Kommunikationssatellit - Communications satellite

Ein extrem hochfrequenter Kommunikationssatellit der US-Weltraumstreitkräfte vermittelt sichere Kommunikation für die Vereinigten Staaten und andere verbündete Länder.

Ein Kommunikationssatellit ist ein künstlicher Satellit , daß Relais und verstärkt Funktelekommunikationssignale über einen Transponder ; es schafft einen Kommunikationskanal zwischen einem Quellsender und einem Empfänger an verschiedenen Orten auf der Erde . Kommunikationssatelliten werden für Fernsehen , Telefon , Radio , Internet und militärische Anwendungen verwendet. Januar 2021 befinden sich 2.224 Kommunikationssatelliten in der Erdumlaufbahn. Die meisten Kommunikationssatelliten befinden sich in einer geostationären Umlaufbahn 22,236 Meilen (35,785 km) über dem Äquator , so dass der Satellit am gleichen Punkt am Himmel stationär erscheint; Daher können die Satellitenschüsselantennen von Bodenstationen permanent auf diesen Punkt ausgerichtet werden und müssen sich nicht bewegen, um den Satelliten zu verfolgen.

Die Hochfrequenz -Funkwellen, die für Telekommunikationsverbindungen verwendet werden , laufen per Sichtlinie und werden so durch die Erdkrümmung behindert. Der Zweck von Kommunikationssatelliten besteht darin, das Signal um die Erdkrümmung zu übertragen, um eine Kommunikation zwischen weit voneinander entfernten geografischen Punkten zu ermöglichen. Kommunikationssatelliten verwenden , um eine breite Palette von Radio- und Mikrowellenfrequenzen . Um Signalstörungen zu vermeiden, haben internationale Organisationen Vorschriften, für die Frequenzbereiche oder "Bänder" bestimmte Organisationen verwenden dürfen. Diese Zuweisung von Bändern minimiert das Risiko von Signalstörungen.

Geschichte

Ursprünge zum ersten künstlichen Satelliten

Das Konzept des geostationären Kommunikationssatelliten wurde zuerst von Arthur C. Clarke zusammen mit Mikhail Tikhonravov und Sergey Korolev auf der Grundlage von Arbeiten von Konstantin Tsiolkovsky vorgeschlagen . Im Oktober 1945 veröffentlichte Clarke in der britischen Zeitschrift Wireless World einen Artikel mit dem Titel "Extraterrestrial Relays" . Der Artikel beschrieb die Grundlagen des Einsatzes künstlicher Satelliten in geostationären Umlaufbahnen zur Weiterleitung von Funksignalen. So wird Arthur C. Clarke oft als Erfinder des Konzepts des Kommunikationssatelliten sowie des Begriffs „Clarke Belt“ zur Beschreibung der Umlaufbahn zitiert .

Replik von Sputnik 1

Der erste künstliche Erdsatellit war Sputnik 1 . Setzen Sie in der Umlaufbahn von der Sowjetunion am 4. Oktober 1957 wurde es mit einem On-Board ausgestattet Radio - Sender , dass auf zwei Frequenzen von 20,005 und 40,002 MHz arbeitet, oder 7 und 15 m Wellenlänge. Der Satellit wurde nicht in die Umlaufbahn gebracht, um Daten von einem Punkt der Erde zu einem anderen zu senden; Der Radiosender sollte die Eigenschaften der Radiowellenverteilung in der Ionosphäre untersuchen. Der Start von Sputnik 1 war ein wichtiger Schritt in der Erforschung des Weltraums und der Raketenentwicklung und markiert den Beginn des Weltraumzeitalters .

Frühe aktive und passive Satellitenexperimente

Es gibt zwei Hauptklassen von Kommunikationssatelliten, passive und aktive . Passive Satelliten reflektieren nur das von der Quelle kommende Signal in Richtung des Empfängers. Bei passiven Satelliten wird das reflektierte Signal am Satelliten nicht verstärkt und nur ein sehr geringer Teil der übertragenen Energie erreicht den Empfänger. Da sich der Satellit so weit über der Erde befindet, wird das Funksignal aufgrund von Freiraumpfadverlusten gedämpft , sodass das auf der Erde empfangene Signal sehr, sehr schwach ist. Aktive Satelliten hingegen verstärken das empfangene Signal, bevor sie es an den Empfänger am Boden weiterleiten. Passive Satelliten waren die ersten Kommunikationssatelliten, werden aber heute kaum noch verwendet.

Arbeiten, die 1951 am United States Naval Research Laboratory auf dem Gebiet der Sammlung elektrischer Informationen begonnen wurden, führten zu einem Projekt namens Communication Moon Relay . Militärplaner hatten seit langem großes Interesse an sicheren und zuverlässigen Kommunikationsleitungen als taktische Notwendigkeit gezeigt, und das ultimative Ziel dieses Projekts war die Schaffung der längsten Kommunikationsverbindung in der Geschichte der Menschheit, wobei der Mond, der natürliche Satellit der Erde, als passives Relais fungierte . Nach der ersten transozeanischen Kommunikation zwischen Washington, DC und Hawaii am 23. Januar 1956 wurde dieses System öffentlich eingeweiht und im Januar 1960 offiziell in Produktion genommen.

Der Atlas-B mit SCORE auf der Startrampe; die Rakete (ohne Booster-Triebwerke) bildete den Satelliten.

Der erste Satellit, der speziell für die aktive Weiterleitung von Kommunikationen gebaut wurde, war das Projekt SCORE , das von der Advanced Research Projects Agency (ARPA) geleitet und am 18. Dezember 1958 gestartet wurde. und Nachrichten weitergeben. Es wurde verwendet, um einen Weihnachtsgruß von US-Präsident Dwight D. Eisenhower an die Welt zu senden . Der Satellit führte auch mehrere Echtzeitübertragungen durch, bevor die nicht wiederaufladbaren Batterien am 30. Dezember 1958 nach 8 Stunden tatsächlichem Betrieb versagten.

Der direkte Nachfolger von SCORE war ein weiteres ARPA-geführtes Projekt namens Courier. Courier 1B wurde am 4. Oktober 1960 gestartet, um zu untersuchen, ob es möglich wäre, ein globales militärisches Kommunikationsnetz aufzubauen, indem man "Delayed Repeater"-Satelliten verwendet, die Informationen empfangen und speichern, bis sie befohlen werden, sie erneut auszusenden. Nach 17 Tagen beendete ein Ausfall des Kommandosystems die Kommunikation des Satelliten.

NASA ‚s Satellitenanwendungsprogramm gestartet , um die ersten künstlichen Satelliten für passive Relaiskommunikation verwendet in Echo 1 am 12. August 1960. Echo 1 war ein aluminisierter Ballon Satelliten als passive wirkenden Reflektor von Mikrowellensignalen. Kommunikationssignale wurden vom Satelliten von einem Punkt auf der Erde zum anderen reflektiert. Dieses Experiment versuchte, die Machbarkeit weltweiter Ausstrahlungen von Telefon-, Radio- und Fernsehsignalen festzustellen.

Weitere Premieren und weitere Experimente

Telstar war der erste kommerzielle Satellit mit aktiver Direktübertragung und markierte die erste transatlantische Übertragung von Fernsehsignalen. Als Teil einer multinationalen Vereinbarung zwischen AT&T, Bell Telephone Laboratories , der NASA, dem britischen General Post Office und der französischen National PTT (Post Office) zur Entwicklung der Satellitenkommunikation gehört es zu AT&T und wurde von der NASA am 10 . von Cape Canaveral aus gestartet Juli 1962, beim ersten privat gesponserten Weltraumstart.

Ein weiteres passives Relais Experiment in erster Linie für militärische Kommunikationszwecke gedacht war Project West Ford , die durch geführt wurde , Massachusetts Institute of Technology ‚s Lincoln Laboratory . Nach einem anfänglichen Misserfolg im Jahr 1961 verteilte ein Start am 9. Mai 1963 350 Millionen Kupfernadeldipole, um einen passiven reflektierenden Gürtel zu schaffen. Obwohl nur etwa die Hälfte der Dipole richtig voneinander getrennt waren, konnte das Projekt erfolgreich mit Frequenzen im SHF- X-Band- Spektrum experimentieren und kommunizieren .

Eine unmittelbare Vorgeschichte der geostationären Satelliten war die Hughes Aircraft Company ‚s Syncom 2 startete am 26. Juli 1963 Syncom 2 der erste Kommunikationssatellit in einen war geostationären Umlaufbahn . Es drehte sich einmal täglich mit konstanter Geschwindigkeit um die Erde, aber da es immer noch eine Nord-Süd-Bewegung hatte, war eine spezielle Ausrüstung erforderlich, um es zu verfolgen. Sein Nachfolger, Syncom 3 , startete am 19. Juli 1964 und war der erste geostationäre Kommunikationssatellit. Syncom 3 erreichte eine geosynchrone Umlaufbahn ohne Nord-Süd-Bewegung, wodurch es vom Boden aus als stationäres Objekt am Himmel erscheint.

Eine direkte Erweiterung der passiven Experimente des Projekts West Ford war das Lincoln Experimental Satellite Programm, das ebenfalls vom Lincoln Laboratory im Auftrag des US-Verteidigungsministeriums durchgeführt wurde . Der aktive Kommunikationssatellit LES-1 wurde am 11. Februar 1965 ins All geschossen, um die Durchführbarkeit einer aktiven Festkörper-Langstreckenkommunikation im X-Band zu untersuchen. Im Rahmen dieser Serie wurden zwischen 1965 und 1976 insgesamt neun Satelliten gestartet.

Internationale kommerzielle Satellitenprojekte

In den Vereinigten Staaten wurde 1962 die private Gesellschaft Communications Satellite Corporation (COMSAT) gegründet, die den Anweisungen der US-Regierung in Fragen der nationalen Politik unterlag. In den nächsten 2 Jahren führten internationale Verhandlungen zu den Intelsat-Vereinbarungen, die wiederum zum Start von Intelsat 1, auch bekannt als Early Bird, am 6. . Nachfolgende Intelsat-Starts in den 1960er Jahren boten Schiffen auf See (Intelsat 2 in den Jahren 1966-67) Multi-Destination-Dienste sowie Video-, Audio- und Datendienste und die Vervollständigung eines vollständig globalen Netzwerks mit Intelsat 3 in den Jahren 1969-70. In den 1980er Jahren war Intelsat mit erheblichen Erweiterungen der kommerziellen Satellitenkapazität auf dem Weg, Teil der wettbewerbsfähigen privaten Telekommunikationsbranche zu werden, und bekam Konkurrenz von PanAmSat in den Vereinigten Staaten, die ironischerweise dann gekauft wurde durch seinen Erzrivalen im Jahr 2005.

Als Intelsat gestartet wurde, waren die Vereinigten Staaten die einzige Startquelle außerhalb der Sowjetunion , die sich nicht an den Intelsat-Abkommen beteiligte. Die Sowjetunion startete am 23. April 1965 im Rahmen des Molniya- Programms ihren ersten Kommunikationssatelliten . Einzigartig war dieses Programm zu dieser Zeit auch durch die Nutzung der so genannten Molniya-Umlaufbahn , die eine stark elliptische Umlaufbahn mit täglich zwei hohen Apogäumen über der Nordhalbkugel beschreibt. Diese Umlaufbahn bietet eine lange Verweilzeit über russischem Territorium sowie über Kanada in höheren Breitengraden als geostationäre Umlaufbahnen über dem Äquator.

Satellitenumlaufbahnen

Orbitgrößenvergleich der GPS- , GLONASS- , Galileo- , BeiDou-2 und Iridium- Konstellationen, der Internationalen Raumstation , des Hubble-Weltraumteleskops und der geostationären Umlaufbahn (und ihrer Friedhofsbahn ) mit den Van-Allen-Strahlungsgürteln und der Erde im Maßstab.
Die Umlaufbahn des Mondes ist etwa 9-mal so groß wie die geostationäre Umlaufbahn. ( Bewegen Sie in der SVG-Datei den Mauszeiger über eine Umlaufbahn oder ihre Beschriftung, um sie hervorzuheben; klicken Sie, um ihren Artikel zu laden.)

Kommunikationssatelliten haben normalerweise einen von drei primären Umlaufbahntypen , während andere Umlaufbahnklassifikationen verwendet werden, um die Umlaufbahndetails weiter zu spezifizieren. MEO und LEO sind nicht-geostationäre Umlaufbahnen (NGSO).

  • Geostationäre Satelliten haben eine geostationäre Umlaufbahn (GEO), die 22.236 Meilen (35.785 km) von der Erdoberfläche entfernt ist. Diese Umlaufbahn hat die besondere Eigenschaft, dass sich die scheinbare Position des Satelliten am Himmel bei Betrachtung durch einen Bodenbeobachter nicht ändert, der Satellit scheint am Himmel "stillzustehen". Dies liegt daran, dass die Umlaufzeit des Satelliten der Rotationsgeschwindigkeit der Erde entspricht. Der Vorteil dieser Umlaufbahn besteht darin, dass Bodenantennen den Satelliten nicht über den Himmel verfolgen müssen, sondern auf die Position am Himmel ausgerichtet werden können, an der der Satellit erscheint.
  • Satelliten mit mittlerer Erdumlaufbahn (MEO) sind näher an der Erde. Orbitalhöhen reichen von 2.000 bis 36.000 Kilometern (1.200 bis 22.400 Meilen) über der Erde.
  • Die Region unterhalb der mittleren Umlaufbahn wird als Low Earth Orbit (LEO) bezeichnet und liegt etwa 160 bis 2.000 Kilometer (99 bis 1.243 Meilen) über der Erde.

Da Satelliten in MEO und LEO die Erde schneller umkreisen, bleiben sie nicht wie ein geostationärer Satellit kontinuierlich am Himmel zu einem festen Punkt auf der Erde sichtbar, sondern scheinen einem Bodenbeobachter den Himmel zu überqueren und "unterzugehen", wenn sie hinter die Erde jenseits des sichtbaren Horizonts. Daher erfordert die Bereitstellung einer kontinuierlichen Kommunikationsfähigkeit mit diesen niedrigeren Umlaufbahnen eine größere Anzahl von Satelliten, so dass einer dieser Satelliten immer am Himmel zur Übertragung von Kommunikationssignalen sichtbar ist. Aufgrund ihrer relativ geringen Entfernung zur Erde sind ihre Signale jedoch stärker.

Niedrige Erdumlaufbahn (LEO)

Eine niedrige Erdumlaufbahn (LEO) ist typischerweise eine kreisförmige Umlaufbahn etwa 160 bis 2.000 Kilometer (99 bis 1.243 Meilen) über der Erdoberfläche und dementsprechend eine Periode (Zeit zum Umlaufen um die Erde) von etwa 90 Minuten.

Aufgrund ihrer geringen Höhe sind diese Satelliten nur in einem Umkreis von etwa 1.000 Kilometern (620 Meilen) vom Subsatellitenpunkt sichtbar. Darüber hinaus ändern Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn ihre Position relativ zur Bodenposition schnell. Daher werden auch für lokale Anwendungen viele Satelliten benötigt, wenn die Mission eine unterbrechungsfreie Konnektivität erfordert.

Satelliten mit niedriger Erdumlaufbahn sind kostengünstiger in die Umlaufbahn zu bringen als geostationäre Satelliten und benötigen aufgrund der Nähe zum Boden keine so hohe Signalstärke (die Signalstärke nimmt mit dem Quadrat der Entfernung von der Quelle ab, daher der Effekt ist beachtlich). Somit besteht ein Kompromiss zwischen der Anzahl der Satelliten und ihren Kosten.

Darüber hinaus gibt es wichtige Unterschiede in der Bord- und Bodenausrüstung, die zur Unterstützung der beiden Missionstypen erforderlich ist.

Satellitenkonstellation

Eine Gruppe von Satelliten, die zusammen arbeiten, wird als Satellitenkonstellation bezeichnet . Zwei solcher Konstellationen, die hauptsächlich für abgelegene Gebiete Satellitentelefondienste bereitstellen sollen, sind die Systeme Iridium und Globalstar . Das Iridium-System hat 66 Satelliten.

Es ist auch möglich, eine diskontinuierliche Abdeckung mit einem Satelliten mit niedriger Erdumlaufbahn anzubieten, der die empfangenen Daten beim Überqueren eines Teils der Erde speichern und sie später beim Überqueren eines anderen Teils übertragen kann. Dies ist der Fall mit dem CASCADE System seines Canada ‚s CASSIOPE Kommunikationssatelliten. Ein anderes System, das diese Store-and-Forward-Methode verwendet, ist Orbcomm .

Mittlere Erdumlaufbahn (MEO)

Eine mittlere Erdumlaufbahn ist ein Satellit in einer Umlaufbahn zwischen 2.000 und 35.786 Kilometern (1.243 und 22.236 Meilen) über der Erdoberfläche. MEO-Satelliten ähneln in ihrer Funktionalität LEO-Satelliten. MEO-Satelliten sind viel länger sichtbar als LEO-Satelliten, normalerweise zwischen 2 und 8 Stunden. MEO-Satelliten haben einen größeren Abdeckungsbereich als LEO-Satelliten. Die längere Sichtbarkeit und die größere Reichweite eines MEO-Satelliten bedeuten, dass in einem MEO-Netzwerk weniger Satelliten benötigt werden als in einem LEO-Netzwerk. Ein Nachteil besteht darin, dass die Entfernung eines MEO-Satelliten ihm eine längere Zeitverzögerung und ein schwächeres Signal verleiht als ein LEO-Satellit, obwohl diese Einschränkungen nicht so schwerwiegend sind wie die eines GEO-Satelliten.

Wie LEOs halten diese Satelliten keinen stationären Abstand zur Erde ein. Dies steht im Gegensatz zur geostationären Umlaufbahn, wo Satelliten immer 35.786 Kilometer (22.236 Meilen) von der Erde entfernt sind.

Normalerweise befindet sich die Umlaufbahn eines Satelliten mit mittlerer Erdumlaufbahn etwa 16.000 Kilometer (10.000 Meilen) über der Erde. In verschiedenen Mustern machen diese Satelliten die Reise um die Erde in 2 bis 8 Stunden.

Beispiele für MEO

  • 1962 wurde der Kommunikationssatellit Telstar gestartet. Es war ein Satellit mit mittlerer Erdumlaufbahn, der entwickelt wurde, um Hochgeschwindigkeits-Telefonsignale zu ermöglichen. Obwohl es die erste praktische Möglichkeit war, Signale über den Horizont zu übertragen, wurde ihr großer Nachteil bald erkannt. Da seine Umlaufzeit von etwa 2,5 Stunden nicht mit der Rotationsperiode der Erde von 24 Stunden übereinstimmte, war eine kontinuierliche Abdeckung unmöglich. Es war offensichtlich, dass mehrere MEOs verwendet werden mussten, um eine kontinuierliche Abdeckung bereitzustellen.
  • 2013 wurden die ersten vier einer Konstellation von 20 MEO-Satelliten gestartet. Die O3b- Satelliten bieten Breitband-Internetdienste , insbesondere für abgelegene Standorte und zur Nutzung auf See und im Flug, und kreisen in einer Höhe von 8.063 Kilometern (5.010 Meilen).

Geostationäre Umlaufbahn (GEO)

Für einen Beobachter auf der Erde erscheint ein Satellit in einer geostationären Umlaufbahn bewegungslos, in einer festen Position am Himmel. Dies liegt daran, dass es sich mit der eigenen Winkelgeschwindigkeit der Erde um die Erde dreht (eine Umdrehung pro Sterntag , in einer äquatorialen Umlaufbahn ).

Eine geostationäre Umlaufbahn ist für die Kommunikation nützlich, da Bodenantennen auf den Satelliten gerichtet werden können, ohne die Bewegung des Satelliten verfolgen zu müssen. Das ist relativ günstig.

Bei Anwendungen, die viele Bodenantennen erfordern, wie z. B. der DirecTV- Verteilung, können die Einsparungen bei der Bodenausrüstung die Kosten und die Komplexität der Platzierung eines Satelliten in der Umlaufbahn mehr als aufwiegen.

Beispiele für GEO

  • Der erste geostationäre Satellit war Syncom 3 , der am 19. August 1964 gestartet und für die Kommunikation über den Pazifik verwendet wurde, beginnend mit der Fernsehberichterstattung über die Olympischen Sommerspiele 1964 . Kurz nach Syncom 3 wurde Intelsat I , auch bekannt als Early Bird , am 6. April 1965 gestartet und in eine Umlaufbahn auf 28° westlicher Länge gebracht. Er war der erste geostationäre Satellit für die Telekommunikation über dem Atlantik .
  • Am 9. November 1972 wurde Kanadas erster geostationärer Satellit, der den Kontinent bediente, Anik A1 , von Telesat Canada gestartet, gefolgt von den Vereinigten Staaten mit dem Start von Westar 1 durch Western Union am 13. April 1974.
  • Am 30. Mai 1974 startete der erste dreiachsig stabilisierte geostationäre Kommunikationssatellit der Welt : der für die NASA gebaute Experimentalsatellit ATS-6 .
  • Nach dem Start von Telstar über die Westar-1-Satelliten startete RCA Americom (später GE Americom, jetzt SES ) 1975 Satcom 1. Es war Satcom 1, das maßgeblich dazu beitrug, frühen Kabelfernsehsendern wie WTBS (jetzt TBS ), HBO , CBN (jetzt Freeform ) und The Weather Channel werden erfolgreich, weil diese Kanäle ihr Programm über den Satelliten an alle lokalen Kabel-TV- Kopfstellen verteilten . Darüber hinaus war es der erste Satellit, der von Fernsehsendern in den Vereinigten Staaten wie ABC , NBC und CBS verwendet wurde, um Programme an ihre lokalen Partnerstationen zu verteilen. Satcom 1 war weit verbreitet, weil es die doppelte Kommunikationskapazität des konkurrierenden Westar 1 in Amerika hatte (24 Transponder im Gegensatz zu den 12 von Westar 1), was zu niedrigeren Transponder-Nutzungskosten führte. Satelliten in späteren Jahrzehnten hatten tendenziell noch höhere Transponderzahlen.

Bis zum Jahr 2000 hatte Hughes Space and Communications (jetzt Boeing Satellite Development Center ) fast 40 Prozent der mehr als hundert weltweit im Einsatz befindlichen Satelliten gebaut. Andere große Satellitenhersteller sind Space Systems/Loral , Orbital Sciences Corporation mit der Star Bus- Serie, Indian Space Research Organization , Lockheed Martin (besitzt das ehemalige RCA Astro Electronics/GE Astro Space-Geschäft), Northrop Grumman , Alcatel Space, jetzt Thales Alenia Space , mit der Spacebus- Serie, und Astrium .

Molniya-Umlaufbahn

Geostationäre Satelliten müssen über dem Äquator arbeiten und erscheinen daher tiefer am Horizont, wenn sich der Empfänger vom Äquator entfernt. Dies führt zu Problemen in extremen nördlichen Breiten, beeinträchtigt die Konnektivität und verursacht Mehrwegeinterferenzen (verursacht durch Signale, die vom Boden in die Bodenantenne reflektiert werden).

Daher kann für Gebiete in der Nähe des Nord- (und Süd-)Pols ein geostationärer Satellit unter dem Horizont erscheinen. Daher wurden vor allem in Russland Molniya-Orbit-Satelliten gestartet, um dieses Problem zu lindern.

Molniya-Bahnen können in solchen Fällen eine attraktive Alternative sein. Die Umlaufbahn von Molniya ist stark geneigt, was eine gute Höhe über ausgewählten Positionen während des nördlichen Teils der Umlaufbahn garantiert. (Die Höhe ist die Ausdehnung der Position des Satelliten über dem Horizont. Somit hat ein Satellit am Horizont eine Elevation von Null und ein Satellit direkt über dem Horizont hat eine Elevation von 90 Grad.)

Die Molniya-Umlaufbahn ist so ausgelegt, dass der Satellit den größten Teil seiner Zeit über den nördlichen Breitengraden verbringt, wobei sich sein Bodenabdruck nur geringfügig bewegt. Seine Dauer beträgt einen halben Tag, so dass der Satellit bei jeder zweiten Umdrehung für sechs bis neun Stunden über dem Zielgebiet zur Verfügung steht. Auf diese Weise kann eine Konstellation von drei Molniya-Satelliten (plus Reserven im Orbit) eine ununterbrochene Abdeckung gewährleisten.

Der erste Satellit der Molniya- Serie wurde am 23. April 1965 gestartet und diente der experimentellen Übertragung von TV- Signalen von einer Moskauer Uplink- Station zu Downlink- Stationen in Sibirien und im russischen Fernen Osten, in Norilsk , Chabarowsk , Magadan und Wladiwostok . Im November 1967 schufen sowjetische Ingenieure ein einzigartiges System des nationalen Fernsehnetzes des Satellitenfernsehens , genannt Orbita , das auf Molniya-Satelliten basierte.

Polare Umlaufbahn

In den Vereinigten Staaten wurde 1994 das National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System (NPOESS) gegründet, um die Polarsatellitenoperationen der NASA (National Aeronautics and Space Administration) NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) zu konsolidieren. NPOESS verwaltet eine Reihe von Satelliten für verschiedene Zwecke; B. METSAT für meteorologische Satelliten, EUMETSAT für den europäischen Zweig des Programms und METOP für meteorologische Operationen.

Diese Umlaufbahnen sind sonnensynchron, das heißt, sie überqueren den Äquator jeden Tag zur gleichen Ortszeit. Zum Beispiel überqueren die Satelliten in der NPOESS-Umlaufbahn (zivil) den Äquator von Süden nach Norden um 13:30 Uhr, 17:30 Uhr und 21:30 Uhr

Struktur

Kommunikationssatelliten bestehen normalerweise aus den folgenden Subsystemen:

  • Kommunikationsnutzlast, normalerweise bestehend aus Transpondern , Antennen und Vermittlungssystemen
  • Triebwerke, die verwendet wurden, um den Satelliten in seine gewünschte Umlaufbahn zu bringen
  • Eine Station, die das Verfolgungs- und Stabilisierungs-Subsystem verwendet, um den Satelliten in der richtigen Umlaufbahn zu halten, wobei seine Antennen in die richtige Richtung und sein Stromversorgungssystem auf die Sonne ausgerichtet sind
  • Stromversorgungs-Subsystem, das verwendet wird, um die Satellitensysteme mit Strom zu versorgen, normalerweise bestehend aus Solarzellen und Batterien, die den Strom während der Sonnenfinsternis aufrechterhalten
  • Befehls- und Kontroll-Subsystem, das die Kommunikation mit Bodenkontrollstationen aufrechterhält. Die Bodenkontrollstationen überwachen die Leistung des Satelliten und kontrollieren seine Funktionalität während verschiedener Phasen seines Lebenszyklus.

Die von einem Satelliten verfügbare Bandbreite hängt von der Anzahl der vom Satelliten bereitgestellten Transponder ab. Jeder Dienst (TV, Sprache, Internet, Radio) benötigt eine andere Bandbreite für die Übertragung. Dies wird typischerweise als Link Budgeting bezeichnet und ein Netzwerksimulator kann verwendet werden, um den genauen Wert zu ermitteln.

Frequenzzuteilung für Satellitensysteme

Die Zuteilung von Frequenzen an Satellitendienste ist ein komplizierter Prozess, der internationale Koordination und Planung erfordert. Dies geschieht unter der Schirmherrschaft der International Telecommunication Union (ITU). Um die Frequenzplanung zu erleichtern, ist die Welt in drei Regionen unterteilt:

  • Region 1: Europa, Afrika, Naher Osten, ehemalige Sowjetunion und Mongolei
  • Region 2: Nord- und Südamerika und Grönland
  • Region 3: Asien (ohne Regionen der Region 1), Australien und südwestlicher Pazifik

Innerhalb dieser Regionen werden Frequenzbänder verschiedenen Satellitendiensten zugeteilt, obwohl einem gegebenen Dienst in verschiedenen Regionen unterschiedliche Frequenzbänder zugewiesen werden können. Einige der von Satelliten bereitgestellten Dienste sind:

Anwendungen

Telefonie

Ein Iridium- Satellit

Die erste und historisch wichtigste Anwendung für Kommunikationssatelliten war die interkontinentale Fernsprechtelefonie . Der feste öffentliche Telefonnetz Relais Telefonanrufe von Festnetz - Telefone zu einer Bodenstation , wo sie dann zu einem geostationären Satelliten übertragen. Der Downlink folgt einem analogen Weg. Verbesserungen bei Unterseekommunikationskabeln durch die Verwendung von Glasfasern führten Ende des 20. Jahrhunderts zu einem gewissen Rückgang der Verwendung von Satelliten für die Festnetztelefonie.

Satellitenkommunikation wird auch heute noch in vielen Anwendungen verwendet. Abgelegene Inseln wie Ascension Island , St. Helena , Diego Garcia und Easter Island , auf denen keine Unterseekabel in Betrieb sind, benötigen Satellitentelefone. Es gibt auch Regionen einiger Kontinente und Länder, in denen Festnetz-Telekommunikation selten bis nicht vorhanden ist, zum Beispiel große Regionen Südamerikas, Afrikas, Kanadas, Chinas, Russlands und Australiens. Satellitenkommunikation stellt auch Verbindungen zu den Rändern der Antarktis und Grönlands her . Andere Landnutzung für Satellitentelefone sind Bohrinseln auf See, ein Backup für Krankenhäuser, Militär und Erholung. Schiffe auf See sowie Flugzeuge verwenden oft Satellitentelefone.

Satellitentelefonsysteme können auf verschiedene Weise realisiert werden. In großem Maßstab wird es oft ein lokales Telefonsystem in einem isolierten Gebiet mit einer Verbindung zum Telefonsystem in einem Festlandgebiet geben. Es gibt auch Dienste, die ein Funksignal an ein Telefonsystem koppeln. In diesem Beispiel kann fast jede Art von Satelliten verwendet werden. Satellitentelefone verbinden sich direkt mit einer Konstellation von geostationären Satelliten oder Satelliten mit niedriger Erdumlaufbahn. Anrufe werden dann an einen Satelliten weitergeleitet teleportieren mit dem öffentlichen Telefonnetz.

Fernsehen

Als das Fernsehen zum Hauptmarkt wurde, war seine Nachfrage nach gleichzeitiger Lieferung relativ weniger Signale mit großer Bandbreite an viele Empfänger eine genauere Übereinstimmung mit den Fähigkeiten geosynchroner Komsate. Für nordamerikanisches Fernsehen und Radio werden zwei Satellitentypen verwendet: Direct Broadcast Satellite (DBS) und Fixed Service Satellite (FSS).

Die Definitionen von FSS- und DBS-Satelliten außerhalb Nordamerikas, insbesondere in Europa, sind etwas mehrdeutig. Die meisten Satelliten, die in Europa für Direct-to-Home-Fernsehen verwendet werden, haben dieselbe hohe Ausgangsleistung wie Satelliten der DBS-Klasse in Nordamerika, verwenden jedoch dieselbe lineare Polarisation wie Satelliten der FSS-Klasse. Beispiele hierfür sind die Raumsonden Astra , Eutelsat und Hotbird im Orbit über dem europäischen Kontinent. Aus diesem Grund werden die Begriffe FSS und DBS eher auf dem gesamten nordamerikanischen Kontinent verwendet und sind in Europa ungewöhnlich.

Festen Servicesatelliten verwenden , um die C - Band und die unteren Teile der K u Band . Sie werden normalerweise für Broadcast-Feeds von und zu Fernsehsendern und lokalen angeschlossenen Sendern (wie Programm-Feeds für Netzwerk- und Syndicated-Programme, Live-Aufnahmen und Backhauls ) sowie für Fernunterricht von Schulen und Universitäten, Wirtschaftsfernsehen ( BTV), Videokonferenzen und allgemeine kommerzielle Telekommunikation. FSS-Satelliten werden auch verwendet, um nationale Kabelkanäle an Kabelfernseh-Kopfstellen zu verteilen.

Frei empfangbare Satelliten-TV-Kanäle werden in der Regel auch über FSS-Satelliten im Ku- Band verbreitet. Die Satelliten Intelsat Americas 5 , Galaxy 10R und AMC 3 über Nordamerika bieten eine ziemlich große Anzahl von FTA-Kanälen auf ihren Ku- Band- Transpondern .

Der DBS- Dienst von American Dish Network hat kürzlich auch die FSS-Technologie für seine Programmpakete verwendet, die eine SuperDish- Antenne erfordern , da Dish Network mehr Kapazität benötigt, um lokale Fernsehsender gemäß den "Must-Carry"-Bestimmungen der FCC zu übertragen , und für mehr Bandbreite, um HDTV- Kanäle zu übertragen.

Ein Direktübertragungssatellit ist ein Kommunikationssatellit, der an kleine DBS- Satellitenschüsseln (normalerweise 18 bis 24 Zoll oder 45 bis 60 cm Durchmesser) sendet . Direct Broadcast Satellites arbeitet im allgemeinen in dem oberen Teil der Mikrowelle K u Band . Die DBS-Technologie wird für DTH-orientierte ( Direct-To-Home ) Satelliten-TV-Dienste verwendet, wie DirecTV , DISH Network und Orby TV in den USA, Bell Satellite TV und Shaw Direct in Kanada, Freesat und Sky in Großbritannien, Irland , und Neuseeland und DSTV in Südafrika.

FSS-Satelliten, die bei niedrigerer Frequenz und geringerer Leistung als DBS betrieben werden, benötigen eine viel größere Schüssel für den Empfang (1 bis 2,5 m Durchmesser für das Ku- Band und 3,6 m oder mehr für das C-Band). . Sie verwenden lineare Polarisation für jeden HF-Eingang und Ausgang der Transponder (im Gegensatz zur zirkularen Polarisation, die von DBS-Satelliten verwendet wird), aber dies ist ein kleiner technischer Unterschied, den Benutzer nicht bemerken. Die FSS-Satellitentechnologie wurde ursprünglich auch für DTH-Satellitenfernsehen von Ende der 1970er bis Anfang der 1990er Jahre in den Vereinigten Staaten in Form von TVRO (TeleVision Receive Only)-Empfängern und -Schüsseln verwendet. Es wurde auch in seiner K verwendet u Bandform für den heute nicht mehr existierenden Primestar Satelliten - TV - Dienst.

Einige Satelliten wurden ins Leben gerufen , die haben Transponder im K ein Band , wie DirecTV SPACEWAY-1 Satelliten und Anik F2 . NASA und ISRO haben auch experimentelle Satelliten zur K startete ein Band Baken vor kurzem.

Einige Hersteller haben auch spezielle Antennen für den mobilen Empfang von DBS-Fernsehen eingeführt. Unter Verwendung der Global Positioning System (GPS) -Technologie als Referenz richten diese Antennen automatisch wieder auf den Satelliten aus, unabhängig davon, wo und wie sich das Fahrzeug (an dem die Antenne montiert ist) befindet. Diese mobilen Satellitenantennen sind bei einigen Freizeitfahrzeugbesitzern beliebt. Solche mobilen DBS-Antennen werden auch von JetBlue Airways für DirecTV (geliefert von LiveTV , einer Tochtergesellschaft von JetBlue) verwendet, die Passagiere an Bord auf LCD-Bildschirmen in den Sitzen sehen können.

Radio Übertragung

Satelliten - Radio bietet Audio- Broadcast - Dienste in einigen Ländern, insbesondere in den Vereinigten Staaten. Mobile Dienste ermöglichen es den Hörern, einen Kontinent zu durchstreifen und überall das gleiche Audioprogramm zu hören.

Ein Satellitenradio oder Abonnementradio (SR) ist ein digitales Radiosignal, das von einem Kommunikationssatelliten ausgestrahlt wird, das einen viel größeren geografischen Bereich abdeckt als terrestrische Radiosignale.

Satellitenfunk bietet in einigen Ländern, insbesondere in den Vereinigten Staaten, eine sinnvolle Alternative zu bodengestützten Funkdiensten. Mobile Dienste wie SiriusXM und Worldspace ermöglichen es den Hörern, einen ganzen Kontinent zu durchstreifen und überall das gleiche Audioprogramm zu hören. Andere Dienste, wie beispielsweise Music Choice oder die über Satelliten übertragenen Inhalte von Muzak, erfordern einen ortsfesten Empfänger und eine Satellitenantenne. In allen Fällen muss die Antenne freie Sicht zu den Satelliten haben. In Bereichen, in denen hohe Gebäude, Brücken oder sogar Parkhäuser das Signal verdecken, können Repeater platziert werden, um das Signal für Hörer verfügbar zu machen.

Ursprünglich für die Übertragung an stationäre TV-Empfänger verfügbar, erschienen im Jahr 2004 beliebte mobile Direktübertragungsanwendungen mit der Ankunft zweier Satellitenradiosysteme in den Vereinigten Staaten: Sirius und XM Satellite Radio Holdings. Später fusionierten sie zum Mischkonzern SiriusXM.

Radiodienste werden normalerweise von kommerziellen Unternehmen bereitgestellt und basieren auf Abonnements. Die verschiedenen Dienste sind proprietäre Signale, die spezielle Hardware für die Dekodierung und Wiedergabe erfordern. Anbieter führen in der Regel eine Vielzahl von Nachrichten-, Wetter-, Sport- und Musikkanälen, wobei die Musikkanäle im Allgemeinen werbefrei sind.

In Gebieten mit relativ hoher Bevölkerungsdichte ist es einfacher und kostengünstiger, den Großteil der Bevölkerung mit terrestrischem Rundfunk zu erreichen. In Großbritannien und einigen anderen Ländern konzentriert sich die gegenwärtige Entwicklung von Radiodiensten daher eher auf Digital Audio Broadcasting (DAB)-Dienste oder HD-Radio als auf Satellitenradio.

Amateurfunk

Funkamateure haben Zugang zu Amateursatelliten, die speziell für den Amateurfunkverkehr entwickelt wurden. Die meisten dieser Satelliten arbeiten als weltraumgestützte Repeater und werden im Allgemeinen von Amateuren genutzt, die mit UHF- oder VHF- Funkgeräten und stark gerichteten Antennen wie Yagis- oder Parabolantennen ausgestattet sind. Aufgrund der Startkosten werden die meisten aktuellen Amateursatelliten in relativ niedrige Erdumlaufbahnen gestartet und sind dafür ausgelegt, nur eine begrenzte Anzahl von kurzen Kontakten zu einem bestimmten Zeitpunkt zu bewältigen. Einige Satelliten bieten auch Datenweiterleitungsdienste unter Verwendung von X.25 oder ähnlichen Protokollen an.

Internet Zugang

Nach den 1990er Jahren wurde die Satellitenkommunikationstechnologie verwendet, um über Breitbanddatenverbindungen mit dem Internet zu verbinden. Dies kann für Benutzer sehr nützlich sein, die sich in abgelegenen Gebieten befinden und keinen Zugang zu einer Breitbandverbindung haben oder eine hohe Verfügbarkeit von Diensten benötigen.

Militär

Kommunikationssatelliten werden für militärische Kommunikationsanwendungen wie Global Command and Control Systems verwendet . Beispiele für militärische Systeme, die Kommunikationssatelliten verwenden, sind MILSTAR , DSCS und FLTSATCOM der Vereinigten Staaten, NATO- Satelliten, britische Satelliten (zum Beispiel Skynet ) und Satelliten der ehemaligen Sowjetunion . Indien hat seine erste Militärnachrichtensatellit gestartet GSAT-7 , dessen Transponder arbeiten im UHF , F , C und K u Band Bands. Typischerweise arbeiten Militärsatelliten im UHF , SHF (auch bekannt als X-Band ) oder EHF (auch bekannt als K eine Bandfrequenzbänder).

Datensammlung

Bodennahe in-situ- Umweltüberwachungsgeräte (wie Wetterstationen , Wetterbojen und Radiosonden ) können Satelliten für die unidirektionale Datenübertragung oder die bidirektionale Telemetrie und Fernsteuerung verwenden . Es kann auf einer sekundären Nutzlast eines Wettersatelliten basieren (wie im Fall von GOES und METEOSAT und anderen im Argos-System ) oder auf dedizierten Satelliten (wie SCD ). Die Datenrate ist typischerweise viel niedriger als beim Internetzugang über Satelliten .

Siehe auch

Verweise

Anmerkungen

Zitate

Externe Links