Für den Katastrophenfall: Im Notfall mit Amateurfunk und Satellit kommunizieren

Informatikstudenten der Hochschule Darmstadt haben eine Bodenstation gebaut, mit der sie einen 36.000 Kilometer entfernten Satelliten anpeilen können. Die Technik könnte bei Katastrophen helfen.Großflächige Stromausfälle wie unlängst in Berlin haben gezeigt, wie leicht Infrastruktur zerstört werden kann. Wie sich Kommunikation auch im Notfall aufrechterhalten lässt, haben Informatikstudenten der Hochschule Darmstadt in einem internationalen Lehrprojekt mit italienischen und französischen Kommilitonen erprobt. Gemeinsam haben sie auf dem Darmstädter Campus eine Bodenstation gebaut, die auf Amateurfunkfrequenzen einen geostationären Satelliten im All anpeilt. Dieser wiederum sendet ihre Signale an die halbe Welt.„CQ, CQ, hier ist Darmstadt, das ist ein Test.“ Eine Achtelsekunde braucht der Funkspruch, um die rund 36.000 Kilometer lange Strecke zum Satelliten zurückzulegen und nochmals die gleiche Zeit, um von dort zurück zur Erde gespiegelt zu werden. Der kommerzielle Orbiter QO-100, den die Darmstädter Studenten mit ihrer Parabolantenne angepeilt haben, „ist der bekannteste Satellit für Amateurfunker weltweit“, sagt Stefan Valentin, Professor an der Hochschule Darmstadt. Der Orbiter steht an einem festen Punkt im All über Afrika. Wer ihn anfunkt, ist von Südamerika bis in die Mitte von China zu empfangen.In Cornwall kam das erste Signal anDas erste Signal vom Dach des Fachbereichs Informatik ging in Cornwall in England ein, wie Valentin berichtet. Auch dort haben Amateurfunker eine Bodenstation gebaut, die den Funkspruch der Darmstädter einfing und beantwortete. Für die Bachelorstudenten ein aufregender Moment. Wochenlang hatten sie zuvor unter Valentins Anleitung die technischen Komponenten zusammengebaut, an Antenne, Signalverarbeitung und der Hardware getüftelt und eine Website entwickelt. Verwendet haben die Studenten dabei die Software-Defined-Radio-Technik (SDR), die analoge Funksignale digitalisiert und auf dem Computer in Echtzeit direkt verwendbar macht. Signale können so live ins Internet gestreamt werden.Die Studenten haben ein Web-SDR programmiert, eine Website, auf die sich jeder überall auf der Welt einloggen kann. Die Funksignale ihrer Satellitenbodenstation können über https://websdr.fbi.h-da.de/sdr rund um die Uhr im Internet verfolgt werden. Im Webbrowser erscheint das bunt eingefärbte Empfangssignal wie auf einem Messinstrument, begleitet von statischem Rauschen sowie Funksprüchen, meist auf Englisch, die auch als Balken auf dem Display sichtbar werden.„Es funktioniert. Wir haben das ziemlich schnell mit viel Spaß hinbekommen“, sagt der Professor. Doch die Ausrichtung der Antenne war knifflig. Schon eine Abweichung von einem Grad bedeutet, dass das Signal den weit entfernten Satelliten im All womöglich um Hunderte Kilometer verfehlt. „Mit Kompass und Berechnung war aus theoretischer Sicht alles klar, aber in der Praxis bedeutete es einen halben Tag Arbeit, bis wir das erste Signal empfangen haben.“Im Amateurfunk ist Verschlüsselung verbotenIn dem Projekt konnte Valentin seine Erfahrungen weitergeben. Der Professor für Mobile Netzwerke hat als Forschungsingenieur viele Jahre auch im Ausland in der Mobilfunkindustrie gearbeitet und ist selbst begeisterter Amateurfunker. Der 47 Jahre alte Wissenschaftler besitzt einen Funkschein, der rechtlich nötig ist, wenn man Funksprüche in die Welt senden will. Unter den Amateuren gibt es feste Regeln: „Verschlüsselungen sind nicht erlaubt, und es ist verpönt, über Politik zu sprechen. Völkerverständigung ist das Ziel.“Einen internationalen Ansatz hat auch sein Lehrprojekt, das Teil des Erasmus Blended Intensive Programme (BIP) ist. Die Informatikstudenten der Darmstädter Hochschule haben dabei mit Kommilitonen der Grande École Télécom Saint-Étienne in Frankreich und der italienischen Universität Padua zusammengearbeitet. Das BIP kombiniert virtuelle Zusammenarbeit mit kurzen, intensiven Präsenzphasen im Ausland.Hintergrund sind jedoch nicht allein die internationale Kooperation, das Informatikwissen oder der Spaß an der Technik. Vielmehr ging es Valentin in dem Projekt auch darum, Wege für eine robuste Kommunikation in Not- oder Katastrophenfällen zu zeigen. Im nächsten Wintersemester wird das Projekt fortgeführt. Dann will er mit Studenten die Satellitenbodenstation auf dem Dach der Hochschule mit sogenannten Mesh-Netzwerken verbinden, um die Reichweite zu vergrößern.Krisenkommunikation über KleinstcomputerMesh-Verbindungen sind dezentrale, kleine Funknetze, die ohne viel Infrastruktur auskommen. Dafür braucht es Kleinstcomputer, die mit der frei nutzbaren Long-Range-Funktechnologie über kleine Antennen betrieben werden. „Die Lo-Ra-Technik wird heute schon eingesetzt, etwa um aus der Ferne Strom- oder Wasserzähler abzulesen“, erklärt der Professor.Diese Kleinstcomputer kosten nur kleine Eurobeträge und lassen sich ohne Internet per Bluetooth direkt mit dem Handy koppeln. Über eine Chat-App können dann Menschen auch in Krisensituationen miteinander kommunizieren, selbst wenn das Stromnetz und die Mobilfunknetze ausgefallen sind. Über Batterie oder Powerbank funktioniert das mindestens eine Woche lang auch ohne Netzstrom. „Die Geräte verbinden sich untereinander, und das System lässt sich inzwischen sehr einfach von Bürgern ohne Fachkenntnisse bedienen“, sagt Valentin. Schon während der Ahrtal-Flut wäre das eine gute Lösung gewesen, ist er überzeugt.Die praktische Projektarbeit hat für den Experten noch eine weitere Komponente. Mit der nächsten Mobilfunkgeneration 6G sollen künftig direkte Verbindungen zwischen Kommunikationssatelliten und Smartphones möglich werden. „Wir können uns dann mit unseren Handys direkt mit dem Orbit verbinden“, so Valentin. Das heißt, es soll so gut wie keine Funklöcher mehr geben. Seine Studenten will er mit Projekten wie der Satellitenbodenstation auf die neuen Technologien vorbereiten. Theorie allein reiche nicht, findet er. „Praktisches Bauen hilft beim Verstehen komplexer Systeme.“