Japanisches Team demonstriert erfolgreich Technologie zur Verfolgung von Kommunikationsplattformen in großer Höhe per Laserpulsen vom Boden

SoftBank Japan, die Hosei University und das National Institute of Polar Research haben ein Verfahren vorgestellt, bei dem Laserpulse vom Boden aus Kommunikationsplattformen in großer Höhe verfolgen – ein wichtiger Schritt für künftige optische Verbindungen zwischen Boden, Stratosphäre und Satelliten. Für die Demonstration kam ein Corner Cube Retroreflector (CCR) zum Einsatz, der an einem HAPS vom Typ LTA des US-Unternehmens Sceye angebracht war. Eine kompakte, tragbare Laserentfernungs­messanlage am Boden verfolgte den HAPS durchgehend und empfing die vom Reflektor zurückgeworfenen Laserpulse, während sich die Plattform in der Stratosphäre befand.

Laut SoftBank handelt es sich um die weltweit erste Demonstration dieser speziellen Form bodengestützter Laserentfernungsmessung an einem stratosphärischen HAPS, basierend auf öffentlich zugänglichen Informationen, die von den drei Institutionen bis zum 8. September 2026 geprüft wurden.

Warum ein Laserreflexionstest?

Warum führt man an einem HAPS eine Laserreflexion durch? Das Experiment klingt einfacher als eine herkömmliche Laserkommunikations­demonstration, da der HAPS keine optische Sende­einheit einsetzt, sondern einen passiven Reflektor mitführt. Ein CCR ist so konstruiert, dass er einfallendes Licht unabhängig vom Einfallswinkel genau zur Quelle zurückwirft. Durch die Montage an einem HAPS können die Forscher testen, ob eine Bodenstation ein bewegliches Objekt dauerhaft erfassen und verfolgen, den Laserstrahl darauf ausrichten und das äußerst schwache Rücksignal detektieren kann. HAPS-Plattformen operieren in etwa 20 Kilometer Höhe, wobei sich Position und Ausrichtung ständig ändern.

Ein Kommunikationssystem muss das Fluggerät daher lokalisieren, optisch erfassen, den schmalen Laserstrahl darauf ausrichten und die Verfolgung während der Bewegung aufrechterhalten. SoftBank bezeichnet diese Funktionskette als Pointing, Acquisition and Tracking (PAT). Der CCR-Test erlaubte es den Forschern, diese Herausforderungen zu untersuchen, bevor eine vollständige optische Kommunikationsendstelle installiert wird.

Die Demonstration von Laserentfernungsmessung bis hin zu optischer Kommunikation fand am 23. und 24. August 2026 statt, nachdem am 22. August erste Beobachtungen und Softwareanpassungen erfolgt waren. Der HAPS operierte über dem Gewässer vor Cape Muroto in der Präfektur Kōchi. Das Bodensystem erfasste und verfolgte den HAPS durchgehend, sandte Laserpulse zu seinem CCR und empfing das reflektierte Signal. Zudem lieferte der Versuch Daten darüber, wie stark das Lasersignal auf dem Weg zwischen Boden und Stratosphäre abgeschwächt wird. Diese atmosphärischen Informationen helfen dabei, die Anforderungen an künftige optische HAPS-Kommunikationseinrichtungen zu definieren, einschließlich Montage und Betrieb der Endstellen.

Der Test war technisch anspruchsvoll, da der vom CCR reflektierte Strahl nur in einem sehr engen Winkelbereich zurückkehrt. Laut SoftBank ist die für eine Satelliten-Laserentfernungsmessung erforderliche Pointing- und Tracking-Genauigkeit rund eine Größenordnung höher als bei herkömmlichen optischen Kommunikationsverbindungen.

Erwähnenswert ist, dass die im Experiment verwendete Laserleistung gering war und das System die Übertragung stoppte, sobald ein bemanntes Flugzeug in Richtung des HAPS erkannt wurde. Die Demonstration baut auf früheren Arbeiten auf, die zeigen, dass optische Kommunikation zwischen Stratosphäre und Boden funktionieren kann. Bereits 2005 demonstrierte das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt beim STROPEX-Experiment eine optische Downlink-Strecke von 1,25 Gbit/s von einem Stratosphärenballon in rund 22 Kilometer Höhe zu einer Bodenstation. Auch die US Navy entwickelte mit dem Pacific Naval Information Warfare Center die Stratosphärische Optische Link-Demonstration (SOLD), um die Risiken optischer Kommunikationstechnologie in Höhenballonexperimenten zu reduzieren.

SoftBank geht einen anderen Weg und überträgt keine Kommunikationsdaten zwischen optischer Endstelle und Boden, sondern erzeugt einen Hin- und Rück-Laserpfad: Boden → HAPS → Boden.

Wohin sich künftige Kommunikationssysteme entwickeln

Der nächste Schritt ist die Verbindung mit Licht. Ein CCR selbst kann keine Daten übertragen, da er passiv ist. Künftige Kommunikationssysteme benötigen an HAPS optische Sende- und Empfangseinheiten, die Laser­signale senden und empfangen können, während die Verbindung zur Bodenstation oder zum Satelliten aufrechterhalten bleibt. Laut SoftBank nutzt das Trackingsystem, das für die optische Kommunikationsendstelle entwickelt wird, die gleiche Softwarearchitektur wie das Laserentfernungs­messsystem – die Erfahrungen aus dieser Demonstration lassen sich also auf die nächste Phase übertragen. Das übergeordnete Ziel des Unternehmens ist der Aufbau eines dreidimensionalen Kommunikationsnetzes, in dem HAPS-Plattformen Boden­nutzer über optische Verbindungen mit Infrastruktur und potenziellen Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn (LEO) verknüpfen und als hochkapazitive Verbindung zwischen den verschiedenen Netzebenen dienen.

SoftBank hat bereits mit Sceye HAPS-Kommunikationsdienste einschließlich Smartphone-Anbindung getestet und arbeitet auf eine mögliche Kommerzialisierung nach 2027 hin. Die jüngste Demonstration adressiert eine Grundvoraussetzung, die ein solches Netz erfüllen muss: zuverlässig eine Laserverbindung zu einer beweglichen Plattform in 20 Kilometer Höhe aufzubauen, zu verfolgen und aufrechtzuerhalten.