In 1975 begon een team ingenieurs van de Europese ruimtevaartorganisatie (ESA - European Space Agency) met de ontwikkeling van optische inter-satelliet data communicatie technologie. De behoefte aan een goed uitgerust grondstation leidde in 1995 tot de uitbouw van het Europese Optical Ground Station (OGS) op het del Teide observatorium van het Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC) op het Canarische eiland Tenerife. Sindsdien is het grondstation niet meer weg te denken in de activiteiten van Europese astronomen en ruimtevaart ingenieurs.
In 1993 begon de bouw van het Europese grondstation op de 2393 m hoge Izana berg op het Canarische eiland Tenerife. Het Duitse aerospace agentschap DLR gaf de nodige fondsen voor het gebouw met 12,5 m diameter koepel en de overige ESA-landen sponsorden de montering voor een 1 m klasse telescoop. In het kader van de hereniging van Duitsland, schonk het voormalige Oost-Duitse optiek bedrijf Zeiss uit Jena een 1,0 m telescoop voor het project. Deze 1,0 m Ritchey-Chrétien reflector op Engelse dwars-as montering met f/13 Cassegrain focus en f/39 Coudé focus verkreeg first light in 1997. Het ESA grondstation werd opgericht voor de uitvoering van vier specifieke taken; (1) optisch volgstation voor LASER telecommunicaties met de Artemis satelliet in samenwerking met het European Space Operations Center (ESOC) in Darmstadt - Duitsland, (2) opvolgen en in kaart brengen van ruimteafval, (3) opvolgen van Aardscheerders in het kader van het Europese Space Situational Awareness programma en (4) het verrichten van astronomische waarnemingen. In de oudheid gebruikten Grieken en Romeinen reeds lichtsignalen om gegevens voor militair gebruik door te sturen. In de 19de eeuw werd de heliograaf, een spiegelcel op driepoot, ontwikkeld voor militaire telecommunicatie en landmeetkunde. In 1880 slaagde de Amerikaanse uitvinder Alexander Graham Bell (1847-1922) erin om met een fotofoon en luidspreker een draadloos gesprek te voeren over een afstand van 220 m.
satellieten in een lage Aardbaan als naar apparatuur op het naburige eiland La Palma kunnen worden gestuurd - Foto: ESA
Moderne free-space optische communicatie (FSO) behelst het draadloos uitzenden en ontvangen van data met behulp van optische communicatie middelen met LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) apparatuur voor ruimtevaart toepassingen. Het gebruik van LASER-technologie laat toe om grote hoeveelheden data op een nauwkeurige en veilige manier over grote afstanden te transfereren. In oktober 2013 werd dit door NASA en ESA gedemonstreerd met de 622 Mbps LASER data-communicatie tussen een grondstation en het onbemande Lunar Atmosphere & Dust Environment Explorer (LADEE) ruimtetuig in een baan rond de Maan op een afstand van 380000 km. Aan het begin van de 21ste eeuw bestond er slechts een handvol telescopen uitgerust met LASER-communicatie systemen. De bekendste zijn de 0,6 m telescoop in Japan en de 1,0 m telescopen van het US Air Force Space Surveillance project in New Mexico en het Optical Communications Telescope Laboratory (OCTL) van het NASA Jet Propulsion Laboratory in Californië. Uiteraard wordt het uitsturen van LASER-signalen streng gereglementeerd door luchtvaart instanties en het LASER Clearinghouse of Space Command van de Amerikaanse overheid dat instaat voor de bescherming van militaire ruimtevaart technologie. Bovendien testten diverse ruimtevaartagentschappen met succes optische inter-satelliet communicaties, zoals NASA's TDRS, JAXA's DRTS, DLR's NFIRE en TerraSAR X-satellieten. Ook ESA ontwikkelde een Europees Data Relay Satellite System (EDRS) met LASER communicatie technologie. Het Europese grondstation op Tenerife speelt een cruciale rol bij de optische inter-satelliet data communicatie.
Het richten en aansturen van een LASER-straal van en naar een bewegend doelwit aan de hemel is geen sinecure en vereist hoogtechnologische apparatuur. direct optisch zicht gedurende de gehele verbinding. De ESA telescoop gebruikt een transmit LASER-systeem gebaseerd op een solid-state Titanium-saffier apparaat met Argon LASER-straal met vermogen tussen 7 W en 28 W. Vooraleer contact wordt gemaakt met een satelliet dienen de atmosferische omstandigheden te worden getest met het Optisch Verificatie Systeem (OVS). De detectoren kunnen omgaan met inkomende signalen tussen 100 tot 7000 pW met een detectie grootte tussen 5 boogseconden (satelliet hoog aan de hemel) en 12 boogseconden (satelliet aan de horizon) halfwaardebreedte (FWHM). Het ESA-team kan 's nachts gebruik maken van de 0,8 m IAC80 en de 1,5 m Telescopio Carlos Sanchez om met een SCIDAR-instrument (Scintillation Detection And Ranging) de uplink te analyseren doorheen de turbulente atmosfeer.
Op 15 november 2001 verkreeg het OGS de eerste data-verbinding met de Europese Artemis satelliet in een geostationaire baan op 36000 km boven de Aarde (GEO - Geostationary Earth Orbit). Hiermee werd een belangrijke mijlpaal bereikt in de geschiedenis van de Europese ruimtevaart die aan de basis lag van de hedendaagse LASER telecommunicaties. Op 20 november werd een inter-satelliet verbinding verwezenlijkt tussen Artemis en de Franse militaire SPOT-4 satelliet in een lagere baan om de Aarde (LEO - Low Earth Orbit). Hiermee werd de werking van het SILEX-systeem (Semiconductor Intersatellite Link EXperiment) dat gebruik maakt van LASER-licht om data te verzenden op een efficiënte manier gedemonstreerd. De 1,0 m OGS telescoop zendt een korte LASER-puls naar de retro-reflectoren op passerende satellieten. Het tijdsverschil met de teruggekaatste puls geeft de afstand tot de satelliet met een nauwkeurigheid van één centimeter. Uit de combinatie der metingen van verschillende SLR-stations kan de precieze satellietbaan worden berekend. Sinds de ruimtevaart wedloop van de jaren 1960 heeft er zich een enorme hoeveelheid ruimteschroot opgehoopt tot een wolk van puin die rondom de Aarde zweeft. Ruimteschroot varieert in omvang van kleine verfschilfertjes tot afgedankte kunstmanen en rakettrappen.
In februari 2005 verkreeg de OGS telescoop een cryogenisch gekoelde 16 megapixel CCD-camera waarvan de detectie limiet op magnitude 21 lag, hetgeen overstemt met de detectie van een 15 cm deeltje ruimteafval in de geostationaire baan op 36000 km hoogte. In oktober 2014, tijdens de "Space Optics" bijeenkomst (ICSO 2014), demonstreerde de ESA OGS telescoop het opvolgen van het Internationale ruimtestation ISS gedurende de vier minuten lange passage op een hoogte van 420 km. Anno 2015 worden meer dan 25000 geregistreerde objecten opgevolgd om botsingen met satellieten of het internationale ruimtestation te voorkomen. Naast deze ESA survey van ruimteschroot, wordt de 1,0 m telescoop voor één derde van de tijd gebruikt om astronomische waarnemingen te verrichten voor astronomen verbonden aan IAC, waarbij ondermeer Aardscheerders worden opgevolgd. Momenteel wordt 's werelds grootste , de 3,5 m Space Surveillance Telescope ontwikkeld door het DARPA instituut van het Amerikaanse ministerie van Defensie. Het SST-project verloopt in samenwerking met de Australische overheid en de telescoop zal worden ondergebracht op het Harold Holt Naval Communication Station in Exmouth, West-Australië om aan de zuidelijke hemel te opereren. Aangezien meer landen de status van ruimtevaartnatie verwerven en satellieten in een geostationaire baan om de Aarde brengen met Gigabit-per-seconde data verbindingen, zal de noodzaak aan dergelijke surveillance telescopen toenemen teneinde de goede gang van zaken te superviseren. Militaire ruimtevaart technologie speelt een cruciale rol in het behouden van de wereldvrede in de hedendaagse maatschappij!
