Kleinste satelliet met systeemtechnologie van de TU Berlin test quantumcommunicatie in de ruimte

Het QUICK³-vliegpatroon in het integratielabor van de vakgroep Ruimtevaarttechniek met het ontwikkelingsteam van de Technische Universiteit Berlijn.

De kleine satelliet QUICK³ dient als technologische demonstrator voor componenten van een toekomstig kwantumsatellietsysteem.

Gelukkiger start van de raket vanaf het ruimtevaartcentrum Vandenberg (Californië, VS)

Op maandag 23 juni 2025 is de kleinste satelliet QUICK³ van het ruimtevaartcentrum Vandenberg (Californië, VS; GMT-7) succesvol in een baan om de aarde gelanceerd. De missie moet nieuwe technologieën testen voor een afluisterveilige kwantumcommunicatie en een kwantumfysisch experiment uitvoeren onder ruimteomstandigheden. De Technische Universiteit Berlijn speelt een centrale rol in het onderzoekskonsortium en levert belangrijke bijdragen aan de uitvoering.

QUICK³ is een klein satelliet van het type 3U-CubeSat – ongeveer zo groot als een schoenendoos en ongeveer vier kilogram zwaar. Hij dient als technologische demonstrator voor componenten van een toekomstig kwantumsatellietensysteem. Aan boord bevindt zich een kwantumlichtbron die individuele lichtdeeltjes (fotonen) produceert op basis van een tweedimensionaal materiaal. Deze fotonen zullen in de toekomst helpen om informatie veilig en afluisterbeveiligd over te dragen. In tegenstelling tot klassieke communicatiesystemen is fysiek elke onopgemerkte toegang tot de gegevens bij kwantumoverdracht uitgesloten.

Verbinding van de wetenschappelijke componenten

De TU Berlijn heeft gezorgd dat de verschillende wetenschappelijke instrumenten in de satelliet samenwerken en betrouwbaar worden geïntegreerd in het totale systeem van de satelliet. Hiervoor ontwikkelde het team een speciale elektronische module die de experimenten in de ruimte aanstuurt, de meetgegevens opslaat en later naar de aarde verzendt. Ook de mechanische structuur die de gevoelige onderdelen binnenin de satelliet fixeert, komt van de TU Berlijn. De ingenieurs hebben deze zo ontworpen dat ze bestand is tegen de belastingen tijdens de lancering.

„Een van de grootste taken in dit project was het afstemmen van de interfaces tussen de wetenschappelijke partners en de leverancier van de satellietbus. Het vakgebied ruimtevaarttechniek van de TU Berlijn nam hierbij een verbindende rol. We hebben gezorgd dat het totale systeem betrouwbaar functioneert,” zegt systeemingenieur Philipp Werner van de TU Berlijn.

Julian Bartholomäus, projectleider aan de TU Berlijn, legt uit: „Onze jarenlange ervaring op het gebied van ruimtevaarttechniek – wij hebben als enige universiteit wereldwijd al meer dan 30 satellieten in de baan gebracht – heeft ons geholpen om de experimenten in de orbit zo veel mogelijk geautomatiseerd uit te voeren. We hebben daarvoor veel bestaande ontwikkelingen uit onze TUBIN-missie gebruikt en konden zo flexibel inspelen op veranderingen in de projectuitvoering.”

Technologie-test en fundamenteel onderzoek in de ruimte

De overdracht van individuele fotonen over grote afstanden is via glasvezels slechts beperkt mogelijk. In de ruimte daarentegen dempt de atmosfeer het licht nauwelijks – een voordeel voor de overdracht van individuele fotonen. QUICK³ test of de daarvoor bestemde componenten ook onder de omstandigheden in de baan betrouwbaar werken. De missie levert daarmee belangrijke inzichten voor het opbouwen van een toekomstig wereldwijd kwantumcommunicatienetwerk met veel satellieten.

Een ander doel van de missie is een fundamenteel natuurkundig experiment: het team wil testen of de zogenaamde Born’sche waarschijnlijkheidsinterpretatie van de kwantummechanica ook in de gewichtloze toestand standhoudt. Deze vraag kon tot nu toe niet onder ruimteomstandigheden worden onderzocht. De projectdeelnemers rekenen op eerste wetenschappelijke resultaten tegen eind 2025.

Het Bundesministerium für Wirtschaft und Energie ondersteunt het project. De leiding ligt bij Prof. Dr. Tobias Vogl van de Technische Universiteit München, die samen met het team van de Friedrich-Schiller-Universität Jena de kwantumlichtbron heeft gebouwd en geïntegreerd met een optische chip van het CNR-IFN in Italië. Het Ferdinand-Braun-Institut voor Hoogfrequentietechniek in Berlijn heeft een lasersysteem gebouwd om de kwantumlichtbron aan te sturen, dat wordt geregeld met elektronica van de „National University of Singapore”.