Die Lösung für ein überflüssiges Problem: Der „Naumann-Satellit“

Auf meinen heutigen Blog kam ich durchs Nachdenken über das was ich antwortete auf den Kommentar im letzten Blog. Da ich mich auf diesen beziehe wäre es nett wenn ihr ihn kurz durchlesen würdet. Ich habe dazu, wenn ich schwimme relativ viel Zeit und überlegte ob ich ernsthaft eine Rechnung anstellen sollte, wie groß denn ein solcher Satellit sein müsste der Personen ausspioniert oder beeinflusst und wie viel Energie er abstrahlt. Ich habe mich wie ihr seht im Blog dagegen entscheiden, weil schon die Nachricht nicht durch technisches Verständnis glänzt. Aber, da mir sowieso gerade keine Themen einfallen, dachte ich mir „Ist doch ein toller Lückenfüller“. Wer also keinen Gefallen an völlig sinnfreien Berechnungen hat, kann an der Stelle aufhören zu lesen.

Die Überschrift habe ich stark verkürzt, weil man den Satelliten erklären muss. Ich habe ihn nach dem Anzeigenamen des Blogkommentators benannt.

Eigentlich sind es auch zwei Satelliten, denn der Kommentator vermischt zwei komplett unterschiedliche Dinge. Das eine ist das „Ausspionieren“ von Personen durch einen Satelliten und das zweite ist das „Beeinflussen mit Hochfrequenzwellen“. Ich fange mal mit dem einfacheren an.

Ein Satellit der eine Person ausspioniert

Nach Naumann soll ein Satellit nicht, wie die im Einsatz befindlichen, ganze Länder fotografieren, sondern nur einzelne Personen, dafür aber diese detailliert, es geht ja um das Ausspionieren.

Ein solcher Satellit benötigt eine enorm große Auflösung, denn er muss ja eine Person von einer anderen unterscheiden können. Ich habe mal Fotos von Prominenten verkleinert und bin drauf gekommen, dass man mindestens 2 cm Auflösung (also <= 2 cm) benötigt um Menschen unterscheiden und identifizieren zu können. Für einen Satelliten käme als Erschwerung dazu, dass die höchste Auflösung vorliegt, wenn er senkrecht über der Person steht, dann sieht er aber nur ihre Haartracht, die wenig aussagt. Ich bin im Folgenden von einem Beobachtungswinkel von 45 Grad ausgegangen als Kompromiss zwischen beiden Extremen (0 Grad = Frontal ins Gesicht schauen, aber durch die Absorption durch die Atmosphäre praktisch nicht nutzbar und 90 Grad – Blick auf den Haarscheitel aber geringster Abstand)

Das nächste ist die Bahnhöhe. Sie diktiert die Entfernung zum Beobachtungsobjekt. Es wäre wünschenswert wenn sie möglichst gering ist, doch das geht wegen der Erdatmosphäre nicht. Je näher ein Satellit der Erde ist, desto geringer seine Lebensdauer. Herr Naumann erwähnte, dass der Satellit mindestens seit 2017 aktiv ist, also sechs Jahre. Der Orbit muss also mindestens 6 Jahre stabil sein, dann kommen wir auf eine Entfernung von etwa 450 km von der Erdoberfläche.

Die Entfernung im 45 Grad Winkel zum Beobachtungsobjekt kann man so mit dem Satz des Pythagoras oder dem Cosinus zu 707 km Berechnen. Mittels der optischen Gesetze kann man für 2 cm Auflösung aus 707 km Entfernung eine Winkelausdehnung von 0,0058 Bogensekunden berechnen. Mit dem Raleight oder Dawes-Kriterium kann man den Durchmesser einer Optik Berechnen die eine solche Auflösung hat. Man kommt auf einen Spiegeldurchmesser von knapp unter 21 m. Das ist dreimal größer als der Durchmesser des Hauptspiegels des über 6 t schweren James Webb Space Teleskops (JWST). Am nächsten dieser Größe kommt das Giant Magellan Telescope das aus sieben Spiegeln von je 8,4 m Durchmesser besteht. Das Foto links zeigt einen dieser sieben Rohlinge, das komplette Teleskop wäre also noch etwa dreimal größer. Es fällt schwer zu glauben, das man so was überhaupt in den Orbit bringen kann, denn dafür wäre schon der Spiegelrohling zu schwer. Daneben hätte man das Problem, das heutige Raketen eine Nutzlasthülle von maximal 5,4 m Durchmesser haben. Dies kann man wie beim JWST umgehen indem man den Spiegel segmentiert, aber wir reden dann von wirklich vielen und nicht nur 7 Segmenten wie beim JWST.

Nach einer Regel nimmt das Gewicht von Teleskop in der Potenz 2,6 zu, also doppelter Durchmesser = 6-faches Gewicht. Das JWST wiegt 6.350 kg und hat einen Hauptspiegel von 6,5 m Durchmesser. Ein Teleskop mit einem, 21 m Spiegel würde nach dieser Gewicht-Durchmesserbeziehung rund 131 t wiegen. Es gab zumindest 2017 keine Rakete die diese Nutzlast transportieren könnte. (wenn man es genau nimmt skaliert ja nur das Teleskop, der Rest des Satelliten weitaus weniger, aber bei einem so großen Weltraumteleskop macht das Teleskop wirklich den Großteil der Masse aus).

Es geht noch weiter: es muss ja auch ein Foto gemacht werden. Heutige Spionagesatelliten lassen die Szenerie unter dem Satelliten vorbeiziehen., führen also nicht nach. Das ginge hier nicht. Wir wollen ja eine Person unbemerkt dauernd beobachten. Dann benötigt man ein enorm präzises Nachfragesystem, da die maximale Abweichung ja extrem gering ist. Dabei wirken auf den Satelliten Störungen ein – die Atmosphäre, die je nach Ort unterschiedliche Gravitation, die ihn beschleunigt oder abbremst und die niemals ganz genau kreisförmige Bahn. Es fällt mir schwer zu glauben dass man eine Stabilisierung entwickeln kann, die dies leistet. Eine solche Korrektur benötigen zwar auch irdische Teleskope, aber da sie am Erdboden sind, gibt es viel weniger Störeinflüsse und sie fertigen keine kurzzeitbelichteten Fotografien an, das heißt eine Regelung hat mehr Zeit eine Differenz zu entdecken und auszugleichen.

Dabei reicht ein Satellit zur Dauerhaften Überwachung nicht. Sobald der Winkel zum Horizont kleiner als 45 Grad wird muss er die Beobachtung einstellen, eine Abschätzung ergibt das man für eine kontinuierliche Überwachung man etwa 28 Satelliten pro Bahnebene, insgesamt also bei 14 Bahnebenen für einen Tag insgesamt 392 Satelliten braucht, jeder 131 t schwer. Viel Aufwand um in fünf Jahren nach dem Kommentar eine einstellige Zahl an Personen zu überwachen.

Ein Satellit der Personen kirre macht

Im zweiten Teil des Kommentars wird dann eine zweite Hypothese präsentiert. Die ist noch haarsträubender. Hochfrequenzimpulse hätten die Personen zum Springen aus dem Fenster gebracht. Nun gibt es mehrere Erklärungsmöglichkeiten dafür. Die eine ist das jemand die Inhalte wahrnehmen kann die gesendet werden und dies ihn an den Rande des Wahnsinns bringt. Mein Beispiel war Modern Talking in Dauerschleife, je nach Musikgeschmack könnt ihr auch Heino oder Bushido nehmen. Dann würde eine geringe Sendestärke reichen, nur weiß ich nicht wie man dem Hirn Inhalte übertragen kann. Derzeit tut sich die Wissenschaft noch schwer überhaupt anhand von externen Untersuchungen festzustellen, was jemand denkt. Beeinflussen kann man es nur durch Hochfrequenzwellen nicht. Ich dachte kurz an niedrigfrequente Wellen im Schallbereich (20 bis 20.000 Hz), die könnte man hören, wenn sie die Atmosphäre unbeschadet durchqueren. Aber der Autor sprach ja von Hochfrequenzwellen. Zudem hätte man wie sich weiter unten zeigt dann das Problem eine Antenne zu bauen bei nur die Person diese hört und nicht der ganze Ort.

Das er von Impulsen spricht nützt hier nichts, weil die Forschung sich ja mit der Dauerbelastung beschäftigt. Immerhin: setzt man die Grenzwerte für die Dauerbelastung = der maximale Stärke eines Impulses, so ist man auf der sicheren Seite. Denn der Impuls ist ja nur kurzzeitig wirksam. Nun weiß die Forschung nichts davon, dass man mit Hochfrequenzwellen das Gehirn beeinflussen kann. Die gemessenen oder festgelegten Grenzwerte bzw. Empfehlungen basieren vor allem auf den thermischen Effekten. Die Strahlung wird im Gewebe absorbiert und erwärmt es. Schon das lange Telefonieren mit dem Handy kann die Region um die Ohren um 1 bis 2 Grad Celsius erwärmen.

Das Problem bei dieser „Beeinflussung“ ist vielmehr das ich nun ja aktiv Energie zum Erdboden vom Satelliten ausstrahle und diese nur eine Person beeinflussen soll, aber nicht mehrere. Die Frage ist, wie groß der Radius dann sein kann, damit dies der Fall ist. Wenn ich mir tägliche Situationen im Freien (durch Dächer oder Wände gelangen die Strahlen nicht) vergegenwärtige, so beim Gehen auf der Straße, Sitzen im Biergarten etc. so komme ich auf den Schluss das ein Kreis von 1,50 m Durchmesser angemessen ist, das dürfte dem Wohlfehlabstand entsprechen. Viel näher kommt man sich nur in seltenen Situationen wie beim gemeinsamen Sitzen an einem Tisch. Bei einem größeren Abstand würe man auch andere Personen in der Nähe erfassen. Die Energie die übertragen werden muss ist relativ gering. Wenn ich diese Quelle nehme – unter der Berücksichtigung das es eine private Quelle ist, das heißt die Zuverlässigkeit kann auch schlecht sein – überträgt ein Handy beim Telefonieren 0,85 W/m², ist nach BimSch insgesamt 2 bis 10 Watt/m² erlaubt was angesichts des ersten Eintrags nämlich nachgewiesenen Schäden durch die Strahlung von Radargeräten von 6,8 W/m² für mich sehr hoch ist. Aber nehmen wir den höchsten Wert in dieser Liste, 10 W/m² dann ist die Sendeleistung überschaubar gering – bei einem 1,5 m großen Kreis sind es dann lediglich 18 Watt. Das ist so gering, da es in Serie gefertigte Sender für Satelliten mit 100 bis 250 Watt Leistung gibt, problemlos die zehnfache Leistung ansetzen kann, dann kann man auch Verluste durch ungleichmäßige Ausleuchtung des Kreises, schrägen Einfaltwinkel und vor allem die Absorption durch die Atmosphäre ausgleichen. Die Empfehlung des Autors liegt übrigens bei 2 bis 10 Mikowatt/m² und das wo ein WLAN-Signal eines Notebooks in 10 bis 20 cm Abstand und das eines DECT Telefons in 50 cm Abstand schon bei 160.000 Mikrowatt liegt – dann dürfte in den nächsten 20 m kein Notebook stehen und das nächste DECT Telefon müsste sogar 63 m weit entfernt sein.

Die Wahl der Frequenz wäre wichtig. Die Atmosphäre absorbiert höhere Frequenzen mehr und mehr, sie regen die Moleküle zum Schwingen an. Funkverbindungen leiden darunter, doch dieses sonst bei der Satellitenkommunikation wichtige Kriterium ist hier nicht anwendbar, weil die Sendestärke dann viel geringer ist, eine typische Satellitenantenne würde ein Gebiet von einigen Kilometern Durchmesser ausleuchten nicht wenigen Metern. Ich habe mich bei Wetterradar orientiert und da sind Signale von Satelliten nach unten möglich und das bei 96 GHz Frequenz. 96 GHz liegt zudem nahe bei den 95 GHz die das US-Militär für ihre „Mikrowellenwaffen“ einsetzt. Zudem beinhaltet der Zuschlagsfaktor in der Sendestärke von 10 auf die Absorption durch die Atmosphäre. Eine möglichst hohe Frequenz ist wichtig, weil dadurch die Antennengröße sinkt, denn deren Bündelung ist um so höher je höher die Frequenz ist.

Nehme ich erneut 700 km als mittlere Distanz bei einem Überflug, so ergibt sich bei 95 GHz für den Abfall der Signalstärke am Rand der Antennenkeule auf die Hälfte des Zentrums bei einem Durchmesser von 1,5 m am Boden ein Antennendurchmesser von fast 4 km. Damit hat man ein noch größeres Problem als bei dem optischen Satelliten. Eine so große Antenne kann man auch nicht zusammengefaltet transportieren. Zusammengefaltete Antennen haben zudem andere Probleme – damit eine Antenne gut bündelt darf die Abweichung des Netzes das die Oberfläche bildet nicht höher als ¹/₁₀ der Wellenlänge sein, bei 95 GHz also rund 0,3 mm. So gibt es vom weltweit führenden Hersteller Harris für das Ka-Band (30 GHz) maximal eine 5 m große Antenne, für das S-Band (2-4 GHz) dagegen eine 12 m große Antenne.

In jedem Falle wäre sie enorm schwer. Rechnet man von dem Gewicht von Galileos entfaltbarer Antenne (4,7 m Durchmesser, 34 kg Gewicht) nur die Fläche hoch, so würde alleine die Antenne 23.500 t wiegen. Das in den Orbit zu befördern dürfte noch aussichtsloser sein als den Spionagesatelliten. Hochstilisiert von Harris 12 m Antenne, die moderner und größer ist, aber auch nur im S-Band arbeitet (bei Galileo im X-Band war die Antenne die von den TDRS abstammt alleine deswegen ein Drittel schwerer) so kommt man immer noch auf knapp 10.000 t, was aber immer noch weitab jeder prahlerischen Umsetzung liegt.

Vor allem wäre ein solcher Satellit nicht unauffällig. Mit 4 km Durchmesser wäre er beim Minimalabstand von 450 km in etwa so groß wie der Vollmond, da solche Antennen aber das Licht viel stärker reflektieren als der Erdmond, viel heller.

Und natürlich umkreist auch dieser Satellit die Erde, das heißt wie beim optischen Satelliten reicht nicht einer aus für eine Beobachtung, auch hier braucht man 392 Stück.

Geostationäre Umlaufbahn

Die Zahl der Satelliten kann man reduzieren, wenn sie in einen geostationären Orbit platziert. Dann reicht einer. Doch das löst die Probleme nicht. Denn der GEO-Orbit ist 35.786 km vom Äquator entfernt. Für Deutschland bei etwa 50 Grad nördlicher Breite steigt der Abstand zur Erdoberfläche sogar auf 36.120 km. Das ist die 51-fache Entfernung von 707 km, die ich vorher in den Berechnungen ansetzte. Entsprechend größer und schwerer würde ein Satellit werden, dazu kommt das die Nutzlast in den GEO Orbit stark abnimmt. Der Aufwand dürfte eher noch ansteigen, da die Masse in der zweiten bis dritten Potenz zur Größe ansteigt, der Abstand aber nur in der ersten Potenz ansteigt.

Kurz Herr Naumann, ich kann sie beruhigen, selbst wenn jemand auf diese skurrile Idee kommen sollen, die sie skizzieren, sie wäre technisch nicht umsetzbar.