{"id":10465,"date":"2014-09-05T13:24:59","date_gmt":"2014-09-05T11:24:59","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=10465"},"modified":"2014-09-05T13:29:02","modified_gmt":"2014-09-05T11:29:02","slug":"der-bugsiersatellit","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2014\/09\/05\/der-bugsiersatellit\/","title":{"rendered":"Der Bugsiersatellit"},"content":{"rendered":"

Nach Jahrzehnten scheinen nun Ionentriebwerke endlich ihren Durchbruch auch bei den vielen kommerziellen Kommunikationssatelliten zu haben. 2012 wurden die ersten vier „All Electric“ Kommunikationssatelliten bei Boeing bestellt, sie waren noch so leicht das sie zusammen mit einer Falcon 9 gestartet werden können. 2014 war es schon die Masse der größeren Satelliten (5,3 t) erreicht, <\/a>nur mit 80 anstatt 60 Transpondern.<\/p>\n

Noch immer aber gibt es viele Kommunikationssatelliten mit chemischen Treibstoffen. In dem letzten Jahrzehnt ist das maximale Startgewicht fast gleich geblieben, damit auch die Leistungsfähigkeit der Satelliten nicht so stark angestiegen wie in der Vergangenheit. Es gibt also weniger die Motivation einen Satelliten zu ersetzen, weil eine neue leistungsfähigere Generation seinen „Orbitslot“ also Position in der er bleiben darf ohne andere Satelliten zu stören, einnehmen soll.<\/p>\n

Damit gibt es einen potentiellen Markt für Maßnahmen die die Lebensdauer eines Satelliten verlängern. Neben dem Nachfüllen von chemischem Treibstoff, das auch von einer Firma erwogen wird, ist technisch interessant das Ankoppeln eines Gefährtes an den Kommunikationssatelliten und dann das Übernehmen der Lageregelung. Eine israelische Firma entwickelt derzeit ein solches Gefährt <\/a> unter der Bezeichnung „DeOrbiter“,<\/p>\n

Geschwindigkeitsbedarf und die Folgen<\/h3>\n

Ein Satellit im geostationären Orbit wird durch die unterschiedlich starken Gravitationskräfte der Erde aus seiner Position getrieben. Das geschieht sowohl in Nord-Süd Richtung (Hauptanteil) wie Ost-Westrichtung. Damit man im Boden die Antennen nicht nachführen muss, aber auch um nicht Empfangsstörungen mit Nachbarsatelliten zu riskieren, muss er regelmäßig an die Position zurückgebracht werden, das erfordert zwei Zündungen der Verniertriebwerke und damit Treibstoff. Dazu kommt die Aufrechterhaltung der räumlichen Lage. Alles zusammen macht bei chemischem Treibstoff eine Geschwindigkeitsänderung von 60 m\/s pro Jahr Bei einer Lebensdauer von 15 Jahren sind das 900 m\/s. Dies kommt zu den 1500 m\/s hinzu die man benötigt um den GEO aus dem Übergangsorbit zu erreichen. Daher verwundert es nicht wenn heute Satelliten beim Start zu zwei Dritteln aus Treibstoff bestehen. Gerade wegen dem hohen Geschwindigkeitsbedarf sind Ionenantriebe der Schlüssel für eine Verlängerung der Betriebszeit.<\/p>\n

Bei Ionenantrieben braucht man ein höhere Budget, da man viel öfters Korrekturen durchführen muss. Wegen dem geringen Schub kann man nicht warten bis der Satellit an der Grenze des Bereichs abgekommen ist der erlaubt ist. Ich habe im folgenden für jährliche Korrekturen ein \u0394V Budget von 150 m\/s einkalkuliert, das auch Zeiten in denen man von einem Satelliten zum anderen manövriert und ankoppelt mit einbezieht.<\/p>\n

Dazu ist es sinnvoll den Bugsier-Satelliten nicht in einen GEO zu transportieren sondern wenn er Ionentriebwerke einsetzt, diese auch zu nutzen um von einem LEO (in 500 km Höhe) in den GTO zu bringen. Der Geschwindigkeitsbedarf dafür ist auf Nicht-Keplerbahnen schwer berechenbar. Ich habe 4600 m\/s als Maximalwert (Die Differenz der Bahngeschwindigkeiten) angenommen.<\/p>\n

Motivation eines Betreibers für die Verlängerung eines Betriebs<\/h3>\n

Die wichtigste ist die finanzielle Seite: Bei einem normalen Satelliten ist nach Erhebungen 2012 eine Einnahme von 1,6 Millionen Dollar pro Transponder und Jahr<\/a> zu erwarten. Die Kosten betrugen im Durchschnitt weniger als 1 Million Dollar pro Transponder. Davon entfiel der größte Teil auf den Bau des Satelliten, den Start und die Versicherung für die kritischen Phasen bis zur Inbetriebnahme. Wenn dies 60% ausmacht (ein konservativer wert) so steigt nach der geplanten Nutzungsdauer = Abschreibungsdauer dieser Kosten der Gewinn von 0,6 auf 1,2 Millionen Dollar pro Transponder, er verdoppelt sich also.<\/p>\n

Er wird natürlich geschmälert, dadurch dass die Solarzellen laufend an Leistung verlieren und so nicht mehr alle Transponder betrieben werden können. Weiterhin würde der Service eines Satelliten der die Lageregelung übernimmt auch etwas kosten. Die finanzielle Motivation ist aber wie man sieht hoch. Voraussetzung ist natürlich, dass nur der Treibstoff zu Ende ist und nicht andere Defekte vorliegen. Bei den meisten Missionen war aber der ausgehende Treibstoff der Faktor der sie beendete.<\/p>\n

Daneben sind auch einige andere Szenarien denkbar:<\/p>\n