommen.» Optische Kommunikation hat nach Fuchs' Worten daher auch einen ganz praktischen Vorteil. «Man kann die Systeme ohne Lizenz betreiben.»
Wolken stören das Signal
Doch gibt es bei der optischen Datenübertragung technische und physikalische Hürden zu überwinden. Laserstrahlen sind gebündeltes Licht. «Durch Bewölkung oder Nebel hindurch lassen sich keine Daten übertragen.» Auch in grösseren Höhen kann es Störungen geben.
Treibender Faktor bei der Nachfrage nach höheren Datenkapazitäten sei die Industrie, sagt Peschko: «Die Leute, mit denen wir reden, wollen solche Systeme bis Mitte des nächsten Jahrzehnts aufgebaut haben.»
Technik verstehen: Die verschiedenen Kabel und Stecker
Audio-Fans wissen: Es gibt dutzende verschiedene Wege, Musik zwischen Geräten oder im Zimmer zu verteilen. Doch welches Kabel eignet sich am besten wofür? Wir bringen Ordnung in das Anschlüsse-Chaos:
Bild: dpa
Bananenstecker: Mit die einfachste und schnellste Möglichkeit, um Boxen anzuschliessen. Zur Montage werden die Stecker auf die abisolierten und leicht verdrillten Kabelenden aufgesteckt und verschraubt. Alternativ verfügen Lautsprecher oder Verstärker über Schraubklemmen.
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Lautsprecher mit der Funktechnik Bluetooth sind beliebt - auch weil eine Netzwerkumgebung anders als bei WLAN nicht erforderlich und die Inbetriebnahme extrem simpel ist. Dafür beschränkt sich die Reichweite auf rund zehn Meter.
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Die Cinch-Buchse ist der verbreitetste Hi-Fi-Anschluss. Cinch, auch RCA-Connector genannt, ist eine Schnittstelle, die fast ausschliesslich zum Verkabeln von Zuspielgeräten mit dem Verstärker verwendet wird. Der linke Audiokanal hat einen weissen, der rechte einen roten Stecker.
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Der DIN-Stecker wird auch Diodenstecker genannt und spielt heute kaum noch eine Rolle. Die fünfpolige Variante kann zwei Stereosignale übertragen. Vorteil: Ein Kabel reicht für Aufnahme und Wiedergabe.
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Ethernet wird auch LAN genannt. Eine Buchse dafür findet sich an immer mehr Unterhaltungselektronik-Geräten, um sie ins heimische Netzwerk ein- und sie mit dem Internet verbinden zu können - etwa zum Audio-Streaming. Gegenüber WLAN-Verbindungen sind Verkabelungen per Ethernetbuchse weniger störanfällig, die Übertragungsraten oft höher.
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Klinke hat sich als Standard zum Anschluss von Kopfhörern durchgesetzt. Bei mobilen Geräten wie Smartphones kommt das 3,5-mm-Format zum Einsatz, an der Front von Anlagen oder Komponenten findet sich häufig das 6,35-mm-Format. Selten, etwa bei Headsets findet sich das 2,5-mm-Format. Adapter gewährleisten Kompatibilität. Über Klinkenstecker werden auch Mikrofon- und Aux-Eingäge realisiert.
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Das High Definition Multimedia Interface ist wohl der wichtigste Heimkino-Anschluss. Ein HDMI-Kabel transportiert Bild und Ton. Wer 4K-/UHD-Signale fehlerfrei übertragen möchte, sollte prüfen, ob das HDMI-Kabel Bildwiederholfrequenzen von 60 Hertz unterstützt.
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S/PDIF steht für Sony/Philips Digital Interface und beschreibt einen Schnittstellenstandard für die Übertragung von digitalen Audiosignalen - in optischer oder elektrischer Form. Hierbei können Stereosignale, aber auch höhere Spurenzahlen übertragen werden.
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Der Universal Serial Bus hat den Sprung aus der IT-Welt in die Unterhaltungselektronik geschafft. An Fernseher oder Anlagen können etwa USB-Speicher mit Musik, Fotos oder Videos angeschlossen werden. Mobilgeräte haben Micro-USB- oder immer öfter USB-C-Buchsen.
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Netzwerk-Lautsprecher, Fernseher, AV-Receiver und viele andere Geräte lassen sich über den drahtlosen Funkstandard WLAN mit Netzwerk und Internet verbinden - wie beim LAN, nur eben ohne lästiges Kabelverlegen. Allerdings können ungünstige bauliche Gegebenheiten und andere WLAN-Netze die Signalübertragung stören.
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XLR-Anschlüsse rasten ein, erzeugen keine Kurzschlüsse und übertragen Signale selbst über lange Strecken störungsarm. Das sind die Vorteile der primär im Profi-Audiobereich eingesetzten Stecker. Durch die symmetrische Signalübertragung werden negative Einflüsse durch Einstreuung minimiert.
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