Satellitenkonstellation - Satellite constellation

Die GPS- Konstellation fordert eine gleichmäßige Verteilung von 24 Satelliten auf sechs Orbitalebenen . Beachten Sie, wie sich die Anzahl der Satelliten in Sichtweite von einem bestimmten Punkt auf der Erdoberfläche, in diesem Beispiel bei 40°N, mit der Zeit ändert.

Eine Satellitenkonstellation ist eine Gruppe künstlicher Satelliten, die als System zusammenarbeiten. Im Gegensatz zu einem einzelnen Satelliten kann eine Konstellation eine permanente globale oder nahezu globale Abdeckung bieten , sodass zu jeder Zeit überall auf der Erde mindestens ein Satellit sichtbar ist. Satelliten werden normalerweise in Sätzen komplementärer Orbitalebenen platziert und sind mit global verteilten Bodenstationen verbunden . Sie können auch die Kommunikation zwischen Satelliten verwenden .

Andere Satellitengruppen

Satellitenkonstellationen sollten nicht verwechselt werden mit:

• Satellitencluster , das sind Gruppen von Satelliten, die sich auf fast identischen Umlaufbahnen sehr nahe beieinander bewegen (siehe Satellitenformationsfliegen );
• Satellitenserien oder Satellitenprogramme (wie Landsat ), die Generationen von Satelliten sind, die nacheinander gestartet werden;
• Satellitenflotten , das sind Gruppen von Satelliten desselben Herstellers oder Betreibers, die unabhängig voneinander (nicht als System) funktionieren.

Überblick

Über dem Very Large Telescope ist eine helle künstliche Satellitenfackel zu sehen . Satellitenkonstellationen könnten einen Einfluss auf die bodengebundene Astronomie haben.

Satelliten in mittlerer Erdumlaufbahn (MEO) und niedriger Erdumlaufbahn (LEO) werden häufig in Satellitenkonstellationen eingesetzt, da der von einem einzelnen Satelliten bereitgestellte Abdeckungsbereich nur einen kleinen Bereich abdeckt, der sich bewegt, wenn sich der Satellit mit der hohen Winkelgeschwindigkeit bewegt, die erforderlich ist, um aufrechtzuerhalten seine Umlaufbahn . Viele MEO- oder LEO-Satelliten werden benötigt, um eine kontinuierliche Abdeckung eines Gebiets aufrechtzuerhalten. Dies steht im Gegensatz zu geostationären Satelliten, bei denen ein einzelner Satellit in einer viel höheren Höhe und sich mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie die Rotation der Erdoberfläche bewegt, eine dauerhafte Abdeckung über ein großes Gebiet bietet.

Für einige Anwendungen, insbesondere die digitale Konnektivität, bietet die niedrigere Höhe von MEO- und LEO-Satellitenkonstellationen Vorteile gegenüber einem geostationären Satelliten mit geringeren Pfadverlusten (Verringern von Leistungsanforderungen und Kosten) und Latenz. Die Ausbreitungsverzögerung für eine Internetprotokoll- Round-Trip- Übertragung über einen geostationären Satelliten kann über 600  ms betragen, jedoch nur 125  ms für einen MEO-Satelliten oder 30  ms für ein LEO-System betragen.

Beispiele für Satellitenkonstellationen sind das Global Positioning System (GPS), die Konstellationen Galileo und GLONASS für Navigation und Geodäsie in MEO, die Satellitentelefondienste Iridium und Globalstar und der Messaging-Dienst Orbcomm in LEO, die Disaster Monitoring Constellation und RapidEye für die Fernerkundung in der Sonne. synchrone LEO-, russische Molniya- und Tundra-Kommunikationskonstellationen in hoch elliptischer Umlaufbahn und Satelliten-Breitbandkonstellationen, im Bau von Starlink und OneWeb in LEO und betriebsbereit von O3b in MEO.

Entwurf

Wanderer-Konstellation

Es gibt eine große Anzahl von Konstellationen, die eine bestimmte Mission erfüllen können. Normalerweise werden Konstellationen so entworfen, dass die Satelliten ähnliche Umlaufbahnen, Exzentrizität und Neigung haben, so dass alle Störungen jeden Satelliten ungefähr gleich beeinflussen. Auf diese Weise kann die Geometrie ohne übermäßige Stationshaltung beibehalten werden, wodurch der Treibstoffverbrauch reduziert und somit die Lebensdauer der Satelliten erhöht wird. Eine weitere Überlegung ist, dass die Phasenlage jedes Satelliten in einer Umlaufbahnebene einen ausreichenden Abstand beibehält, um Kollisionen oder Störungen an den Schnittpunkten der Umlaufbahnebene zu vermeiden. Kreisbahnen sind beliebt, weil sich der Satellit dann in einer konstanten Höhe befindet und ein Signal mit konstanter Stärke für die Kommunikation benötigt.

Eine Klasse von Kreisbahngeometrien, die populär geworden ist, ist die Konstellation des Walker-Delta-Musters. Dies hat eine zugehörige Notation, um es zu beschreiben, die von John Walker vorgeschlagen wurde. Seine Notation ist:

ich: t/p/f

wo:

• i ist die Neigung;
• t die Gesamtzahl der Satelliten ist;
• p die Anzahl der gleich beabstandeten Ebenen ist; und
• f ist der relative Abstand zwischen Satelliten in benachbarten Ebenen. Die Änderung der wahren Anomalie (in Grad) für äquivalente Satelliten in benachbarten Ebenen beträgt f × 360 / t .

Das Galileo-Navigationssystem ist beispielsweise eine Walker Delta 56°:  24 / 3/1-Konstellation. Dies bedeutet, dass es 24 Satelliten in 3 Ebenen gibt, die um 56 Grad geneigt sind und die 360 ​​Grad um den Äquator überspannen . Die "1" definiert die Phasenlage zwischen den Ebenen und wie sie beabstandet sind. Das Walker-Delta ist auch als Ballard-Rosette bekannt, nach AH Ballards ähnlichen früheren Arbeiten. Die Notation von Ballard ist (t,p,m), wobei m ein Vielfaches des gebrochenen Versatzes zwischen den Ebenen ist.

Ein weiterer beliebter Konstellationstyp ist der nahe polare Walker Star, der von Iridium verwendet wird . Hier befinden sich die Satelliten auf einer nahezu polaren Kreisbahn über etwa 180 Grad und bewegen sich auf der einen Seite der Erde nach Norden und auf der anderen nach Süden. Die aktiven Satelliten in der vollen Iridium-Konstellation bilden einen Walker Star von 86,4°:  66/6/2, dh die Phasenlage wiederholt sich alle zwei Ebenen. Walker verwendet eine ähnliche Notation für Sterne und Deltas, was verwirrend sein kann.

Diese Kreisbahnen mit konstanter Höhe werden manchmal als Orbitalschalen bezeichnet .

Liste der Satellitenkonstellationen

Navigationssatellitenkonstellationen

Konstellationen von Kommunikationssatelliten

Rundfunk

• Sirius Satellitenradio
• XM Satellitenradio
• Sonstiges
• Molnija (eingestellt)

Überwachung

• Turm (AIS, ADS-B)
• Iridium (AIS, ADS-B)
• Hiber Global (IoT)
• TDRSS

Zwei-Wege-Kommunikation

Einige Systeme wurden vorgeschlagen, aber nie realisiert:

Andere Systeme werden vorgeschlagen oder werden derzeit entwickelt:

Fortschritt

• Boeing Satellite überträgt die Anwendung an OneWeb
• LeoSat hat 2019 komplett geschlossen
• Die OneWeb-Konstellation hatte im Februar 2019 6 Pilotsatelliten , 74 Satelliten wurden am 21. März 2020 gestartet, aber am 27. März 2020 Insolvenz angemeldet
• Starlink : erste Mission ( Starlink 0 ) gestartet am 24. Mai 2019; 955 Satelliten gestartet, 51 aus der Umlaufbahn entfernt, 904 im Orbit (Stand 25. November 2020); Öffentlicher Betatest im eingeschränkten Breitenbereich gestartet im November 2020
• O3b mPOWER : Start der ersten 3 Satelliten im dritten Quartal 2021; 8 weitere in 2022-2024
• Telesat LEO: zwei Prototypen: Markteinführung 2018
• CASIC Hongyun : Prototyp im Dezember 2018 eingeführt
• CASC Hongyan- Prototyp, der im Dezember 2018 eingeführt wurde, könnte mit Hongyun fusioniert werden
• Projekt Kuiper : FCC-Anmeldung im Juli 2019

Konstellationen von Erdbeobachtungssatelliten

• RADARSAT-Konstellation
• Planet Labs
• Plejaden 1A und 1B
• RapidEye
• Konstellation zur Katastrophenüberwachung
• Ein Zug
• SPOT 6 und SPOT 7
• Turm

Siehe auch

• Satelliten-Internet-Konstellation
• Lichtverschmutzung
• Arten der geozentrischen Umlaufbahn

Anmerkungen

Verweise

Externe Links

Simulationstools für Satellitenkonstellationen:

• AVM Dynamics Satellite Constellation Modeler
• SaVi-Satellitenkonstellationsvisualisierung
• Transfinite Visualyse Professional

Mehr Informationen:

• Internetworking mit Satellitenkonstellationen - eine Doktorarbeit (2001)
• Lloyd's-Satellitenkonstellationen - zuletzt aktualisiert am 20. Juli 2011
• Untersuchung und Analyse der polaren niedrigen Erdumlaufbahn-Konstellation-IEEE