50 Jahre Raumfahrt: Kommunikationssatelliten

In diesem Teil zu 50 Jahre Raumfahrt geht es um Kommunikationssatelliten. Die ersten Versuche Satelliten zur Kommunikation zu nutzen fanden fast unmittelbar nach dem Beginn des Raumfahrtzeitalters statt. Der erste Versuch ist das Experiment Score: Einen Testflug einer Atlas D nutzte man um einen 183 kg schweren Satelliten am 18.12.1958 in eine elliptische Umlaufbahn zu bringen. Man sandte an diesen Satelliten Sprechfunkt und er verstärkte das Signal und sendete es über eine Niedriggewinnantenne zurück. Da er sich bis zu 1800 km von der Erde entfernte konnte man so sehr lange Strecken überbücken.

Satelliten die einen elliptischen Orbit hatten bestimmten denn auch die Versuche der ersten Jahre. Der wohl bekannteste war Telstar, der benutzt wurde um die erste Life – TV Übertragung zwischen Europa und Amerika zu bewerkstelligen. Im erdfernsten Punkt seiner elliptischen Bahn war er für einige Zeit im Empfangsbereich beider Kontinente.

Andere Versuche der frühen 60 er Jahren waren die Echo Satelliten – passive Satelliten die eigentlich aus einem riesigen Ballon bestanden und in 1000 km Höhe als Reflektoren für Funkwellen genutzt wurden.

Dosch schon 1948 erkannte Arthur C. Clarke, dass ein Satellit in 36000 km Höhe sich so schnell um die erde dreht wie diese selbst für eine Umdrehung braucht und daher von der Erde aus gesehen am Himmel "festgenagelt" ist. Das hat zwei Vorteile. Als erstes muss man die Antennen nicht nachführen und zum zweiten ist er dauernd erreichbar. Bei einem Telstar" System hätte man sehr viele Satelliten auf elliptischen Bahnen benötigt, bei diesem geostationären Orbit nur 3 um die ganze Welt (mit Ausnahme der polnahen Gebiete) abzudecken.

Nahe der Pole ist der Satellit so niedrig über dem Horizont bzw. unter dem Horizont, dass ein empfang sehr gestört ist. Daher setzte die UdSSR auf Satelliten in elliptischen Bahnen für die Kommnukationsverbindungen nach Sibirien, das ja auch sehr weit nördlich liegen kann.

Der einzige Nachteil dieser Bahn ist, dass die Nutzlast in sie nur etwa ein Viertel bis ein Fünftel einer erdnahen Bahn ist. Trotzdem begann schon 1964 als Syncom 3 in einen geostationären Orbit befördert wurde. Zwei Versuche vorher scheiterten (Syncom 1 verstummte nach Zünden eines Antriebs und Syncom 2 gelangte nur in eine geneigte Bahn anstatt über dem Äquator). Seinen Nutzen bewies er noch im selben Jahr, als er die Olympiade von Tokio in die USA übertrug.

Sehr bald fanden sich dann auch Investoren die Satelliten bauen ließen und starteten, natürlich zuerst in den USA. Auch INTELSAT, eine internationale Gesellschaft begann recht früh mit dem Bau von Satelliten. Bis heute gilt, dass ein solcher Satellit zwar eine enorme Investition bedeutet (Mit Versicherungen und Start zwischen 200 und 400 Millionen US-$ pro Stück), er aber nach einem Bruchteil seiner zu erwartenden Betriebsdauer sich amortisiert hat. Die Leistungen sind dabei enorm gestiegen, wie der Vergleich des ersten und des aktuellen INTELSAT Modells beweisen:

Modell	INTELSAT !	INTELSAT 9
Startmasse	68 kg	5575 kg
Orbitmasse	34 kg
Durchmesser	0.71 m	2.4 x 2.9 m mit Solarpanels 45 m
Höhe	0.59 m	7.5 m
Kapazität	240 Telefongespräche	45 C und
oder	1 C Band Kanal	16 Ku Band Kanäle
"Design"-Lebensdauer	1.5 Jahre	13 Jahre

Die Verdienstmöglichkeiten durch Satellitenkommunikation waren den auch die eigentlich Triebfeder für die Ariane Entwicklung, nachdem die NASA die ersten europäischen Kommunikationssatelliten nur starten wollte wenn diese nicht für reguläre kommerzielle Aktivitäten eingesetzt werden. Bis heute werden die Trägerraketen weitgehend für diese Satelliten in der Leistung gesteigert. Für die wenigen großen NASA und ESA Nutzlasten lohnt sich die Entwicklung von Ariane 5 und Atlas V nicht.

Heute haben Kommunikationssatelliten sehr starke Konkurrenz durch Tiefseekabel, seit man durch Glasfasern sehr große Datenmengen übertragen kann. Sie sind dann noch ungeschlagen wenn nicht Punkt zu Punkt Verbindungen gefordert werden, sondern das Broadcasten von Sendungen wie es z.B. beim Fernsehen oder Rundfunk der Fall ist. Weiterhin sind sie überall verfügbar, auch dort wo man keine Telefon- oder Datenleitung zur Verfügung hat.

Das Senden von Fernsehen an kleine Antennen begann interessanterweise in Europa mit TV-SAT und TDF, da man jedoch eine neue Fernsehnorm einführen wollte misslang dieser Ansatz. Kurz darauf steig Astra ins Geschäft ein und konnte mit etwas geringerer Sendeleistung erheblich mehr Kanäle zur Verfügung stellen. Damals benötigte man noch 90 cm große Antennen bei 50 Watt Sendleistung. Heute reichen bei 150 W Sendeleistung Antennen von weniger als 60 cm Durchmesser aus. Amerika zog erst 10 Jahre später nach, da dort das Fernsehen per Kabel viel verbreiteter war als in Europa.

In der ganzen Zeit gab es allerdings auch immer wieder Projekte die nicht erfolgreich waren. Neben dem deutsch-französischen Experiment TV-SAT / TDF waren dies vor allem die beiden Mobilfunknetze Iridium und Globalstar. Die Idee: Satelliten in einem niedrigen Orbit sind so erdnah, dass man mit Mobiltelefonen über Satellit weltweit – auch in der Wüste oder Antarktis – telefonieren kann. Allerdings braucht man wegen des geringen Erdabstandes sehr viele Satelliten. Bei Iridium 77, bei Globalstar waren es 24. Beide Unternehmen konnten lange nicht so viele Kunden gewinnen wir erhofft und gingen in Konkurs. Einen ähnlichen plan verfolgte schon die NASA in den 70 er Jahren. Ein Satellit mit einer entfaltbaren 65 m Antenne sollte im Erdorbit zusammengebaut und dann in den geostationären Orbit gebracht werden. Er hätte das Telefonieren per Handy in en USA für maximal 230.000 Teilnehmer gleichzeitig ermöglicht. Heute betreibt man lieber viele Kleine irdische Antennen dafür. Diese sind zwar wesentlich teurer als ein einziger Satellit, doch die Kapazität des Netzes ist auch viel größer. Bei der heutigen Telefonitis wären 230.000 gleichzeitig geführte Gespräche in einem Netz mit 300 Millionen potentieller Teilnehmer viel zu wenig.

Die gesteigerte Send- und Empfangsleistung von Satelliten macht es heute sogar möglich Internet per Satellit durchzuführen. Bis vor einigen Monaten ging das nur mit dem Downstream, also dem Empfang von Daten und der Upstream musste über eine Telefonleitung erfolgen. Die neueste Generation kann auch den Upstream mit geringer Sendeleistung empfangen, so dass es Komplettangebote gibt, die jedoch nichts für Power-Sauger sind. Der Betreiber behält sich vor dann die Leitung zu kappen. Das ist verständlich, denn rechnet man die Preise für ein Angebot hoch, so ist klar, dass dies bei einem 24 h Betrieb nicht wirtschaftlich ist und nur geht wenn viele Benutzer sich einen Up/Downstream teilen.

Ein Ende der Entwicklung ist noch nicht abzusehen. ein typischer Kommunikationssatellit wog vor 25 Jahren etwa 1200 kg. Heute wiegt er 4000-5000 kg und es gibt durchaus größere Exemplare. Dies hat die Trägerraktenentwicklung in gleicher Weise vorangetrieben: Eine Ariane 1 hatte eine maximale Nutzlastkapazität von 1800 kg, eine Ariane 5 eine von 9600 kg. Daher ist man bestrebt die Lebensdauer zu verlängern. Inzwischen ist der Treibstoff für die Korrektur der Bahn der limitierende Faktor. Es gibt zum einen das Bestreben diesen durch Ionentriebwerke zu senken, zum anderen sollen Module an ausgediente Kommunikationssatelliten andocken und für diese die Lageregelung übernehmen.