Die Zukunft der Satellitenkommunikation: Weltraum-Internet

In den letzten Jahren ist die Zahl der Satelliten, die in eine niedrige Erdumlaufbahn (LEO) gebracht werden, gestiegen. Diese Satelliten erfüllen häufig verschiedene Daten-Sammelmissionen, wie das Überwachen der Erdoberfläche und des Wetters. Traditionell sind Satellitenbetreiber auf Bodenstationen angewiesen, um mit ihren Satelliten zu kommunizieren. Das bedeutet, dass sie nur zu bestimmten Zeiten mit den Satelliten verbinden können, was die Häufigkeit einschränkt, mit der sie Daten senden oder empfangen können.

Mit dem Aufkommen neuer Raum-Internet-Anbieter wie Starlink und OneWeb ändert sich dieses Kommunikationsmodell. Diese Unternehmen haben das Ziel, Internetdienste aus dem Weltraum anzubieten, was es Satelliten theoretisch ermöglichen könnte, jederzeit mit dem Internet zu verbinden. Das könnte die Art und Weise verändern, wie Raummissionen gestaltet und betrieben werden.

#Der Bedarf an verbesserter Satellitenkommunikation

Die traditionelle Methode, um mit Satelliten zu kommunizieren, umfasst die Nutzung von strategisch in der ganzen Welt platzierten Bodenstationen. Diese Methode hat jedoch ihre Nachteile. Typischerweise können Satelliten nur für kurze Zeit mit Bodenstationen kommunizieren, was die Menge an Daten, die sie senden oder empfangen können, einschränken kann. In einigen Fällen sind Bodenstationen möglicherweise nur für wenige Minuten während jeder Orbitalbahn des Satelliten verfügbar.

Die Erhöhung der Anzahl von Bodenstationen würde helfen, würde aber die Kosten für den Start und Betrieb von Satelliten erheblich erhöhen. Daher ist es entscheidend, einen neuen Weg zur Verbindung von Satelliten zu finden.

#Raum-Internet-Systeme

Raum-Internet-Systeme haben das Ziel, kontinuierliche Internetkonnektivität aus dem Weltraum anzubieten. Das bedeutet, dass Satelliten 24/7 mit dem Internet verbunden sein könnten, unabhängig von ihrem Standort. Solche Systeme könnten die Funktionsweise der Satelliten verändern, indem sie Echtzeit-Datenaustausch, schnellere Reaktionszeiten und effizientere Aufgabenverteilung ermöglichen.

#Arten von Raum-Internet-Anbietern

1. Starlink: Von SpaceX gestartet, zielt dieses System darauf ab, weltweite Internetabdeckung mithilfe von Tausenden von kleinen Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn bereitzustellen.

2. OneWeb: Dieses Unternehmen konzentriert sich darauf, ein Netzwerk von Satelliten aufzubauen, um Internetzugang, insbesondere in abgelegenen Gebieten, bereitzustellen.

3. O3b mPower: Dies ist ein weiteres System, das es sich zur Aufgabe gemacht hat, Hochgeschwindigkeitsinternet anzubieten, insbesondere für Unternehmen und Organisationen, die zuverlässige Kommunikation benötigen.

#Vorteile von Raum-Internet-Systemen

Diese Raum-Internet-Anbieter können die Kommunikation zwischen Satelliten und Bodenoperationen erheblich verbessern. Einige der wichtigsten Vorteile sind:

• Kontinuierliche Verbindung: Im Gegensatz zu traditionellen Methoden können Satelliten rund um die Uhr online bleiben, was die Kommunikationsmöglichkeiten verbessert.

• Hohe Datenraten: Raum-Internet-Systeme können schnellere Datenraten anbieten, die für Anwendungen entscheidend sind, die Echtzeitinformationen erfordern.

• Kosteneffizienz: Eine zuverlässigere Internetverbindung verringert die Notwendigkeit zahlreicher Bodenstationen, was letztendlich die Kosten senkt.

#Machbarkeitsstudie

Forscher haben Studien durchgeführt, um die Machbarkeit der Verbindung von Raummissionen zu diesen neuen Raum-Internet-Systemen zu bewerten. Dabei wird untersucht, welche bestehenden und kommenden Raum-Internet-Systeme es gibt, welche Missionen profitieren könnten und welche technologischen Änderungen für Satelliten notwendig sind.

#Vorhandene Raummissionen

Verschiedene Arten von Raummissionen könnten von besserer Internetkonnektivität profitieren:

1. Menschenraumfahrt: Diese Missionen erfordern hohe Datenraten für Telemetrie und Video-Kommunikation. Aktuelle Beispiele sind die Internationale Raumstation (ISS) und potenzielle zukünftige private Raumstationen.

2. Experimentelle Missionen: Diese Missionsarten, die normalerweise CubeSats umfassen, konzentrieren sich oft darauf, neue Technologien zu testen und können von kostengünstigen Internetoptionen profitieren.

3. Erdbeobachtungsmissionen: Diese Satelliten sammeln grosse Mengen an Daten über die Erdoberfläche und die Atmosphäre. Schnelle Datenübertragung ist wichtig für eine zeitnahe Analyse.

4. Wissenschaftliche Missionen: Raumfahrtagenturen führen diese Missionen zu Forschungszwecken durch. Sie sammeln umfangreiche Daten, haben jedoch keine strengen Anforderungen an die Datenübertragungsgeschwindigkeit oder Verfügbarkeit.

#Bewertung der Kommunikationsbedürfnisse

Durch die Analyse der Kommunikationsbedürfnisse verschiedener Raummissionen haben Forscher mehrere potenzielle Vorteile erkannt, die sich aus einer Verbindung zu Raum-Internet-Systemen ergeben. Dies umfasst die Fähigkeit, grosse Datenmengen effizienter zu übertragen und die Möglichkeit einer konstanten Konnektivität.

#Überprüfung der Raum-Internet-Systeme

#Raumgestützte Internetprojekte

Ein umfassender Überblick über verschiedene raumgestützte Internet-Systeme zeigt, wie sie Satelliten potenziell verbinden können:

• Starlink: Mit über 4000 geplanten Satelliten zielt Starlink darauf ab, weltweite Abdeckung zu bieten. Seine Satelliten können schnellen Internetzugang bereitstellen, obwohl ihre höhere Höhe den Zugang für bestimmte LEO-Missionen oft einschränkt.

• OneWeb: Ursprünglich mit 720 Satelliten geplant, hat sich OneWeb inzwischen erweitert, um die Abdeckung zu verbessern und die Latenz zu senken.

• O3b mPower: Dieses System in mittlerer Erdumlaufbahn richtet sich an Unternehmen, die Hochgeschwindigkeitsinternet benötigen. Mit seiner einzigartigen Konfiguration verspricht es nahezu kontinuierliche Abdeckung.

#Systemvergleich

Während traditionelle Satellitensysteme begrenzte Konnektivität boten, versprechen Raum-Internet-Systeme, dieses Paradigma zu ändern. Zum Beispiel bieten bestehende Systeme wie das NASA Tracking and Data Relay Satellite System (TDRS) bescheidene Datenraten, während neue Konzepte viel höhere potenzielle Raten vorschlagen.

#Notwendige technologische Änderungen

Um die Vorteile der Raum-Internet-Anbieter zu nutzen, sind Anpassungen an bestehenden Satelliten notwendig. Dies umfasst das Design neuer Kommunikationsgeräte für die Satelliten, die es ihnen ermöglichen, sich mit der bestehenden Infrastruktur der Raum-Internet-Anbieter zu verbinden.

#Kommerzielle Standardterminals (COTS)

Viele bestehende kommerzielle Terminals können für den Einsatz in Raummissionen angepasst werden. Diese Terminals sind handelsüblich erhältlich und können oft mit minimalem Ingenieureinsatz integriert werden. Allerdings sind Modifikationen erforderlich, um in der herausfordernden Umgebung des Weltraums zu funktionieren.

#Überlegungen zu Raumfahrt-tauglichen Terminals

• Wärmemanagement: Da der Weltraum keine Atmosphäre hat, muss besondere Sorgfalt auf das Wärmemanagement gelegt werden.

• Mechanische Festigkeit: Die Terminals müssen den Belastungen beim Start standhalten, was erfordert, dass sie robust und widerstandsfähig sind.

• Kommunikationsfunktionalität: Die Terminals müssen in der Lage sein, klare Verbindungen mit Satellitenkonstellationen herzustellen, um sicherzustellen, dass Daten effektiv gesendet und empfangen werden können.

#Abdeckungsanalyse

Die Abdeckungsanalyse ist entscheidend, um zu verstehen, wie gut diese Systeme zusammenarbeiten können. Durch Simulation verschiedener Szenarien können Forscher den Zugang und Ausfallzeiten bewerten, die bei unterschiedlichen Raum-Internet-Systemen auftreten würden.

#Evaluierung der Zugriffszeiten

Mithilfe von Simulationssoftware können Forscher untersuchen, wie oft ein Satellit mit mehreren Internet-Satelliten im Weltraum verbinden kann. Dies hilft, die Gesamtwirksamkeit der vorgeschlagenen Lösungen zu bestimmen.

#Ergebnisse der Abdeckungsanalyse

Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass O3b mPower die beste Leistung bietet, mit nahezu permanenter Konnektivität für ausgewählte Missionen. Im Gegensatz dazu könnten die kürzeren Zugriffszeiten von Starlink nicht so zuverlässig sein, während OneWeb einen guten Mittelweg bietet.

#Link-Budget und Datenrate-Leistung

Die Datenübertragungsraten hängen von vielen Faktoren ab, darunter die Entfernung zwischen Satelliten und die Leistung ihrer Signale. Die Forschung untersucht, wie viele Daten realistisch gesendet und empfangen werden können und vergleicht diese Zahlen mit den Bedürfnissen verschiedener Missionen.

#Erwartete Datenraten

Die erwarteten Datenraten für das Senden und Empfangen von Informationen können erhebliche Werte erreichen. Zum Beispiel kann O3b mPower Datenraten von bis zu 21 Mbps ermöglichen. Das ist vorteilhaft für Missionen, die schnelle und zuverlässige Datenübertragung benötigen, insbesondere in Echtzeitszenarien.

#Rechtliche Aspekte der Frequenzspektrumnutzung

Eine der grossen Herausforderungen bei der Etablierung der Kommunikation zwischen Raummissionen und Internetanbietern ist der rechtliche Rahmen, der den Umgang mit Funkfrequenzen regelt. Die Internationale Fernmeldeunion (ITU) regelt diese Frequenzen, um Interferenzen zwischen verschiedenen Systemen zu vermeiden.

#Aktueller regulatorischer Rahmen

Bestehende Vorschriften skizzieren, wie verschiedene Frequenzen für Satellitendienste zugewiesen werden können. Viele Raum-Internet-Anbieter befinden sich jedoch derzeit in einer Grauzone, wo sie die erforderlichen Frequenzen für die Kommunikation nicht leicht sichern können.

#Mögliche Änderungen in den Vorschriften

Die bevorstehende Weltfunkkonferenz (WRC-23) könnte die Zuweisung von Frequenzen ändern und dadurch bessere Kommunikationsmöglichkeiten für Raummissionen ermöglichen. Änderungen der Vorschriften könnten die Kommunikation zwischen Satelliten innerhalb etablierter Frequenzbänder erleichtern und eine effizientere Betriebsweise ermöglichen.

#Fazit

Die Verbindung von Raummissionen zu Raum-Internet-Anbietern bietet eine vielversprechende Möglichkeit, die Satellitenkommunikation zu verbessern. Dies könnte die Datenübertragungsraten, den Zugang zu Frequenzen und die Gesamteffizienz der Missionen erheblich steigern.

Erdbeobachtungsmissionen dürften am meisten von diesen Fortschritten profitieren, da sie grosse Datenmengen und dringend benötigte Daten benötigen. Darüber hinaus könnten bestehende kommerzielle Technologien unter Berücksichtigung der Herausforderungen der Weltraumumgebung für den Einsatz in Raummissionen angepasst werden.

Zusammenfassend hat die Integration von Raum-Internet-Systemen in Satellitenoperationen grosses Potenzial, die Art und Weise zu verändern, wie wir in Zukunft die Satellitenkommunikation angehen.