Hallo Zusammen,
mit einer vier Satelliten - Konstellationen könnte das weltweite Internet bereitgestellt werden.
Seit den 1980er Jahren ist es bekannt, dass eine kontinuierliche weltweite Abdeckung mit einer Konstellation von nur
vier Satelliten möglich ist, wenn man sich mit einer Verbindung zufrieden gibt, die in den höheren Höhen eine Stufe unter der Geschwindigkeit von Spielern liegt (etwa eine halbe Sekunde Verzögerung).
HughesNet und ViaSat, die weltweit größten Satelliten-Internetanbieter, die auf diesen Umlaufbahnen operieren, bieten jedoch keine annähernd weltweite Abdeckung an. Andere Satellitennetze, die Fernerkundungs- und Navigationsdienste anbieten, sind ebenfalls weit von diesem Standard entfernt.
Das große Hindernis sind die Kosten. Mehrere Faktoren beeinträchtigen die Umlaufbahn eines Satelliten. Dazu gehören der natürliche Luftwiderstand, Störungen in der Gravitation der Erde, die störende Anziehungskraft von Sonne und Mond, sowie der durch Sonneneinstrahlung verursachte Druck. Um diesen Problemen entgegenzuwirken, benötigt man eine große Menge Treibstoff auf dem Satelliten, um seine Umlaufbahn konstant zu stabilisieren. Diese Menge verdoppelt normalerweise die Masse des Satelliten.
Eine neue Studie, die von Ingenieuren der
Aerospace Corporation durchgeführt und in
Nature Communications veröffentlicht wurde, schlägt einen kontraintuitiven Ansatz vor, der diese abbauenden Kräfte in solche umwandelt, die tatsächlich dazu beitragen, diese Satelliten in der Umlaufbahn zu halten. Wenn es funktionieren würde, könnten nur vier Satelliten eine kontinuierliche globale Abdeckung für einen Bruchteil der Kosten bieten.
Gegenwärtig sind die Umlaufbahnen der Satelliten elliptisch, und Kräfte von Sonne und Mond erzeugen Instabilitäten, die die Konstellation mit der Zeit aufbrechen.
Patrick Reed von der
Cornell University und seine Kollegen wollten die Umlaufbahnen kreisförmiger machen und die Satelliten mit weniger Vortriebsmanövern und geringerem Treibstoffbedarf auskommen lassen. Damit sollen die Satelliten immer noch eine nahezu weltweite Abdeckung bieten.
Das Team führte Simulationen durch, in denen untersucht wurde, welche Arten von Umlaufbahnkonfigurationen abbauende Kräfte am besten in Kräfte umwandeln können, die tatsächlich eine stabile, kreisförmige Umlaufbahn fördern. Die Fälle, in denen beispielsweise die Gravitation der Sonne normalerweise die Konstellation zerbrechen würde, könnten die Konstellation nun zusammenbinden.
Die Simulationen wurden für Konstellationen mit
vier Satelliten durchgeführt, die mindestens 6.000 Tage (16,4 Jahre im Orbit) benötigen würden.
Nach der Analyse der Simulationen mit dem
Supercomputer Blue Waters an der
Universität von Illinois in Urbana-Champaign fand das Team zwei Modelle, die funktionieren könnten. In einem Fall schafft die Konstellation eine Umlaufbahn innerhalb von 24 Stunden in einer Höhe von 22.000 Meilen und erreicht eine kontinuierliche Abdeckung für ungefähr 86% der Erdkugel. Das andere Modell arbeitet in 48 Stunden in einer Höhe von 42.000 Meilen und deckt 95% der Erdkugel ab. In Gebieten, in denen es zu Ausfällen kam, gab es nicht mehr als 80 Minuten Ausfallzeit pro Tag.
In diesen Systemen würden die Satelliten mit einem Gewicht von jeweils etwa 1,2 Tonnen über den gesamten Zeitraum von 6.000 Tagen etwa 60% weniger Treibmittel benötigen, als wenn sie in konventionellen Konfigurationen umkreisen würden, wodurch möglicherweise ihre Masse um mehr als die Hälfte verringert und es wäre erheblich einfacher, die Satelliten zu bauen und zu starten. Damit könnte auch mehr Platz geschaffen werden, um bessere Instrumenten- und Stromversorgungssysteme zu installieren (Satelliten in großer Höhe benötigen mehr Strom, um Signale zur Erde zurückzusenden).
Die Studie war von dem Wunsch motiviert, kleinere Länder oder Unternehmen Konstellationen betreiben zu lassen, die eine nahezu kontinuierliche Berichterstattung ermöglichen. Das Argument besagt, dass es für diese Gruppen bei geringeren Kosten einfacher sein würde, nur wenige Satelliten in einer höheren Umlaufbahn zu bauen, zu starten, zu betreiben und zu verfolgen, verglichen mit einer weitläufigen Konstellation von tausenden Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn. Die Kapital- und Betriebskosten eines LEO-Satellitensystems drei- bis fünfmal höher sind als die eines Höhensystems mit der gleichen Kapazität.
Astronomen und Weltraummüll-Experten, die sich über die negativen Auswirkungen von Projekten großer Konstellationen Sorgen machen, werden das Konzept vielleicht auch zu schätzen wissen.
Anton Dolgopolov, ein leitender Analyst des Analytik- und Ingenieurbüros
Bryce Space und Technology, weist darauf hin, dass LEO-Systeme immer noch einige wichtige Vorteile bieten. Beispielsweise ist es einfacher, die Abdeckung für Gebiete in der Nähe der Pole sicher zu stellen. Und LEO-Satelliten können viel schneller desorbiert und ersetzt werden.
So könnten die neuen Modelle sind nur theoretische Möglichkeiten bleiben, so interessant sie auch sein mögen. In der realen Welt können technische und wirtschaftliche Hindernisse die Hoffnung auf eine einfache Lösung vergebens werden lassen.
Quellen:
https://www.technologyreview.com/s/615065/heres-how-just-four-satellites-could-provide-worldwide-internet/?utm_source=digghttps://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/3.20047https://www.nature.com/articles/s41467-019-13865-0https://bluewaters.ncsa.illinois.edu/aboutBeste Grüße
Gertrud
