Starlink - Satellitenkonstellation

Die höhe der Satelitenbahnen kommt mir doch arg niedrieg vor. Warum geht man so weit runter (Xenon bekommt man auch nicht kostenlos und erhöht Nutzlast)? Nur um kürzere Singnallaufzeiten/PINGs gewährleisten zu können?

Je niedriger, desto geringer ist die abgedeckte Fläche, was bedeutet, daß diese besser von dem einzelnen Satelliten versorgt werden kann. Für die "Very Low Earth Orbit" Komponente des Satelliten-Systems mit seinen 7518 Einheiten wird pro Satellit nur noch eine Fläche mit einem Radius von 435km abgedeckt, was gut 600.000km² entspricht. Ich hab das so verstanden, daß das optimaler für höhere Bandbreiten ist, da die Zellen dann kleiner und konzentrierter sind und sich nicht beeinflussen.
Die LEO Satelliten mit 1110km Höhe decken dagegen jeweils 4,5Mio km² ab, was einem Radius von 1230km entspricht.

Ich denke der Hauptgrund für die niedrigen Bahnen ist die Latenz der Verbindung. Die Latenz ist (vor allem für Echtzeitanwendungen) neben der Bandbreite die wichtigste Größe einer Internetverbindung.

Was ist die Latenz?
Die Latenzzeit ist die Zeit die vergeht, bis ein angefragter Server antwortet. Mit anderen Worten: Mein Rechner sendet ein ICMP-Paket an den Forumrechner und dieser sendet eine Antwort an meinen Rechner zurück. Die Zeit zwischen dem Absenden der Anfrage und dem Erhalt der Antwort ist die Latenzzeit oder auch RTT genannt. Je kleiner die Latenz, desto "reaktionsfreudiger" ist die Internetverbindung. Vor allem bei VoIP, Videostreams oder Online-Games ist die Latenz sehr wichtig.


Zum Vergleich:
Mein Lokales Netz hat eine Latenz von ca. 3,5ms. Wenn also irgendein Gerät in meinem lokalen Netzwerk (z.B. mein Rechner) meinen Drucker anfrägt, ist in rund 3,5ms eine Antwort da.
Ein Ping von meinem Rechner über einen VDSL50-Anschluss der rosa Firma bis zum nächsten Google-Server und zurück benötigt schon 22ms, was für das Internet aber immer noch voll ok ist.
Ein Ping zum raumfahrer.net Server ist in rund 35ms beantwortet.
Ein Ping zu einem Rechner in Asien und zurück kann schon mal 400ms und mehr dauern.


Wenn die Sats jetzt beispielsweise rund 350km hoch fliegen, muss diese Strecke mindestens zweimal zurückgelegt werden. Signal vom Boden hoch senden, im Sat verarbeiten und wieder hinunter senden. Wenn man jetzt bedenkt, dass die Sats ja praktisch nie optimal im Zenit stehen, müssen immer mehr als die 350km zurückgelegt werden.

Ich geh jetzt einfach mal von 1000km hoch und 1000km wieder runter aus (nur als Beispiel). Das Licht legt ca. 300.000km pro Sekunde zurück. Für diese 2000km benötigt das Licht immerhin bereits 6,6ms. Dazu kommt aber noch die Verarbeitungszeit im Sat und alle Transportzeiten am Boden. Das ist nun natürlich vereinfacht, da das echte Sat-Netz ja die Signale auch von einem Sat zum Nächsten weitergeben wird. Ein "Rauf zum Sat und dann gleich wieder runter" wird es praktisch nicht geben. Es wird immer ein "Rauf zu einem Sat, weiter zum Nächsten, weiter zum Nächsten, usw. und dann irgendwann wieder runter" sein.


Mane

Ich finde das hier dieses Projekt von SpX noch nicht genügend gewürdigt wurde (selbst wenn wir jetzt schon auf Seite 10 sind)

So langsam gibt es dazu immer mehr Informationen. Es wird langsam konkret und die Verwirklichung liegt wohl in nicht mehr all zu ferner Zukunft.

Das wird GROSS! (wenn es so verwirklich wird)

Das wird den restlichen Umsatz von Space X sehr schnell übertreffen können. Und die Starts für die Konstellation werden die Mehrzahl aller Starts ausmachen.

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ich Überschlag mal kurz:

Musk sprach von Anfangsinvestitionen von 15 Mrd Euro. Lebensdauer der Satelliten 5-8 (?) Jahre.

~ 7000 Satelliten à 200-300kg (plus disperser)

Das sind ~150 Starts à 50 Millionen $ 7,5 Mrd Startkosten. (vlt etwas Optimistisch)

Wenn man dann noch 500 Mio für Entwicklung abrechnet hat man 7 Mrd für den Bau von 7000 Satelliten übrig. Also darf dann jeder dann noch 1 Mio $ kosten. (gegenüber ~ 42 Mio für einen NEXT Satelliten - aber incl start.)

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150 Starts in vlt 3 Jahren wären auch 50 Starts pro Jahr allein für diese Konstellation!.

Ja das sehe ich auch so und es wird extrem hohe Wellen schlagen wenn es losgeht und die Menschen merken was das bedeutet.
Die 15G$ sind in Anbetracht von Kosten zum Verlegen von Kabeln geradezu lächerlich klein.
Würde SpaceX hier eine Aktiengesellschaft gründen, könnte deren Wert ganz schnell unter die top10 kommen,
passieren wird das aber nicht, den SpaceX will den Gewinn ja auch zur Finanzierung der Marspläne nutzen.

~ 7000 Satelliten à 200-300kg (plus disperser)

Das wären dann so rund 20 Sats pro Start, oder? Also ca. 350 Starts um alle Sats in den Orbit zu bekommen (wenn alles optimal läuft).

Schon krass...


Mane

Bei den Konstellations für "Internet von Oben" mit dem Augenmerk auf "private" Enduser gibt es ein Wettrennen zwischen SpaceX und OneWeb (sowie ggf weitere die sich noch nicht so konkret geäussert haben (=> Google, Facebook).

Ich kann mir nicht vorstellen, das in 10-15 Jahren davon mehr als eine Konstellation Gewinn abwirft, und genau das wird in 10 Jahren der Knackpunkt sein, die Frage welches System sich durch geschickte Wahl der Geschäftsfelder finanziell durchsetzt. SpaceX startet von Anfang an mit grösseren Stückzahlen und nimmt anscheinend den deutlich grösseren Invest in die Hand. OneWeb hat bisher etwas mehr veröffentlicht aus dem sich ableiten lässt, wo OneWeb in 5 Jahren stehen will.

Die Frage was davon mehr Erfolg hat, kann man in meinen Augen heute nicht beantworten, da es auch davon abhängt, in wieweit sich die Märkte sowie Alternativen zum Internet-Von-Oben in dem Zeitraum entwickeln. Vergleiche hierzu auch die Totgeburt von Teledesic Ende der 90er (IMHO wegen dem Boom im Mobilfunk).

meine überschlagsrechnung ist auch etwas mit heißer Nadel gestrickt und ich hatte ~ 20.000 kg LEO Nutzlast der Block 5 / 200kg pro Satellit gerechnet und dann einen Abschlag abgezogen. Das dürfte allerdings trotzdem zu optimistisch sein. Wir wissen nicht wie es mit der Volumenbeschränkung aussieht, wie viel die Satelliten letztendlich wiegen, wie viel ein Dispenser wiegt, wie Masse die Struktur aushält ect.

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Und um die Kosten ins Verhältnis zu setzen: Ein kompletter Glasfaserausbau NUR in Deutschland würde rund 90 Mrd kosten.

Mit Datenkommunikation lassen sich etliche Mrd pro Jahr verdienen. Insbesondere da eine solche Satellitenkonstellation auch ganz verschiedene Nutzer ansprechen könnte - vom Bauern/Dorf in der 3. Welt bis hin zum High Frequency Trading der großen Banken.

Zumindest die Masse der 4425 Satelliten ist laut FCC-Antrag mit 386 kg recht genau bekannt.
Die 7518 zusätzlichen Satelliten des neuen FCC-Antrags weisen überhaupt keine Erwähnung der Masse auf. Darf man da von gleicher Größe ausgehen?

Sehr interessant fand ich, was da zum Wiedereintritt genau steht:

After the mission is complete, or all propellant is consumed, the spacecraft will turn off its ion thruster, and be reoriented to maximize the vehicle’s total cross-sectional area. The spacecraft will also passivate itself by de-spinning reaction wheels, drawing batteries down to a safe level and powering down. Due to the VLEO Constellation’s very low altitude at the edge of the atmosphere, re-entry after end-of-life is anticipated within a matter of weeks

Nach Ablauf der Lebensdauer (übrigens ca. 5-7 Jahre) wird der Ionenantrieb deaktiviert, der Satellit neu ausgerichtet (zur Erhöhung des Atmosphärenwiderstands) und man erwartet innerhalb weniger Wochen einen Wiedereintritt.

Für die 4425 LEO-Satelliten gilt dann:

SpaceX anticipates that its LEO Constellation satellites will reenter the Earth’s atmosphere within approximately one year after completion of their mission – much sooner than the international standard of 25 years. After the mission is complete, the spacecraft (regardless of operational altitude) will be moved to a 1,075 km circular orbit in its operational inclination, then gradually lowered until the propellant is exhausted, achieving a perigee of at most 300 km[. After all propellant is consumed, the spacecraft will be reoriented to maximize the vehicle’s total crosssectional area, a configuration also stable in the direction of aerodynamic drag.

Man verwendet also den restlichen Treibstoff des Ionenantriebs noch zum Absenken des Orbits auf VLEO-Niveau und geht dann analog wie bei der VLEO-Konstellation vor. Dauer des Vorgangs: ca. 1 Jahr

Hallo,

Man verwendet also den restlichen Treibstoff des Ionenantriebs noch zum Absenken des Orbits auf VLEO-Niveau und geht dann analog wie bei der VLEO-Konstellation vor. Dauer des Vorgangs: ca. 1 Jahr

Hört sich gut an, aber der Pessimist in mir sagt, dass wenn ~10.000 Satelliten dieser Größe ~5 Jahre operieren, heißt das doch, dass jedes Jahr ~2k davon abgesengt werden und dann ohne aktive Steuerung abbremsen (was durch Aerodynamik auch nicht immer exakt gleich sein kann). Damit sind nach einer Initialphase ständig 2000 nicht aktiv operierende Objekte auf dem Weg nach unten wenn davon zwei zusammen stoßen, reicht das für einen Ketteneffekt, der den Orbit echt versaut.

Also der Realist in mir sieht selbst bei 99% Zuverlässigkeit eines Satelliten dieser oder einer anderen geplanten LEO-Konstellation auf die Gesamtsumme hochgerechnet beängstigenden Spielraum für technische Defekte und unerwartete Ereignisse. 
Die schiere Anzahl an Satelliten müsste zudem die Kollisionswahrscheinlichkeit mit nicht getrackten, da zu kleinen Müllteilchen erhöhen. Da gab es ja bereits durchaus dokumentierte Vorfälle in der Vergangenheit.

Damit sind nach einer Initialphase ständig 2000 nicht aktiv operierende Objekte auf dem Weg nach unten wenn davon zwei zusammen stoßen, reicht das für einen Ketteneffekt, der den Orbit echt versaut.

Nein, tut es in dem Orbit nicht.

Nein, sie werden aller Wahrscheinlichkeit in diesem einen Jahr nicht begegnen (dann begegnen sie eher noch einem anderen der Zehntausenden Müllteilchen.)

wenn davon zwei zusammen stoßen, reicht das für einen Ketteneffekt, der den Orbit echt versaut.

Wie soll das denn gehen? Die Satelliten haben ja einen Abstand von 100 bis 300 km zueinander.

Der Bremsvorgang dauert dann ein Jahr. Wenn das nur jeder 5. Satellit ist, ist der Abstand  zum nächsten Satelliten aber schon 500 bis 1500 Kilometer groß. Außerdem ist während dieses Jahres die Position bekannt. Außerdem wird man mit dem Satelliten kommunizieren können. Man wird ihn sicher auch noch ein wenig aktiv steuern können. Also bei 1.000 Kilometern Abstand warum sollt hier eine Gefahr bestehen?

Wenn dann die letzte Phase beginnt, welche eine Woche dauern wird, dann gibt es keine Kommunikation mehr. Aber ein Jahr hat 50 Wochen, man kann also 50 Satelliten nacheinander runter gehen lassen, was den Abstand bis zum nächsten Satelliten ja nochmal vergrößert.

Zu guter letzt bewegen sich zwei Satelliten, welche sich gegenseitig verfolgen ja auf der selben Bahn mit der selben Geschwindigkeit. Wenn davon jetzt einer etwas schneller fliegt, dann ist die Aufprallgeschwindigkeit aber trotzdem sehr gering im Verhältnis zur Fluggeschwindigkeit. Selbst, wenn die sich jetzt treffen würden, dann sind alle Trümmer in einem Bereich, wo sie eine Woche brauchen bis zum Verglühen. Also auch hier ist keine wirkliche Gefahr.

Ich glaube, solche Kettenefekte sind in dem Orbit absolut unmöglich. Sie könnten zwar möglich sein in anderen Orbits, aber nicht in dem...

Na ja, zu sagen, dass es (absolut) unmöglich ist, kann man in der Technik / Natur / Wissenschaft fast nie sagen. Absolutheiten sind extrem selten in der Realität.

Und wenn man sich mal die Müllprobleme im Orbit anschaut, dann ist es ja nicht nur das Problem, was passiert, wenn zwei Satelliten der Konstellation ineinander geraten. Sondern es dürfte auch Probleme geben durch andere herumfliegende Trümmer  (Raketenoberstufen, tote Satelliten, Meteoriten, usw.) oder auch die Problematik, was passiert, wenn ein Satellit mal spinnt? Reicht ja aus, dass ein Satellit 180° in die falsche Richtung navigieren will (die Proton lässt grüßen) und damit ungewollt in den Nachfolger rauscht. Und Fehler im Bau, in der Software, durch externe Verursacher, Ereignisse an die man nie gedacht hat, Überschreitung von Parametern, etc. sind normal. Man kann sie minimieren, man kann ihre Auswirkung minimieren, Redundanzien erstellen, aber es passiert halt doch irgendwann. Plus bei Satelliten kommt das Problem hinzu, dass man das Objekt in seienr späteren Arbeitsumgebung schlecht testen kann. Gut man hat Erfahungswerte
Die von Doc Hoshi erwähnten 99% Zuverlässigkeit wären schon ein sehr guter Wert, v.a. wenn man bedenkt, dass man mit der Massenherstellung von Satelliten bislang eher wenig Erfahrung hat.       

Bis 2025 sollen in Deutschland 100 Milliarden Euro in den Internetausbau gesteckt werden. Dagegen sind die Kosten für einen weltweiten Internetzugang über Satelliten doch sehr überschaubar .

Reicht ja aus, dass ein Satellit 180° in die falsche Richtung navigieren will (die Proton lässt grüßen) und damit ungewollt in den Nachfolger rauscht.

Nein, dass reicht nicht aus. Denn durch Geschwindigkeitsänderung erzeugt man in der Orbitalmechanik auch immer eine Höhenänderung.

Diese Orbits sind keine Autobahnen, auf denen man ganz genau auf einer Höhe Fliegt - und umdrehen kann.

Ein Artikel von Technology.org
http://www.technology.org/2017/03/07/google-spacex-are-planning-the-biggest-space-project-ever/

Patente sind auch schon eingereicht von Google für des Satelliten-Internet: US20170005719 A1
Die Satelliten-Gruppen sind laut Patent auf verschiedenen Inklinationen unterwegs.
75% der Erde werden somit abgedeckt.
Verbindungen von einer Bodenstation zu einer anderen Bodenstation werden über Satelliten realisiert.
Der Endnutzer wird dann über WebPass per W-LAN angebunden.

Was das Thema Latenz betrifft, man bedenke, die Signallaufzeit ist in einem Kupfer oder Glasfaserkabel wesentlich länger als per "Lichtgeschwindigkeit" (Funk).
http://www.ga-weissenstein.ch/fileadmin/gaw/News/Lichtgeschwindigkeit_ist_nicht_gleich_Signalgeschwindigkeit_01.pdf

Die Banken werden sich sicher schon die Hände reiben um noch schnellere Hypertrades abwickeln zu können.
Ich denke für Flugzeuge und Schiffe wird es sicher auch Empfänger geben werden.

Gruß
Marcus

Teilweise falsch.

Heutzutage wird zumeist nur noch 'die letzte meile' per Kupferkabel überbrückt. Alles andere sind Glasfaserkabel.
Und da in glasfaser licht läuft liegt hier per definition die Lichtgeschwindigkeit vor

Aber eben die Lichtgeschwindigkeit in einem Medium und nicht die Vakuumlichtgeschwindigkeit - was eben rund 25% langsamer ist.

Und da in glasfaser licht läuft liegt hier per definition die Lichtgeschwindigkeit vor
Aber eben die Lichtgeschwindigkeit in einem Medium und nicht die Vakuumlichtgeschwindigkeit - was eben rund 25% langsamer ist.

"Einfach ausgedrückt: Durch die Tatsache, dass sich das Licht nicht gerade durchs Glasfaserkabel
bewegt, verlängert sich der Weg und die Geschwindigkeit des Signals insgesamt nimmt ab. Material, Temperatur und die Signalumsetzung haben ebenso Einfluß  auf die Geschwindigkeit"
http://www.ga-weissenstein.ch/fileadmin/gaw/News/Lichtgeschwindigkeit_ist_nicht_gleich_Signalgeschwindigkeit_01.pdf

So habe ich das verstanden. Ich spreche deswegen extra von der Signallaufzeit. Oder denken wir beide aneinander vorbei?

Das mit der Lichtgeschwindigkeit und der Signalgeschwindigkeit ist schon alles richtig. Trotzdem bin ich sehr sehr skeptisch, dass ein Satelliten-Internet geringere Latenzen erreichen kann als ein kabelgebundenes System. Auch wenn theoretisch die Informationen von einem Sat zum Nächsten mit der Vakuumlichtgeschwindigkeit übertragen ist, müssen die Daten trotzdem in jedem Sat empfangen, verarbeitet und weitertransportiert werden. Bei der geplanten Menge an Sats sind so sehr viele Hops nötig um von einem Kontinent zum Anderen zu kommen. Auch wenns pro Sat nur ein paar Millisekunden sind, summiert sich das auf.

Ich fände es schon absolut bemerkenswert und auch vollkommen ok, wenn die Latenz am Ende auf dem Level der Kabelgebundenen ist.

Mane

Bei so vielen Satelliten muss man dann aber nicht gleich den Nächsten nehmen sondern kann an drei vier anderen Satelliten vorbeifunken.

Ich schätz mal dass auf kurze Entfernungen kabelgebundene Kommunikation immer noch schneller sein wird aber spätestens bei Kontinentüberspannender Kommunikation die Sat-Übertragung seine vorteile ausspielen wird.

Bei so vielen Satelliten muss man dann aber nicht gleich den Nächsten nehmen sondern kann an drei vier anderen Satelliten vorbeifunken.

Ja, was aber ein entsprechend aufwendiges Routing (und damit meine ich nicht nur das IP-Routing) notwendig macht.

Wenn (zumindest theoretisch) alle Sats mit Sichtverbindung auch direkt kommunizieren können sollen, ist die Permutiationsrate beliebig komplex. Und es ändert sich auch ständig alles, da ja die Relativpositionen der Sats (zumindest die die nicht auf einer Bahnebene liegen) sich ständig ändern.

Ich denke wir können das Latenz-Thema nicht abschließend klären. Wir werden es (hoffentlich) eines Tages testen können. 


Mane

Wie sieht es eigentlich mit der Datenmenge aus, die so ein Satellitennetzwerk im Vergleich zu einem Glasfasernetz verarbeiten kann? Müsste man in der Hinsicht bei Glasfaser überlegen? Immerhin sind heutige GEO-Comsats zwar in der Lage, einen Terabit-Durchfluss anzubieten, aber wenn die Endkunden das ausnutzen, um Netflix in UHD zu schauen, dann dürfte die verfügbare Bandbreite eines solchen (im Vergleich zu den Konstellations-Satelliten weitaus schwereren) Satellits bereits mit 20.000 Kunden ausgelastet sein...
Natürlich ist mir klar, dass jeder einzelne Satellit in einer Konstellation nur die Endbenutzer versorgen muss, die sich direkt in seiner Reichweite (also im Prinzip unter ihm) befinden (und allein wegen der geringen Höhe versorgt er ja logischerweise einen weitaus geringere Anzahl an Kunden, respektive Fläche im Vergleich zu einem GEO-Sat), aber wie sieht es mit der Weiterleitung von Satellit zu Satellit aus, müssten sich da nicht Nadelöhre (oder stark frequentierte "Strecken") ergeben, da die eingehenden Signale von zahlreichen Satelliten über die gleiche Kette (z.B. über den Ozean) bis zur gewünschten Bodenstation gelangen? Zumal in der Nähe von großen Serverfarmen (Amazon Web Services, die hosten u.a. Netflix...) die Satellitenabdeckung nicht automatisch besser ist, trotzdem muss dort wahrscheinlich eine weit größere Menge ein-und ausgehender Daten versandt werden...
Ich habe mir hier einfach mal ein paar Punkte laienhaft zusammengereimt, wo liege ich falsch?

Wie sieht es eigentlich mit der Datenmenge aus, die so ein Satellitennetzwerk im Vergleich zu einem Glasfasernetz verarbeiten kann? Müsste man in der Hinsicht bei Glasfaser überlegen?

Ein FTTH Glasfasernetz ist heute und auch in Zukunft unschlagbar, was die Bandbreite und die Latenz betrifft. Limitierende Faktoren sind (wie auch bei den Sats) die Netzknotenpunkte und wie gut diese ausgebaut sind. Bei der rosa Firma bekommt man deshalb standardmäßig "nur" 200Mbit/s via FTTH Anschluss obwohl die Glasfaser an sich viel viel mehr Daten übertragen könnte. Der Rekord liegt aktuell bei 255 TBits/s, vielleicht auch schon mehr. Bin nicht mehr auf dem Laufenden. Klar, sowas bekommt man nicht mit ner Fritzbox für 100 Euro hin, aber es zeigt die Leistungsfähigkeit von Glasfaserkabeln. Deshalb ist ein Glasfasernetz im Vergleich zu einem Kupferkabel-Netz um so viel Zukunftssicherer, da es nur durch das Tauschen der Technik an den Enden einfach upgegradet werden kann.

Bei Sats kommt als limitierender Faktor neben den Knoten auch noch die zur Verfügung stehende Bandbreite der Funkfrequenzen dazu.

...aber wie sieht es mit der Weiterleitung von Satellit zu Satellit aus, müssten sich da nicht Nadelöhre (oder stark frequentierte "Strecken") ergeben, da die eingehenden Signale von zahlreichen Satelliten über die gleiche Kette (z.B. über den Ozean) bis zur gewünschten Bodenstation gelangen?

Das kommt darauf an wie die Sat-zu-Sat Kommunikation designt ist. Sollte jeder Sat mit jedem anderen Sat in Sichtverbindung direkt kommunizieren können, gibt es wahrscheinlich keine Flaschenhälse bei hoch frequentieren Strecken, da ja viele verschiedene Strecken zum gleichen Ziel führen und so die Datenströme gleichmäßig über das Sat-Netz verteilt werden kann. Das bedingt dann aber, dass jeder Sat mit jedem Sat in Sichtverbindung breitbandig sprechen kann. Sprich: Es verbraucht enorme Bandbreiten an Funkfrequenzen. Ich glaub dazu sind aktuell noch keine Details bekannt. Meines Erachtens kommt man um Richtfunk- oder Laser-Techniken nicht rum, um die Sats untereinander zu verlinken.


Mane

Wenn zwei oder auch mehr Firmen globales Internet aus der Umlaufbahn versprechen, läuft das de facto nicht auf eine Privatisierung der anvisierten Orbits hinaus ? Wie sieht es dann aus mit anderen Diensten aus dem All? werden die nicht gestört durch solch erdnahe dauersender? Ich hab die "grüne Truppe" in Sichtweite und obwohl ja alles abgesichert ist stören sie doch ab und an recht heftig.