Waarom Nederland investeert in de ontwikkeling van lasersatellietcommunicatie

Nederland investeert de komende jaren in de ontwikkeling van lasersatellietcommunicatie. Waarom? Waarom nu? En wat heeft lasersatellietcommunicatie ons in de toekomst te bieden? Vier Nederlandse bedrijven geven antwoord.

Wat is lasersatellietcommunicatie?
Op aarde maken we elke dag gebruik van communicatiesatellieten in de ruimte. Bijvoorbeeld voor live televisie, telefonie, inter
© ESA net, militaire toepassingen en noodhulp na een natuurramp. Op dit moment ‘praten’ communicatiesatellieten met elkaar en met de grond via radiofrequenties. Net als elke mobiele telefoon.

Omdat we steeds meer en steeds vaker met elkaar communiceren, raken radiofrequenties verzadigd. Daarom hebben we een nieuw communicatiemedium nodig met méér capaciteit: licht. Lasercommunicatiesatellieten werken ongeveer hetzelfde als conventionele communicatiesatellieten. Alleen gebruiken ze laserlicht in plaats van radiofrequenties.

Wat zijn de voordelen van lasersatellietcommunicatie?

Meer capaciteit. ‘Lichtgolven meer dan duizend keer korter dan radiogolven. Hierdoor kun je er ook ruim duizend keer meer informatie mee versturen in dezelfde tijd’, zegt Sytze Kampen, hoofd technologie van Airbus Nederland. ‘Je praat dan over een datasnelheid van terabits per seconde, in plaats van de gigabits waarover we nu beschikken.’

Lagere kosten. Lichtsignalen versturen kan met apparatuur die aanzienlijk kleiner, lichter en energiezuiniger is dan de instrumenten die we gebruiken voor radiocommunicatie. Als deze technologie eenmaal doorontwikkeld is, gaan de kosten voor satellietcommunicatie per gigabyte dus omlaag.

‘Voor ons gaat het maar om één ding: meer capaciteit tegen lagere kosten’, zegt Francesca Del Monaco, directeur optische communicatie bij Viasat. ‘Lasersatellietcommunicatie stelt ons in staat om meer informatie te ontvangen met gebruik van minder grondstations en dus tegen lagere kosten. Daarom stimuleren wij de ontwikkeling van deze technologie.’

© ESA Veiligheid. Radiocommunicatie is als een schot hagel. Het verstuurde signaal komt niet alleen op een schotelontvanger terecht, maar ook in de wijde omgeving van die schotel. Laserlicht heeft een veel kleinere ‘bundel’. Hierdoor is het moeilijker te onderscheppen en af te luisteren. Lichtcommunicatie heeft bovendien als voordeel dat je het kunt beveiligen met quantumsleutels. Mocht iemand het signaal tóch weten af te luisteren, dan zijn zowel de zender, als de ontvanger hier meteen van op de hoogte.

Geen vergunningenstelsel. Radiosignalen kunnen elkaar makkelijk storen. Daarom is het gebruik van radiofrequenties sterk gereguleerd. In Nederland veilt de Rijksinspectie Digitale Infrastructuur vergunningen voor de radiofrequenties. Bijvoorbeeld die van het 5G-netwerk. Bij lichtcommunicatie heb je dit probleem niet of nauwelijks. Hierdoor is een vergunningstelsel vooralsnog niet nodig.

Hoe verandert de wereld om ons heen, als we lasersatellietcommunicatie hebben?
Voor sommige toepassingen verandert er niet veel. We communiceren zoals we dat nu doen, maar in plaats van radiofrequenties gebruiken we licht. Hierdoor wordt de communicatie sneller, goedkoper en efficiënter.

Maar lasersatellietcommunicatie maakt ook nieuwe toepassingen mogelijk, zegt Tushar Goyal, verkoopmanager ruimteproducten van AAC Hyperion. ‘Denk bijvoorbeeld aan zelfrijdende auto’s en vrachtauto’s. Of breedband internet aan boord van vliegtuigen. En met lasersatellietcommunicatie kunnen onze militairen rekenen op de veiligste vorm van communicatie wanneer ze op uitzending zijn.’

Ook voor de ruimtevaart zelf is lasersatellietcommunicatie van belang. Aardobservatiesatellieten sturen steeds meer waardevolle data naar de aarde. Data die we gebruiken voor het weerbericht, klimaatonderzoek, luchtkwaliteitsmonitoring en nog veel meer’, zegt Gus van der Feltz, senior business developer bij FSO Instruments. ‘Om steeds grotere hoeveelheden satellietgegevens op aarde te krijgen, hebben we de capaciteit van lasersatellietcommunicatie hard nodig.’

Wat is de grootste uitdaging bij de ontwikkeling van technologie voor lasersatellietcommunicatie?
De grootste uitdaging zit bij satellieten in lage aardbanen. Bij lasersatellietcommunicatie is minimaal één zender/ontvanger voortdurend in beweging. Immers: een satelliet draait op hoge snelheid in een baan om de aarde. Communiceert deze satelliet met een schip, vliegtuig of vrachtwagen? Dan is er aan beide kanten van de laserstraal beweging.

‘Het is alsof je op de snelweg tussen Den Haag en Delft rijdt en dan probeert met een laserpointer de spiegel te raken van een auto op een zandweg in de Oostenrijkse Alpen’, zegt Sytze Kampen van Airbus. ‘Om de verbinding tussen twee bewegende objecten in stand te houden, heb je de meest geavanceerde optische technologie, mechanica en elektronica nodig.’

Welke rol speelt Nederland in deze technologieontwikkeling?
Nederland heeft een rijke historie in optische technologie, mechanica en elektronica, afgekort tot optomechatronica. Denk bijvoorbeeld aan de ontwikkeling van atmosferische satellietinstrumenten, onderdelen voor (ruimte)telescopen en de halfgeleiderindustrie. Bij de ontwikkeling van lasersatellietcommunicatie bouwen we voort op deze expertise en ervaring.

Gus van der Feltz van FSO Instruments: ‘De technologie die nodig is voor lasercommunicatie werd en wordt grotendeels ontwikkeld door de kennisinstelling TNO. VDL en Demcon hebben samen het bedrijf FSO Instruments opgericht om een deel van die technologie te vermarkten. We maken nu al producten in de VDL fabriek in Almelo. Samen met onze toeleveranciers werken aan een efficiënte productie van kleine en grotere series.’

Geanimeerde weergave van HemiCAT Laser Communication Terminal in satelliet geïntegreerd © TNO VDL produceert onder meer een kleine zenderontvanger van AAC Hyperion. Het eerste, experimentele exemplaar, de CubeCAT, is inmiddels in de ruimte en werkt volgens verwachting. Zijn opvolger, de HemiCAT, wordt uitgebreid met een zelfrichtende laser.

‘Wij richten ons op de markt voor kleine satellieten in een lage baan om de aarde. De eerste commerciële orders zijn inmiddels binnen’, aldus Tushar Goyal van AAC Hyperion. ‘Samen met FSO Instruments gaan we honderden terminals produceren. Ondertussen blijven we het ontwerp steeds verbeteren.’

Airbus Nederland richt zich op een ander deel van de markt. Het bedrijf ontwikkelt de technologie voor grondstations en mobiele terminals voor schepen, vliegtuigen en vrachtauto’s. ‘Op dit moment is de markt hiervoor nog in wording. Maar we zijn er zeker van dat die markt er komt en dat hij daarna snel zal groeien. Wij willen daarom op het gebied van grondstations en mobiele terminals toonaangevend zijn en blijven. Onze pijlen voor de toekomst zijn daarop gericht.'

Waarom is nú het moment om te investeren in de ontwikkeling van lasersatelliettechnologie?
Francesca Del Monaco van Viasat ziet de vraag naar optische communicatie wereldwijd ontstaan. Haar klanten vragen naar de mogelijkheden van lasersatellietcommunicatie en ook overheden willen ermee werken. ‘Dit is het moment om producten en diensten te ontwikkelen’, aldus Monaco, ‘anders ben je te laat.’

De Nederlandse overheid onderkent dit momentum en steunt de ontwikkeling van technologie voor lasersatellietcommunicatie. Dat gebeurt onder meer via het NSO en NXTGEN Hightech en met een grote subsidie van het Nationaal Groeifonds.

Sytze Kampen van Airbus: ‘Het is belangrijk voor Nederlandse partijen om samen op te blijven trekken in dit langjarige ontwikkelprogramma. De kennis en ervaring zit niet bij één organisatie, maar in een hele keten van kennisinstellingen en maakbedrijven. Alleen samen kunnen we efficiënt lasercommunicatietechnologie van de hoogste kwaliteit produceren. En omdat lasersatellietcommunicatie een snelgroeiende, mondiale markt is, kunnen we er allemaal van profiteren.’