Kommunikationssatellit

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Einleitung

Kommunikationssatellit, auch Fernmelde- oder Nachrichtensatellit, ein erdumkreisender, unbemannter künstlicher Satellit, der zur Informationsübertragung dient und eine Kommunikation über große Entfernungen ermöglicht.

Dazu reflektiert oder überträgt der Satellit Funkfrequenzsignale, die von Bodenstationen auf der Erde ausgesendet werden. Je nach Aufgabenstellung unterscheidet man zwischen Fernmeldesatelliten für die nichtöffentliche Nachrichtenübertragung (meist mit niedriger Sendeleistung) und Fernsehsatelliten mit hoher bzw. mittlerer (Medium Power) Sendeleistung.

Heutzutage befinden sich Hunderte aktiver Kommunikationssatelliten im Orbit. Sie arbeiten im Prinzip wie Relaisstationen, d. h., sie empfangen Signale von einer Bodenstation, verstärken diese und senden sie erneut in einer anderen Frequenz an eine andere Station weiter. Unter Aufwärtsübertragung (uplink) versteht man die Übertragung zum Satelliten, während mit Abwärtsübertragung (downlink) die Übertragung vom Satelliten zur Bodenstation gemeint ist. Die Bodenstationen sind an das terrestrische Verteilungsnetz angeschlossen und speisen die empfangenen Informationen in dieses Netz ein. Auf dieser Technik basiert praktisch das Kabelfernsehen. Beim direkten Empfang über Satellitenempfangsantenne stellt im Prinzip der meist private Empfänger selbst die Bodenstation dar.

Ein häufig verwendetes, 500 Megahertz breites Frequenzband ist in Wiederholungskanäle verschiedener Bandbreiten (sechs Gigahertz für Aufwärtsübertragung und vier Gigahertz für Abwärtsübertragung) aufgeteilt. Ein weiteres Band mit 14 Gigahertz (aufwärts) und elf bzw. zwölf Gigahertz (abwärts) wird ebenfalls meist von festen (unbeweglichen) Bodenstationen genutzt. Ein 80 Gigahertz breites Band bei etwa 1,5 Gigahertz (auf- und abwärts) wird von beweglichen Bodenstationen (Schiffe, Landfahrzeuge und Flugzeuge) genutzt. Solarenergiezellen, die auf großen Flügeln montiert und am Satelliten angebracht sind, liefern die für den Betrieb notwendige Energie.

Im Juli 1998 wurde erstmals ein deutscher Kommunikationssatellit unter Wasser von einem russischen Atom-U-Boot aus gestartet. Dies war der erste Unterwasserstart einer Rakete zu zivilen Zwecken.

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Geostationäre Umlaufbahn

Ein Satellit auf einer geostationären Umlaufbahn legt eine Kreisbahn über dem Äquator in einer Höhe von 35 800 Kilometern zurück. Ein Umlauf dauert 24 Stunden, also genau die Zeit, die die Erde für eine Umdrehung benötigt. Von der Erde aus gesehen scheint der Satellit stillzustehen, obwohl er sich in Richtung der Erdrotation bewegt. Nur auf diese Weise ist ein ununterbrochener Kontakt mit den Bodenstationen möglich. Der erste in einer solchen Umlaufbahn platzierte Kommunikationssatellit war Syncom 2, der von der US-amerikanischen Bundesbehörde für Luft- und Raumfahrt NASA (National Aeronautics and Space Administration) 1963 gestartet wurde. Die meisten nachfolgenden Satelliten hat man ebenfalls in geostationären Umlaufbahnen untergebracht (siehe unten).

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Geschichte und Entwicklung

Einige der ersten Kommunikationssatelliten waren so konstruiert, dass sie in einem so genannten passiven Betriebsmodus arbeiteten. Anstelle einer aktiven Übertragung von Funksignalen übernahmen sie lediglich die Reflexion von Signalen, die Übertragungsstationen auf der Erde zu ihnen hinaufsendeten. Der amerikanische Ballonsatellit Echo 1 (Start 1960) bestand aus einem aluminiumüberzogenen Plastikballon mit einem Durchmesser von 30 Metern. Der „passive” Echo 1 war der erste „Fernsehsatellit”, den man in eine Erdumlaufbahn brachte (siehe Weltraumforschung) und mit dem erstmals Fernsehsignale übertragen wurden. Die Leistungsfähigkeit der ersten Systeme blieb allerdings stark eingeschränkt, weil sie zum Betrieb noch leistungsfähigere Sender und riesige Erdantennen benötigten.

Später erkannte man, dass nur mit aktiv arbeitenden Satelliten eine effektive Informationsübertragung möglich ist. Der erste kommerzielle Fernsehsatellit Telstar 1 bot bereits im Sommer 1962 eine direkte Fernsehübertragung zwischen den Vereinigten Staaten, Europa sowie Japan und konnte außerdem mehrere hundert Tonkanäle aussenden.

Die Ausnutzung und der Einsatz von Nachrichtensatelliten auf einer gewerblichen Basis begannen mit der Gründung des Satellitenbetreibers COMSAT (Communications Satellite Corporation) 1963. Als der Satellitenbetreiber INTELSAT (International Telecommunications Satellite Organization) 1964 gebildet wurde, wurde COMSAT deren US-amerikanisches Mitglied. Der erste Nachrichtensatellit hieß Early Bird und startete 1965. Early Bird (offiziell Intelsat 1) konnte 240 Telefongespräche bzw. einen Fernsehkanal übertragen.

Während der sechziger und siebziger Jahre wuchsen die Nachrichtenkapazitäten und Sendeleistungen der folgenden Intel-Satelliten stetig an, indem die Satellitenleistung nur auf die Erde gestrahlt und das Sendespektrum in Transpondereinheiten einer bestimmten Bandbreite segmentiert wurde. So konnte beispielsweise der 1971 gestartete Intelsat 4 knapp 3 800 Telefongespräche und zwei Fernsehkanäle übertragen.

Mit der Intelsat-5-Serie (1980) resultierte die Einführung der Mehrfachstrahlarbeitsweise in zusätzlichen Kapazitätszuwächsen. Die Satellitenleistung konnte nun auf kleine Gebiete auf der Erde konzentriert werden, so dass ebenfalls kleinere und damit kostengünstigere Bodenstationen möglich wurden. Ein Intelsat-5-Satellit kann normalerweise 12 000 Tonschaltungen übertragen. Die Intelsat-6-Satelliten, die 1989 ihre Arbeit aufnahmen, können 24 000 Schaltungen übertragen und ermöglichen eine dynamische Umschaltfunktion von Telefonkapazitäten zwischen sechs Strahlen mit Hilfe einer Technik, die SS-TDMA (Satellite-Switched Time Division Multiple Access: satellitengeschalteter Zeitteilungsmehrfachzugriff) genannt wird.

Ebenfalls Anfang der sechziger Jahre startete die NASA das so genannte Syncom-Programm (Synchronous Orbit Communications Satellite, sinngemäß: Kommunikationssatellit auf synchroner Erdumlaufbahn). Nach technischen Schwierigkeiten mit Syncom 1 (Start Februar 1963) wurde Syncom 2 (Juli 1963) ersatzweise auf eine Erdumlaufbahn geschickt. Syncom 2 war der erste so genannte Synchronsatellit für den terrestrischen Fernsprechverkehr und Telekommunikation. Der dritte Vertreter dieser Reihe, Syncom 3 (August 1968), diente dem US-Verteidigungsministerium jahrelang als Fernmeldesatellit. 1978 wurde das Programm in Leasat (Leased Satellite, sinngemäß: Fadenkreuzsatellit) umbenannt. Leasat 5 (alter Name: Syncom 4) wurde 1990 von der US-Raumfähre Columbia (siehe Spaceshuttle) auf seine Mission gebracht. Leasat 5 wird überwiegend vom US-Verteidigungsministerium und anderen amerikanischen Militäreinrichtungen (z. B. Marine Corp., US Army, US Air Force) zu nachrichtendienstlichen Zwecken verwendet.

In Europa begann man Mitte der siebziger Jahre mit dem Start von Nachrichtensatelliten. Die ersten europäischen Satelliten Symphony 1 (Start: Dezember 1974) und Symphony 2 (Start: August 1975) waren eine Gemeinschaftsentwicklung zwischen Deutschland und Frankreich.

1976 beschloss die Europäische Konferenz der Verwaltungen für das Post- und Fernmeldewesen (Conference Européenne des Administrations des Postes et des Télécommunications; CEPT) das europäische Kommunikationssatellitenprogramm ECS (European Communications Satellite), um ganz Europa mit Breitbandkanälen für Fernsehen und Fernmeldedienste zu versorgen. In diesem Zusammenhang startete man zunächst die beiden Testsatelliten OTS 1 (September 1977) und OTS 2 (Mai 1978), wobei OTS 1 beim Start zerstört wurde. Im Zuge dieses Versuchsprogramms (Orbital-Test-Programm) entstand die „Ariane” von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA, European Space Agency). Mit ihr sollten die Orbitaltransporte durchgeführt werden.

1982 gründete die CEPT die Europäische Organisation für Fernmeldesatelliten (European Telecommunications Satellite Organization: EUTELSAT). Die ersten Satelliten der Baureihe I Eutelsat-I-F1 (Inbetriebnahme: Juni 1983) und Eutelsat-I-F2 (Inbetriebnahme: August 1984) waren ursprünglich nicht für die private Nutzung vorgesehen. Diese Fernmeldesatelliten übertrugen – und übertragen auch heute noch – überall dort Telefongespräche und Fernsehprogramme, wo dies mit herkömmlichen Methoden nicht möglich wäre. Die Reihe I der Eutel-Satelliten wurde bis Eutelsat-I-F5 (Inbetriebnahme: Mai 1988) fortgesetzt. Es folgte die Baureihe II mit den Satelliten Eutelsat-II-F1 bis -F2 (bis 1991).

Die Satelliten TV-Sat 1 (November 1987) und TV-Sat 2 (August 1989) waren eine deutsch-französische Gemeinschaftsproduktion (TV-Sat/TDF-1). TV-Sat 1 sollte als Zusatzangebot für ländliche Gebiete dienen, die nicht sofort in den unmittelbaren Genuss der geplanten Verkabelung Deutschlands gekommen wären. Ein technischer Defekt verhinderte zunächst das Vorhaben – ein Solarflügel entfaltete sich nicht. Als Ersatz versuchte man den im Juli 1989 gestarteten Kommunikationssatelliten DFS 1 Kopernikus zu nutzen. Allerdings erwies sich seine Sendetechnik als nicht geeignet. Mit TV-Sat 2 war es ab August 1989 möglich, vier Fernsehprogramme und zwölf digitale Radioprogramme (DSR: Digitaler Satelliten-Rundfunk) zu empfangen.

Als erfolgreichste private Konkurrenz zeigte sich das Projekt „Astra” von der in Luxemburg ansässigen Société Européenne des Satellites (SES). Das Besondere am Astra-System ist die so genannte Kopositionierung: Die einzelnen Astra-Satelliten sind untereinander nur ein paar Kilometer (etwa 140 Kilometer) voneinander entfernt. Durch die große Entfernung zur Erde (36 000 Kilometer) „schrumpft” der Abstand zwischen den Satelliten praktisch zu einem Punkt zusammen – dieser befindet sich auf der Position 19,2 Grad Ost. Dadurch ergeben sich zwei wesentliche Vorteile: 1. lässt sich das System mühelos mit einer einzigen Antenne empfangen, und 2. gelingt es mit dieser Anordnung, alle ausgestrahlten Kanäle der Astra-Satelliten auf einmal zu empfangen. Der im Dezember 1988 gestartete Astra 1A begann am 4. Februar 1989 mit der Übertragung. Ihm folgten eine ganze Anzahl weiterer Satelliten.

Siehe auch Fernsehen; Satellitenfernsehen