Braucht man das wirklich?

Das war mein erster Eindruck als ich gestern von dem Deal zwischen SpaceX und Google hörte, zuerst inoffiziell von SpaceX dann von Google. Hier mal basierend auf diesem und diesem Artikel, die Fakten die man bisher kennt:

  • SpaceX hat die Anträge für die Nutzung von Frequenzen für erdnahe Kommunikationssatelliten an die ITU übermittelt
  • Es sollen 4000 Satelliten sein Jeder wiegt „several hundret Kilos“
  • Die Umlaufbahn soll in 1200 km Höhe sein, es sollen Ionentriebwerke zur Manövrieren genutzt werden
  • Sie sollen die ganze Erde außer der Polarregion abdecken. Es dauert 5 Jahre das System aufzubauen
  • Bodenterminals sollen 100 bis 300 Dollar kosten und Phased-Array Antennen haben. Ziel soll es sein den Großteil des Traffics über größere Distanzen und 10% des lokalen Transfers über dieses System zu leiten.
  • Das Investment isst natürlich erheblich größer als alles was SpaceX an Aufträgen bisher erhalten hat und soll dazu dienen die Marsstadt aufzubauen
  • Google und Fidelity liefern 1 Milliarde frisches Kapital und bekommen dafür knapp unter 10% der Firma.
  • Die Gesamtinvestitionen werden auf 10 Milliarden Dollar geschätzt.

Man kann das mit einem anderen, wenige Tage vorher gestarteten Projekt, Wourld Vu. Hier dessen Daten:

  • 650 Satelliten, jeweils 125 kg schwer in 1200 km Höhe
  • Sendeleistung 8 GBit/s, Nutzung des Ku-Bands
  • Jedes Terminal hat eine 36 x 16 cm Phased Array. Sendelistung 50 MBit/s
  • Kosten 1,5 bis 2 Milliarden Dollar für Bau, Start und Versicherung sowie Bodennetzwerk.
  • Gestartet werden sie mit Virgin Galactic
  • Deadline ist wegen der benutzten Frequenzen die freigegeben werden müssen wenn sie nicht genutzt werden zwischen 2018 und 2020

Ich vermute mal beide Konzepte werden ähnlich sein, es handelt sich beides Mal um sehr große Konstellationen, nicht vergleichbar mit den schon existierenden von O3B (12 Satelliten, 8000 km Höhe), Globalstar (48 Satelliten, 1400 km Höhe), Iridium (77 Satelliten, 780 km Höhe).

Im Allgemeinen gilt: je niedriger die Bahnhöhe, desto mehr Satelliten braucht man um ein globales System aufzubauen, da bei einer niedrigeren Bahn ein Satellit schneller über das Firmament zieht und so schneller aus dem Empfangsbereich verschwindet. Dafür ist die Distanz geringer, wodurch man eine geringere Sendeleistung und/oder Antennen braucht. Die beiden Systeme haben in etwa die Bahnhöhe von Globalstar aber zehn bis 100-mal mehr Satelliten.

Der Einsatzzweck: Globalstar und Iridium sind Telefonnetze, d.h. die Datenrate ist gering. Die beiden neuen Systeme sollen Internet mit hohen Datenraten übertragen. Das tut auch O3B, doch ist dieses System auf die Äquatorregion beschränkt (Versorgung von Bevölkerungsreichen, aber schlecht angebundenen Regionen wie die Inselstaaten im Pazifik (Indonesien, Philippinen etc.) und für Flugzeuge und Schifffahrt. Für diese ist wichtig das mit einer Höhe von 8000 km die Turnaround Time mehr als viermal kleiner ist also in den GEO-Orbit. (das bedeutet das Signal braucht zum Satelliten und von diesem zu einer Bodenstation die mit dem Backbone verbunden ist weniger Zeit, bei 8000 km Distanz sind es rund 53 ms zusätzlich, bei GEO-Satelliten dagegen 240 ms.

Bei so vielen Satelliten geht es nicht nur um die Flächenabdeckung. Es geht auch um die Kapazität. Mit 8 GBit/s werden wie WorldVu Satelliten maximal 160 Anschlüsse in voller Geschwindigkeit bedienen können, die ein Terminal maximal liefert (real mehr, weil die meisten Nutzer nicht dauernd Daten anfordern und meistens auch nicht in voller Geschwindigkeit), trotzdem wird ein Satellit zur Abdeckung des Gebietes in dem man ihn Empfangen kann (rund 10 Millionen km²) nicht ausreichen. Daher setzt man auf so viele Satelliten. In den Neunzigern planten ICQ und Microsoft ähnliche Flotten von bis zu 360 Satelliten, es kam aber zu keiner Umsetzung.

Ich habe meine Zweifel ob man tatsächlich den Datenverkehr, der derzeit zu 95% über Kabel läuft über Satellit umleiten kann. Nach Wikipedia betrug der 2012 rund 32000 Petabyte (1 Petabyte = 1024 TByte). Wenn alle 4000 Satelliten von SpaceX/Google mit 8 Gbit/s senden, dann haben sie bei 100% Verfügbarkeit eine Kapazität von 337,5 Petabyte, also ein Hundertstel der Datenmenge und sie gehen erst 2020 in Betrieb, In den letzten Jahren stieg der Datenverkehr um 50% pro Jahr, das entspricht dann 2020 über 500.000 Petabyte, Selbst wenn vieles lokaler Traffic ist, reicht das nie aus, denn die Satelliten wollen ja auch 10% des lokalen Traffics übernehmen, man müsste dazu ihre Kapazität um das Hundertfache erhöhen (und bei der steigenden datenverkehrsrate pro Jahr 50% mehr Satelliten starten). Wenn dies so billig wäre, dann wären Mobiltarife mit hohen datenraten viel billiger als sie es heute sind und auch die Nachfrage nach ihnen viel größer, denn für sie gilt fast die gleiche Problematik.

Vor allem bezweifele ich den Nutzen. Ein Datenkabel hatte schon 2009 eine Kapazität von 5120 GBit/s, entspricht also 640 dieser Satelliten, ist viel billiger in der Installation und Betrieb. In den industrialisierten Regionen wird man so wohl kaum Kunden finden. Schon heute kann ich über TV-Kabel und inzwischen auch über DSL 100 MBit/s bekommen. Natürlich gibt es noch viele Regionen in der Welt wo die Versorgung schlecht ist, das trifft für viele Entwicklungsländer zu wo jenseits der Großstädte die Anbindung schlecht ist. Das gilt auch für Insel, Schiffe, Flugverkehr. Nur fehlen dort die vielen zahlungskräftigen Kunden die man für ein solches System braucht zumindest in der Zahl um die 10 Milliarden Euro Investitionen zu amortisieren.

Dazu ist anzunehmen, dass man von den Satelliten die Daten schnell an eine Bodenstation weiterleiten wird, denn wenn man sie von Satellit zu Satellit zu wenigen zentralen Bodenstationen leitet so reduziert sich deren Übertragungskapazität. Passiert ein Signal in der Regel zwei Satelliten so halbiert sie sich. Bei 4000 Satelliten, 1000 km bis zur nächsten Bodenstation (immerhin noch über 160 Stück) würde ein Signal mindestens 4, meistens 5 Satelliten passieren und entsprechend die Kapazität reduzieren. Dann braucht man aber entsprechend viele Bodenstationen und ein entsprechendes Backbonenetz, wodurch man in meinen Augen dann nichts gespart hat. Zudem kommen dann hohe Kosten für die Infrastruktur hinzu, vor allem wenn die Bodenstationen Gebiete abdecken müssen in denen das Backbone schlecht ist (die weite der Ozeane, jenseits größerer Inseln oder den Kontinenten)

Das leitet über zu den Kosten: 2 Milliarden Dollar für das WorldVu Projekt erscheinen mir sehr niedrig. Selbst wenn man bedenkt, dass durch Serienfertigung die Satelliten billig werden. Das sind pro Satellit nur 3 Millionen Dollar mit Start und Versicherung. Iridium hatte Investitionskosten von 5 Milliarden Dollar. Hochskaliert wird das Google-Projekt in etwa genauso teuer, 10 Milliarden Dollar für 4000 Satelliten sind rund 2,5 Millionen pro Stück. Mich würde auch interessieren, was andere darüber denken. So dürfte die ITU nicht begeistert von dem Projekt sein, denn in 1200 km Höhe dürften die Sender viel stärker als die von geostationären Satelliten sein, das betrifft vor allem die Äquatorregion bei der man nahezu senkrecht nach oben schaut und so jede Passage eine Satelliten mitbekommt. Die Nationen die Satelliten oder gar eine Raumstation betreiben, dürften sich um den Weltraumschrott Gedanken machen denn 4000 Satelliten dürften in etwa so viele sein wie man seit Beginn der Raumfahrt gestartet hat (Launchlog liefert rund 5000 Objekte die einen Orbit erreichten). In 1200 km Höhe verblieben sie zudem Jahrhunderte bis sie verglühen. Die Kollissionswahrscheinlichkeit ist heute schon hoch wie die Kollision von zwei Iridiumsatelliten lertzes Jahr zeigte – und das nur 1/50 der Satellitenzahl die für das neue System vorgesehen ist!

Viele Fragen sind offen, so hat Virgin Galactics keine Trägerrakete in Petto sondern betreibt Weltraumtourismus auf suborbitalen Bahnen. SpaceX scheint erst mal zu profitieren, denn sie bekommen schon jetzt einen Reisen Auftrag, wahrscheinlich sogar den Rest der 10 Milliarden und das bedeutet selbst wenn sie nur Starten viel Arbeit. Nehmen wir an jeder Satellit wiegt 300 kg (several hundrets sind bei mir zumindest mehr als 200). Die Nutzlast in diesen hohen Orbit der auch stark geneigt sein dürfte, sonst kann man nicht ein weltweites Netz aufbauen dürfte 8-9 t betragen, das sind dann wenn man noch einen Dispender abrechnet 20 bis 25 Satelliten pro Start. Wenn man so ein System in 5 Jahren aufbauen will ist man bei 32 bis 40 Starts pro Jahr, also ein vielfaches dessen was letztes Jahr geschafft und für dieses Jahr geplant ist. Das man die Falcon Heavy nutzt halte ich für unwahrscheinlich, denn das Aussetzen von 20 Satelliten halte ich schon für aufwendig, bei 70 bis 80 pro Starts wird’s extrem aufwendig und den Platz dürfte man auch nicht unter der Nutzlasthülle haben.

Google und SpaceX setzt anscheinend auf drastische Reduktion der Startkosten, denn bei 25 Satelliten pro Start würde heute alleine der Start 10 Milliarden Dollar kosten.

Die Frage ist natürlich auch wofür das ganze? Warum investiert Google in Satelliten? Sie bauen zwar schon ein Unterseekabel, aber eigentlich hat die Art wie die Leute ins Internet gehen nichts mit ihrem Kerngeschäft zu tun. Kommentatoren meinen, Google wolle sich so staatlicher Kontrolle entziehen. Das kann ich nicht teilen, denn für die Rechtsverfolgung ist nur wichtig wo der Betreiber von Services  seinen Firmensitz hat, nicht wer das Medium zur Vermittlung stellt. Daher glaube ich auch kaum, dass Facebook die ja auch experimentieren sich so aus der Verantwortung ziehen können. Für die wäre es auch viel einfacher ihren Firmensitz auf die Jungferninseln oder sonst wo zu verlagern.

Eher könnte man so jedem Benutzer passende Werbung einbinden, ob er sie will oder nicht. Da man den gesamten Verkehr mithört kann man sie sehr passend gestalten, noch weitaus besser als heute. Google könnte sich auch alle Ausgaben für Adsense einsparen und das mag durchaus eine Motivation sein. Bei Facebook kann man was ähnliches vermuten.

Meine Prognose: diese Projekte werden wieder eingestellt bevor ein System vollständig steht.

6 thoughts on “Braucht man das wirklich?

  1. Ich will hier ja jetzt nicht die Diskussion fortsetzen, die schon zu deinen beiden vorherigen SpaceX-Blogeinträgen laufen. Ich stimme dir aber zu, dass die Kostenschätzung von 10 Mrd. nur passen kann, wenn es ihnen gelingt ihre Startkosten extrem zu senken.

    Ich glaube sogar, dass hier SpaceX versucht ihr Henne-Ei Problem zu lösen. Keine niedrigen Kosten ohne hohe Startrate und einen wiederverwendbaren Träger. Aber auch keine hohe Startrate ohne niedrige Kosten und keinen wiederverwendbaren Träger solange SpaceX nicht bewiesen hat, dass die Stufe und die Triebwerke problemlos mehrmals wieder verwendet werden können. Und wie kann man das am besten zeigen als mit einer Massenware als Nutzlast die sogar noch aus dem eigenen Haus stammt.

    Im Grunde tritt SpaceX die Flucht nach vorne an und schafft sich den Satellitenmarkt, den es für ihr Trägerkonzept braucht. Aber klar, dass auch alles in sich zusammenfallen wird, wenn SpaceX ihre eigenen Prognosen zur Startkostenreduzierung nicht erreichen wird.

    Ich kann mich übrigens noch erinnern wie du Bernd vor etwa einem Jahr selbst noch in deiner Münchhausen-Kolumne darüber gewitzelt hast, dass SpaceX ins Satellitengeschäft einsteigt. Elon hat wohl nicht mitgekriegt, dass deine Idee sarkastisch gemeint war…

  2. Wenn ich das richtig verfolge, sind vor allem Entwicklungsländer und ländliche Regionen die Zielgruppe von Bransons und Musks/Pages Projekt. Da gibt es durchaus eine Marklücke.

    Trotzdem war mein erster Gedanke bei beiden Projekten gleich Iridium und Globalstar.

    http://de.wikipedia.org/wiki/Iridium_(Kommunikationssystem)
    http://de.wikipedia.org/wiki/Globalstar

    Dem Kabel aber ernsthaft Konkurrenz machen werden sie sicher nicht können, allein wegen des Latenzproblems.

    Die SpaceX Fans sind natürlich wieder alle am Jubeln…

  3. Aaaahhh,

    endlich die geforderte Datenautobahn auch für das Bayerische Hinterland.
    Unsere Datenministerin verkauft uns das sicher als den Erfolg Ihres 10 Punkte-Plans zur Verknüfung der Oberpfalz mit der Welt.

    Ansonsten wartet die Bayerische Staatsregierung noch immer auf die göttlichen
    Eingebungen….

    Leider funktioniert die Verbindung Hofbräuhaus-Landtag noch nicht so gut.
    (Nur 1 Bit/a)….

    Luja sog i!

  4. @Tain
    Ich bin gerne SpaceX Prophet, auch wenn vielen nicht gefällt das ich meistens recht habe…
    Ich hatte ja mal schon die Idee in der Münchhausen Kolumne zu veröffentlichen, das SpaceX nun suborbitale Flüge auf ihren geborgenen Boostern anbietet wobei die Kabinen draußen hängen, aber da ich meist recht behalte habe ich das bewusst nicht veröffentlicht.

    Es ist nicht so schwer das zu prophezeien. Satellitengerstelelr verdienen deutlich besser als Launch Service Provider, von denen hat noch keiner die Regierung angebettelt sie sollen ihm doch eine neue Satellitengeneration finanzieren. Noch besser stehen die Anbieter der Dienste (sprich die Vermarktung des Satelliten da) und was die verdienen ist wiederum kein Maßstab für die welche die Inhalte stellen. Zwischen Arienspaces jährlichem Umsatz und dem von Warner Bros liegt der Faktor 100.

    Du hast aber eines falsch verstanden. Nicht SpaceX finanziert, das sondern Google. SpaceX ist nur Auftragnehmer und damit fein raus, wenn die Sache floppt. Sie haben in jedem Falle verdient.

  5. @Vineyard
    Der im Artikel erwähnte ehemalige Google-Satellitenched Wyler isst nun Chef der erwähnten WorldVu, so heißt OneWeb nach einer Finanzspritze nun. So verwundert nicht das beide Konzepte ähnlich sind.

    Da Phased-Array Antennen zum Einsatz kommen (viele Sender/Empfänger in einem rechteckigen Kasten) ist die Spekulation über Laserkommunikation hinfällig, zumindest bei der Kommunikation satellit-Ede, zwischen den Satelliten kann es natürlich zum Einsatz kommen. Sowohl Oneweb wie SpaceX haben Anträge für Frequenzen gestellt.

    Das Ku-Band geht von 12 bis 18 GHz, praktisch nutzbar dürften um keine Inferenz mit geostationären Satelliten zu bekommen nur 14-18 GHz. Wenn ich von der Kompression bei Wlan ausgehe dann dürften die 4 Ghz für etwa 12 GBit/s gut sein. Mehr als einer oder zwei Satelliten ist dann für einen Ort auch nicht vorgesehen.

    Vergleich mit dem Projekt ist eher Teledisc mit 720 Satelliten jeweils 120 kg schwer
    http://en.wikipedia.org/wiki/Teledesic

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