Satellitenflugbahnen
1. Polare Flugbahn
Eine Variante durch eine Satellitenflugbahn auch hohe geographische Breiten mit ausreichender Signalqualität zu Versorgen ist der Polar Orbit. Hier verläuft die Flugbahn der Satelliten in ca. 90 gradigem Winkel zum Äquator. Das im Kasten beschriebene COSPAS/SARSAT System ist ein Beispiel für diese Satellitenkonstellation. Theoretisch kann ein einzelner Satellit die ganze Erde Versorgen. Da sich unser Planet unter dem Satelliten weiterdreht, erreicht der Satellit bei jeder seiner Erdumrundungen einen anderen Bereich, allerdings mit entsprechender zeitlicher Verzögerung. so zum Beispiel empfängt ein SARSAT Satellit einen Notruf aus der Polarregion speichert ihn und sendet ihn kurze Zeit später wenn er Europa überfliegt, an die SARSAT Zentrale in Paris, welche die notwendigen Maßnahmen einleitet.
2. Sonnensynchrone Flugbahn
Durch sorgfältiges Abstimmen von Flughöhe, Winkel der Flugbahn zum Äquator (Inclination) sowie bei einer exzentrischen Flugbahn des nächsten Punktes (Perigee) und des weitesten Punktes (Apogee) der Entfernung des Satelliten von der Erde, ist es machbar, daß der Satellit immer auf jener Seite unseres Heimatplaneten unterwegs ist die zur Sonne hingewandt ist. Dies ist insbesondere für Beobachtungssatelliten die mit optischen Geräten arbeiten und so immer im Tageslicht operieren können von großem Vorteil. Auch die Solarpaneele können, da sie ja ununterbrochen Energie an die Satellitenakkus liefern, bei dieser Flugbahnart kleiner Dimensioniert werden.
3. HEO High Elliptical Orbit
Dies ist eine Flugbahn, welche die Satelliten etwa bis auf 500 km an die Erde heranführt und dann zirka 50.000 km weit von ihr weg. der Winkel der Flugbahn zum Äquator ist 63,4 Grad. Dadurch erscheint der Satellit einem Anwender der sich auf jener Seite der Erde befindet auf der sich der Satellit weiter von dieser entfernt, nahezu Stationär. Weil die Flugdauer zu und von diesem Wendepunkt etwa doppelt so lange dauert als jene auf der entgegengesetzten Erdnäheren Seite der Flugbahn, kommt eine derartige Konstellation mit nur einigen Satelliten aus und erreicht trotzdem eine permanente Signalversorgung der Beabsichtigten Regionen. Die notwendigen Wechsel der Übertragung von einem Satelliten zum nächsten in günstigerer Position, sind quantitativ geringer als bei LEOS.
Abb. 7 High Elliptical Orbit
Die operativen Russischen Systeme MOLNIJA mit drei und TUNDRA mit zwei Satelliten sowie das geplante ARCHIMEDES System der Europäischen Raumfahrtagentur (ESA European Space Agency) sind typische Vertreter dieser Satellitenkonstellation.
4. ICO ( MEO) Flugbahnen
Intermediate Ellipctical Orbits (ICO) oder auch Medium Earth Orbits (MEO) genannt sind kreisrunde Flugbahnen in einer Höhe von ca. 10000 km über der Erdoberfläche ihre Umlaufzeit beträgt sechs Stunden. diese Satellitenkonstellation kommt ebenfalls mit relativ wenigen Satelliten in zwei oder drei Flugbahnebenen aus. Verglichen mit LEO (Low Earth Orbit ) Systemen sind hier weniger Handover‘s ( Weitergabe der Signalübertragung von einem Satelliten zu einem anderen in einer besseren Position) nötig.
Nach diesem Prinzip sind die Systeme INMARSAT-P (10 Plus 2 Satelliten in zwei Bahnebenen) und die ODYSSEY Konstellation mit 12 Satelliten in drei Flugbahnen, konstruiert.
Abb. 8 Kreisrunde Satellitenbahn
5. LEO Systeme
LEOS ( Low Earth Orbit Satellites) werden Satelliten genannt, die sich in einer Umlaufbahn um unseren Planeten von etwa 1000 km mittlerer Höhe befinden.
Der Vorteil dieser Satelliten ist, daß sich, wenn die Anzahl der Satelliten ausreichend groß ist, immer ein Satellit in der nähe des Zenits der jeweiligen Userposition befindet. Damit tritt eine Signalabschattung zwischen Satellit und Anwenderantenne, so wie sie bei GEOS (Geostationary Earth Orbit Satellite) häufig auftreten kann, kaum mehr auf.
Ein weiterer Kostenfaktor ist die Tatsache, daß ein einzelner Satellit aufgrund seiner geringen Flughöhe (ca. 1000 km) nur einen kleinen Bereich der Erdoberfläche mit seinem Funksignal versorgen kann, und daher bei diesem Konzept viele Satelliten für eine weltweit flächendeckende Versorgung notwendig sind.
Durch die relativ geringe Entfernung von der Erde fällt bei LEO Systemen auch die Verzögerung der Signallaufzeit, Verglichen mit GEOS eher moderat aus. Durch die Möglichkeit immer einen sich nahe dem Anwenderhorizont befindlichen Satelliten zur Signalübertragung heranzuziehen Ergibt sich ein nahezu 90 gradiger Einfallswinkel zur Erdoberfläche. Dadurch sind auch die Ablenkungen der Ionosphäre und der Troposphäre geringer, was einen Vorteil durch geringeren Rechenaufwand bei der Korrektur ergibt.
Dafür sind bei den diversen Systemen Datenübertragungsraten zwischen 2400 und 4800 bps (Bits per Second) geplant.
| Kollision im All In den 40 Jahren in denen die Menschheit technisch dazu in der Lage ist Satelliten in den Weltraum zu befördern, haben etwa 3750 Starts stattgefunden. Gegenwärtig befinden sich ungefähr 2270 Satelliten im All. Bemerkenswert ist dabei vielleicht, daß alleine die GIS Staaten (Commonwealth of Independent States), die Nachfolgestaaten der ehemaligen UdSSR, 1322 Satelliten im Weltraum haben. Die USA bekommen, wenn man eine quantitative Reihung vornimmt, mit 658 Satelliten den zweiten Platz. Den Rang drei belegen dann die Japaner mit 55 Satelliten im Weltraum. Gegen Ende Juli 1996 fand der erste nachgewiesene Zusammenstoß eines Satelliten mit von Menschen ins All gebrachtem Raketenmüll statt. Von auf der Erde befindlichen optischen-, und Radar- Meßstationen konnten der Kollisionskurs von CERISE und einem Teil einer ausgebrannten ARIANE Endstufe rekonstruiert werden. Der französische Satellit CERISE, welcher für den militärischen Geheimdienst aktive Funksender rund um den Erdball aufspürte und deren Position genau speicherte, wurde von einem etwa Mikrowellenherd großen Teil einer ARIANE Rakete getroffen. Bezeichnenderweise war dies ein Teil der Brennstufe jener ARIANE, welche 1986 den ebenfalls französischen SPOT-1 Satelliten ins All befördert hatte. Der Stabilisierungsmast, welcher dafür sorgt, daß die Antennen des Satelliten immer zur Erdoberfläche zeigen, wurde beim Anprall, der mit etwa 31000 km/h erfolgte zerstört. Seither taumelt der Satellit, der erst seit einem Jahr im All seinen Dienst versah, durch den Weltraum uns ist bis zu seiner durchaus denkbaren Reparatur durch eine Space Shuttle Mission, nur in einem eingeschränkten Umfang funktionsfähig. |
IRIDIUM Konzept
Das auf Technik der Firma MOTOROLA basierende IRIDIUM Konzept sieht 66 Satelliten in sechs Umlaufbahnen in einer Höhe von 785 km vor. Die Gesamtkosten sind auf 3400 Millionen US-Dollar geschätzt worden. Dieses System hat schon eine Weiterleitung der Daten und Telefongespräche zwischen den Satelliten unter Auslassung der Bodenstationen vorgesehen. Jeder Satellit hat die Möglichkeit vier Verbindungen zu anderen Satelliten herzustellen. Diese vermehrte Computerkapazität an Bord der Satelliten macht sich in deren höherem Gewicht von etwa 550 kg bemerkbar. Die Gesprächskosten sollen etwa 30 Schilling per Minute betragen. So ein Handy soll automatisch versuchen einen Verbindunsaufbau über ein terrestrisches Telefonnetz herzustellen. Erst wenn dies nicht gelingt, wird über Satellit telefoniert. Derart soll verhindert werden, daß die Telefonrechnung eine astronomische größe bekommt. Die Kosten für ein satellitentaugliches Dual-Mode Handy-Telefon, das auch mit dem terrestrischen GSM Netz funktionieren soll, sind mit etwa 2500 US Dollar noch empfindlich hoch.
GLOBALSTAR Konstellation
Hier ist die Technologie der US Firmen Qualcom und SS-Loral. Die Internationalen Partner Alcatel, Alenia Spazio, Aerosatiale und die Merzedes Benz Tochter DASA wollen 48 Satelliten in Umlaufbahnen in der Höhe von 1401 km entsenden, wobei 8 Flugbahnebenen zu je 6 Satelliten in zum Äquator versetzten (Inclined Orbit) Bahnebenen vorgesehen sind. Im Unterschied zur MOTOROLA Technik, welche auf TDMA (Time Division Multiple Access) basiert, soll bei GLOBALSTAR CDMA (Code Division Multiple Access) zur Anwendung gelangen. Allerdings will man hier das traditionelle Bent-Pipe Prinzip anstelle von Berechnungen an Bord der Satelliten verwenden, was sich wieder im geringen Gewicht der Satelliten von ca. 352 Kg niederschlägt. Die Satelliten können 2800 Voll-Duplex Verbindungen herstellen und haben eine geplante Lebensdauer von 15 Jahren. Die ersten Starts waren im Sommer 1997.
Das vielleicht interessanteste Detail an Globalstar ist der projektierte Preis für eine Minute telefonieren über Satellit, nämlich sagenhaft günstige 7 Schilling !!
Teledesic und Calling
Der Name der Betreibergesellschaft lautet schlicht Teledesic, aber nicht kleckern sondern klotzen scheint hier die Devise zu sein, da 840 Satelliten in 21 Bahnen in 700 km Höhe gebracht werden sollen. Dahinter stehen niemand geringerer als der Australische Mobilfunk-Milliardär Craig Mc. Caw und der Boss des US Softwaregiganten Microsoft, Bill Gates. Geplante Größenordnung der Investitionskosten sind nahezu unvorstellbare 9 Milliarden US-Dollar. Bereits 2001 soll dieses System den Teilbetrieb aufnehmen und wird laut Marktstudie etwa im Jahre 2006 prognostizierten 2,8 Millionen Kunden globalen Datentransfer und telefonieren ermöglichen. Teledesic zielt nicht auf den Mobilfunkmarkt sondern möchte sich als Großhändler in Sachen Kommunikation zwischen Computern zum Beispiel (Internet via Satellit) positionieren.
Odysseus Konzept
Dieses Projekt der Kategorie MEO, gelegentlich auch "Big LEO‘s" genannt, hat auch schon die ersten Satelliten in einer Erdumlaufbahn. Im Endausbau wird das Odysseus System über 12 Satelliten verfügen die in einer Höhe von 10,354 Km in drei Umlaufbahnen kreisen.
Aufgrund der größeren Entfernung von der Erde sind hier größere Antennen, leistungsfähigere Sonnensegel als auch ein besserer Schutz gegen die radioaktive Strahlung im Weltraum nötig. Die führt zu einem Satellitengewicht von 1350 Kilogramm und macht eine stärkere Trägerrakete notwendig, was wieder auf die Gesamtkosten des System Auswirkungen hat. Aber Odysseus Satelliten können 2300 Voll-Duplex Leitungen bereitstellen und werden bis zu 15 Jahre lang ihr Service vom All aus anbieten können.
Abb. 9 Odysseus Konzept
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Zukünftige Technologien und meine Literaturhinweise
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