Nederlandse laserontvanger voor ‘internet tussen de planeten’ succesvol getest

Ruimtevaartorganisaties ESA en NASA brachten deze zomer voor het eerst een optische dataverbinding tot stand tussen een ruimtevaartuig in de diepe ruimte en onze aarde. Het Nederlandse bedrijf Single Quantum bouwde voor het experiment een detector die zelfs uit de allerkleinste hoeveelheid licht waardevolle informatie kan halen.

Een bijzonder inkijkje in onze communicatietoekomst. Dat was het experiment Deep Space Optical Communications (DSOC). Deze zomer maakte een speciaal door ESA ontwikkeld grondstation in Griekenland verbinding met de NASA-ruimtesonde Psyche, die op dat moment 300 miljoen kilometer van de aarde verwijderd was. Niet via radiofrequenties, zoals gebruikelijk is in de ruimtevaart, maar via laserlicht.
Detector van Single Quantum

Waarom laserlicht? Omdat een ‘optische’ verbinding een veel grotere bandbreedte heeft – net als de glasvezelkabel bij ons thuis. De kortere golflengtes van licht kunnen tien tot honderd keer méér data verzenden dan radiofrequenties. Nu steeds meer ruimtesondes steeds meer informatie over hun ontdekkingen naar de aarde versturen, en mensen van plan zijn om te reizen naar de maan en daarna naar Mars, neemt de behoefte aan snelle dataverbindingen in ons zonnestelsel de komende jaren sterk toe.

Individuele fotonen
Het DSOC experiment was een samenwerking tussen NASA’s Jet Propulsion Laboratory en ESA, dat een consortium van Europese bedrijven vroeg om technologie te ontwikkelen. Het Delftse bedrijf Single Quantum, gespecialiseerd in kwantumcommunicatie, nam de detector van het ESA-grondstation in Griekenland voor zijn rekening. Volgens Sander Dorenbos, medeoprichter en directeur van Single Quantum was de grootste uitdaging de kleine hoeveelheid licht die ‘zijn’ detector moest kunnen opvangen.

Sander Dorenbos © Single Quantum ‘Wanneer een satelliet een laserbundel verstuurt, krijgt die bundel na verloop van tijd de vorm van een kegel’, aldus Dorenbos. ‘Hier op aarde kunnen we van de onderkant van die kegel maar een heel klein stukje opvangen. Onze ontvanger moest dus gevoelig genoeg zijn om individuele lichtdeeltjes – fotonen – waar te nemen.’

Programma voor technologieontwikkeling
De detector van Single Quantum bestaat uit 36 pixels en is gebaseerd op supergeleidende nanodraden die gekoeld worden tot een temperatuur van -272,15 graden Celsius. De ontwikkeling duurde drie jaar en werd via het NSO gefinancierd vanuit het ESA General Support Technology Programme, een programma dat ESA-lidstaten in staat stelt om innovatieve technologie te ontwikkelen voor de ruimtemissies van de toekomst.

Van de vier verbindingen die deze zomer met succes tot stand werden gebracht tussen het Helmos grondstation in Griekenland en de Psyche ruimtesonde, was de vierde en laatste verbinding het meest opzienbarend. Het grondstation volgde het ruimtevaartuig laag aan de horizon, dwars door de turbulente atmosfeer heen. Ondanks deze moeilijke omstandigheden was de detector van Single Quantum in staat om een schattige boodschap te ontvangen: een video van een kat die achter een laser aan jaagt, verzonden met snelheden tot 1,8 Mbps.

Video of Tater the Cat received from Psyche's DSOC ©NASA/JPL-Caltech

Nieuwe opdrachten
‘Dit was onze eerste klus in de ruimtevaart en dat is goed bevallen’, zegt Dorenbos, die normaal gesproken werkt aan apparatuur voor beveiligde kwantumcommunicatie op aarde. ‘Ik vermoed dat optische communicatie in de ruimte de komende jaren flink zal groeien. Met deze innovatieve detector hebben we ons bedrijf goed gepositioneerd om mee te dingen naar nieuwe opdrachten in de toekomst.’