Satellitenkommunikation (SatKom)

Die Gesamtheit der Informationsbeziehungen, in die unbemannte Raumflugkörper (Satelliten) integriert sind. In jedem Fall handelt es sich um Konzepte, die auf einer spezifischen Form des Richtfunks basieren, deren Besonderheit die Punkt-zu-Fläche-Verbindungen darstellen. Informationsbeziehungen mit Satelliten bestehen je nach Anwendungsgebiet

• zwischen Bodenleitstellen für Satelliten und allen Arten von Satelliten als Weltraumbetriebsfunk,
• als Bestandteil terrestrischer Telekommunikationsnetze, bei denen Verbindungen über Satelliten von Punkt-zu-Punkt, von Punkt-zu-Multipunkt oder von Punkt-zu-Fläche über einen oder mehrere Satelliten geführt werden,
• als Aussendungen von Satelliten zur Erde für die Informationsgewinnung bei Satelliten für Erderkundung oder -beobachtung.

Die nutzbaren Frequenzbereiche des Satellitenfunks werden von der Internationalen Funkverwaltungskonferenz (WRC - World Radio Conference) festgelegt.

Für Satellitenfunkanwendungen, die als Bestandteil terrestrischer Netze anzusehen sind, sind dies vornehmlich die Bereiche

• von 1,5 bis 1,6 GHz (L-Band) für mobilen Satellitenfunk im Verkehr zwischen Satellit und den mobilen Satellitenfunkstellen,
• von 2 GHz (S-Band) für die Nutzung als Downlink für mobilen Satellitenfunk (MEO- und LEO-Systeme),
• von 4 bis 6 GHz (C-Band) für die Nutzung als Down-/Uplink zwischen den Erdfunkstellen und den Satelliten,
• von 10 bis 18 GHz (Ku-Band) für die Nutzung als Up-/Downlink für Rundfunksatelliten und
• von 20 bis 30 GHz (K-Band) für experimentelle Nutzungen.

Grundsätzlich gilt dabei, dass für die Übertragungsrichtungen zum Satelliten (Uplink) von den verfügbaren Frequenzbereichen immer das höhere Frequenzband genutzt wird, während der Satellit immer in den niedrigen Frequenzbändern der koordinierten Frequenzbereiche sendet (Downlink). Der Grund liegt in den Einflüssen, denen die elektromagnetischen Wellen auf dem Weg zum und vom Satelliten ausgesetzt werden.

Neue Ära beginnt: Europas Antwort auf die Revolution in der Satellitenkommunikation

Als kommerzieller Markt war die Satellitenkommunikation schon immer einem beständigen Wandel unterworfen. In den vergangenen fünf bis sieben Jahren jedoch erlebte sie gleich mehrere Revolutionen, die sicher geglaubte Geschäftsmodelle herausfordern: den Trend hin zu vollelektrischen Satelliten, die Entwicklung hin zu „Mega“-Konstellationen aus Tausenden von Satelliten und zu einer vollständig neuen Generation von standardisierten Satelliten im geostationären Orbit und last but not least das Aufkommen neuer Firmen, Finanzierungsquellen und Geschäftsmodellen – auch unter „New Space“ bekannt. Besonders hervor sticht hier der Start der Satellitenkonstellation „Starlink“ mit einer Falcon-9-Trägerrakete der US-amerikanischen Firma SpaceX im November 2019: Es war der zweite Start von jeweils 60 dieser Satelliten in einem Jahr – damit sind jetzt 120 Exemplare im Orbit. Zum Vergleich: Mit diesen beiden Falcon-9-Raketen wurden mehr Satelliten als im gesamten Jahr 2013 gestartet. Bemerkenswert ist auch der SpaceX-„Tweet“ vor dem Start, in dem der Ausfall von Satelliten billigend in Kauf genommen wird – ein Tabubruch und Paradigmenwechsel in der Raumfahrt.

Während bisher Satelliten aufwändig getestet werden mussten, um die hohen Investitionskosten zu rechtfertigen, setzt die kommerzielle Raumfahrt zunehmend auf extreme Kostensenkung durch Serienproduktion und vereinfachte Tests. Einen Ausfall nimmt man in Kauf, weil das System insgesamt über ausreichende Redundanz verfügt und der einzelne Satellit sich deutlich schneller und günstiger herstellen lässt. SpaceX ist dabei nur ein Beispiel für einen Trend, der seinen Ursprung vor allem in den USA hat und längst nicht mehr nur die Satellitenkommunikation betrifft. Eine Entwicklung, die die Industrie und die Agenturen mit ihren Programmstrukturen herausfordert. Die europäische Antwort von Space19+ ist ein neu gestaltetes Programm: ARTES 4.0. Drei Programmlinien mit flexiblen Fördermechanismen werden durch drei inhaltlich-strategische ergänzt und durch die bewährte Planungs- und Studienlinie unterstützt. Deutschland hat bei Space19+ die Satellitenkommunikationsprogramme mit insgesamt 329 Millionen Euro gezeichnet und ist mit 20,7 Prozent stärkster Beitragszahler in diesem Bereich.

Aus der Nische in den „Mainstream“ der Kommunikation

Die Satellitenkommunikation hat mit der Ausstrahlung von TV-Programmen und Breitbandkommunikation ein etabliertes, kommerzielles Geschäft. Dabei bleiben aber die Datendienste per Satellit oft auf Fälle beschränkt, die nicht oder unzureichend durch terrestrische Lösungen bedient werden können, wie Flugzeuge und Schiffe auf hoher See. Bei der terrestrischen Breitbandversorgung hingegen spielt der Satellit häufig eine untergeordnete Rolle. An der Schwelle des digitalen Zeitalters bietet sich nun für die Satellitenkommunikation die Chance, aus dieser Nische herauszutreten. Die nächste (fünfte) Generation des Mobilfunkstandards 5G wird ein „Netz aus Netzen“, und hier können Satelliten einen wesentlichen Beitrag leisten. Die Nachfrage nach Datenkapazität wird auch für Satelliten ansteigen, während die Verfügbarkeit von Radiofrequenzen als eine der wichtigen Ressourcen der Satellitenbetreiber begrenzt bleibt. Der logische Schritt ist daher die Nutzung auch von optischen Signalen für die Satellitenkommunikation – eine Technologie, die bereits heute in den terrestrischen Netzen Terabit-Kommunikation ermöglicht. Mit der zunehmenden Digitalisierung und der Vernetzung der Wirtschaft, der Bevölkerung und der staatlichen Akteure wird auch der Schutz der Kommunikationsinfrastruktur unabdingbar. Auch hier sind robuste Kommunikationslösungen gefragt, die eine funktionierende Gesellschaft sicherstellen.

Quelle: ESA/DLR 2020

Der Vorteil heutiger Satellitenkommunikation besteht in der fast globalen Signalabdeckung durch geostationäre Satelliten. Diese Satelliten "stehen" dabei kontinuierlich über einem bestimmten Punkt der Erde. Sie liefern Rundfunk- und Fernsehprogramme sowie multimediale Dienste in alle Welt. Neue Entwicklungen wie HDTV und 3DTV eröffnen Chancen für neue Märkte. Geostationäre Kommunikationssatelliten werden auch in Zukunft in dünn besiedelten Gebieten die beherrschende Infrastruktur für die großflächige Verteilung von Informationen bleiben. Darüber hinaus können sie die erdgebundenen Technologien in den Bereichen Multimedia, mobile Kommunikation und mobiles Internet ergänzen.

Bei Naturkatastrophen und auch bei Missionen zur Friedenssicherung kommt der Satellitenkommunikation eine immer wichtigere logistische Funktion zu. Ihre Daten- und Kommunikationsverbindungen sind in Situationen, in denen keine terrestrische Infrastruktur besteht oder diese zerstört wurde, unverzichtbar.

Doch die Satellitenkommunikation unterstützt nicht nur wichtige gesellschaftliche und hoheitliche Aufgaben, sie ist auch in wirtschaftlicher Hinsicht von Bedeutung. Betrachtet man die gesamte Wertschöpfungskette so ist die Satellitenkommunikation der mit Abstand kommerziell erfolgreichste Raumfahrtsektor. Durch eine gezielte Förderpolitik des Bundes hat die deutsche Industrie inzwischen weltweit Marktanteile erobern können.

Weitere Informationen:

• Satellitenkommunikation (DLR)