Erklärt: Weltraum Internet verstehen

SpaceX hat letzte Woche 60 Satelliten in die Umlaufbahn geschossen und wird dies so lange tun, bis eine Konstellation von 12.000 Personen vorhanden ist. In zwei Jahren hofft es, überall auf der Erde ununterbrochenes und kostengünstiges Internet bereitzustellen.

SpaceX Falcon 9-Rakete mit 60 Mini-Satelliten startete am 11. November (AP Photo)

DerSpaceX, das weltweit führende private Unternehmen in der Weltraumtechnologie, feuerte letzte Woche einen Sprühstoß von 60 Satelliten in die Umlaufbahn ab, die erste einsatzfähige Charge dessen, was sich schließlich zu einer Konstellation von fast 12.000 Satelliten entwickeln soll, die darauf abzielen, kostengünstige und zuverlässige Weltraum- basierten Internetdiensten für die Welt. Das Starlink-Netzwerk, wie das Projekt genannt wird, ist eine von mehreren laufenden Bemühungen, Datensignale aus dem Weltraum zu übertragen, und auch die ehrgeizigste.

Die erste Charge von Starlink-Satelliten – ebenfalls mit 60 und einer ähnlichen Konfiguration wie die am 11. November gestarteten – ging am 24. Mai hoch, aber sie werden nicht Teil des Netzwerks sein. SpaceX kündigte die Satelliten-Internet-Konstellation im Januar 2015 an und startete im Februar 2018 zwei Testsatelliten. Nach dem Start in der vergangenen Woche hat das Unternehmen nun 122 Satelliten im Orbit stationiert.

Im Oktober schien SpaceX bereit zu sein, seine Ambitionen zu steigern, und teilte der International Telecommunication Union (ITU) in Einreichungen durch die Federal Communications Commission (FCC) der Vereinigten Staaten mit, dass es beabsichtigt, in Kürze weitere 30.000 Starlink-Satelliten in der niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) einzusetzen Jahre.

Die ITU ist die Sonderorganisation der Vereinten Nationen für Informations- und Kommunikationstechnologien, der 193 Mitgliedsstaaten, rund 900 Unternehmen, Universitäten sowie internationale und regionale Organisationen angehören. Die FCC ist die gesetzliche Regulierungsbehörde für die Kommunikation der USA.

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Warum ist es notwendig, Satelliten zu starten, um Internetdienste bereitzustellen?

Damit soll vor allem sichergestellt werden, dass zuverlässige und unterbrechungsfreie Internetdienste – die heute Teil der grundlegenden Infrastruktur der Menschheit und ein wichtiges Mittel zur Bereitstellung einer breiten Palette öffentlicher Dienste für die Völker der Welt sind – überall auf der Welt verfügbar sind.

Derzeit haben etwa 4 Milliarden Menschen, mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung, keinen Zugang zu zuverlässigen Internetnetzen. Und das liegt daran, dass die herkömmlichen Wege zur Bereitstellung des Internets – Glasfaserkabel oder drahtlose Netzwerke – es nicht überall auf der Erde bringen können. In vielen abgelegenen Gebieten oder an Orten mit schwierigem Gelände ist das Aufstellen von Kabeln oder Mobilfunkmasten nicht möglich oder sinnvoll.

Signale von Satelliten im Weltraum können dieses Hindernis leicht überwinden.

Wie alt ist diese Idee des Weltraum-Internets?

Weltraumbasierte Internetsysteme sind zwar schon seit mehreren Jahren im Einsatz – allerdings nur für wenige Nutzer. Außerdem verwenden die meisten der bestehenden Systeme Satelliten in einer geostationären Umlaufbahn. Diese Umlaufbahn befindet sich in einer Höhe von 35.786 km über der Erdoberfläche, direkt über dem Äquator. Satelliten in dieser Umlaufbahn bewegen sich mit Geschwindigkeiten von etwa 11.000 km pro Stunde und vollziehen eine Erdumdrehung in der gleichen Zeit, in der sich die Erde einmal um ihre Achse dreht. Für den Beobachter am Boden erscheint daher ein Satellit in einer geostationären Umlaufbahn stationär.

Wie wird es also helfen, Satelliten in niedrigere Umlaufbahnen zu platzieren?

Ein großer Vorteil der Ausstrahlung von Signalen aus einer geostationären Umlaufbahn besteht darin, dass der Satellit einen sehr großen Teil der Erde abdecken kann. Signale von einem Satelliten können ungefähr ein Drittel des Planeten abdecken – und drei bis vier Satelliten würden ausreichen, um die gesamte Erde abzudecken. Da sie stationär erscheinen, ist es außerdem einfacher, eine Verknüpfung zu ihnen herzustellen.

Satelliten im geostationären Orbit haben aber auch einen großen Nachteil. Im Internet dreht sich alles um die Übertragung von Daten in (fast) Echtzeit. Es gibt jedoch eine Zeitverzögerung – Latenz genannt – zwischen einem Benutzer, der Daten sucht, und dem Server, der diese Daten sendet. Und weil Datenübertragungen nicht schneller als Lichtgeschwindigkeit erfolgen können (in Wirklichkeit finden sie mit deutlich niedrigeren Geschwindigkeiten statt), ist die Zeitverzögerung oder Latenz umso größer, je länger die zurückzulegende Entfernung ist.

In weltraumbasierten Netzwerken wandern Datenanfragen vom Benutzer zum Satelliten und werden dann an Rechenzentren am Boden geleitet. Die Ergebnisse machen dann die gleiche Reise in umgekehrter Richtung. Eine solche Übertragung von einem Satelliten in einer geostationären Umlaufbahn hat eine Latenzzeit von etwa 600 Millisekunden. Ein Satellit in der unteren Umlaufbahn, 200-2.000 km von der Erdoberfläche entfernt, kann die Verzögerung auf 20-30 Millisekunden reduzieren, ungefähr die Zeit, die terrestrische Systeme benötigen, um Daten zu übertragen.

Der LEO erstreckt sich bis zu 2.000 km über der Erdoberfläche. Die Starlink-Satelliten – die 12.000, für die SpaceX die Erlaubnis hat, sowie die anderen 30.000, die es starten möchte – werden im Höhenband von 350 km bis 1.200 km eingesetzt.

Aber niedrigere Umlaufbahnen haben ihr eigenes Problem.

Aufgrund ihrer geringeren Höhe decken ihre Signale einen relativ kleinen Bereich ab. Infolgedessen werden viel mehr Satelliten benötigt, um Signale zu jedem Teil des Planeten zu erreichen.

Darüber hinaus bewegen sich Satelliten in diesen Umlaufbahnen mit mehr als der doppelten Geschwindigkeit von Satelliten in einer geostationären Umlaufbahn – etwa 27.000 km pro Stunde –, um die Auswirkungen der Schwerkraft auszugleichen. Normalerweise umrunden sie die Erde einmal alle paar Stunden. Um die Tatsache zu kompensieren, dass sie von einem terrestrischen Standort aus für mehr als ein paar Minuten nicht zu sehen sind, werden in den Netzen viel mehr Satelliten benötigt, damit es keine Unterbrechungen bei der Datenübertragung gibt. Aus diesem Grund spricht das Starlink-Netzwerk von 42.000 Satelliten.

Bis wann wird Starlink seinen weltraumbasierten Internetdienst bereitstellen können?

Starlink will 2020 seinen Dienst im Norden der USA und in Kanada aufnehmen und bis 2021 auf die ganze Welt ausdehnen. Der aktuelle Plan sieht den Einsatz von Satelliten in zwei Konstellationen von rund 4.400 und 7.500 vor. Starts – 60 Satelliten gleichzeitig – werden jetzt in kurzen Abständen stattfinden. SpaceX sagt, dass es Dienste in kleinem Umfang starten kann, sobald 400 Satelliten dem Netzwerk beitreten.

Auch mehrere andere private Unternehmen haben Pläne für weltraumgestützte Internetdienste. Dazu gehören Amazon, OneWeb und O3B (anscheinend nach den „Anderen Drei Milliarden“ benannt), die jeweils große Konstellationen von Satelliten in unteren und mittleren Erdumlaufbahnen umfassen – aber diese Projekte sind im Vergleich zu Starlink sehr klein.

Wenn sie einmal betriebsbereit sind, wird erwartet, dass weltraumgestützte Internet-Netzwerke das Gesicht des Internets verändern werden. Dienste wie das autonome Autofahren sollen revolutioniert werden und das Internet der Dinge (IoT) lässt sich in nahezu jeden Haushalt integrieren, egal ob in der Stadt oder auf dem Land.

Gibt es eine Kehrseite dieser Projektion?

Drei Probleme wurden angesprochen: zunehmender Weltraummüll, erhöhtes Kollisionsrisiko und die Besorgnis der Astronomen, dass diese Konstellationen von Weltraum-Internet-Satelliten es schwierig machen werden, andere Weltraumobjekte zu beobachten und ihre Signale zu erkennen.

Zum Vergleich: Derzeit gibt es weniger als 2.000 betriebsfähige Satelliten, und seit Beginn des Weltraumzeitalters 1957 wurden weniger als 9.000 Satelliten ins All geschossen. Die meisten betriebsfähigen Satelliten befinden sich in den unteren Umlaufbahnen. Am 2. September dieses Jahres musste die Europäische Weltraumorganisation (ESA) erstmals ein Kollisionsvermeidungsmanöver durchführen, um einen ihrer lebenden Satelliten vor einer Kollision mit einer Megakonstellation zu schützen.

Astronomen und Wissenschaftler haben sich auch über eine erhöhte Lichtverschmutzung beschwert, ein Hinweis auf das von den künstlichen Satelliten reflektierte Licht, das das Licht anderer Himmelskörper stören und damit verwechselt werden kann.

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