Iridium (Kommunikationssystem)

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Iridium ist ein weltumspannendes Satellitenkommunikationssystem aus 66 aktiven Satelliten auf sechs Umlaufbahnen und zusätzlich einem oder mehreren Reservesatelliten pro Umlaufbahn. Ursprünglich waren 77 Satelliten für diese Satellitenkonstellation geplant; das System ist deshalb nach dem chemischen Element Iridium mit der Ordnungszahl 77 benannt.

Das Iridium-Netz hat die Vorwahlen +8816 und +8817. Die von der ITU zugewiesene Netzkennung ist 901-03.[1]

Entwicklung[Bearbeiten]

Iridium-Nutzer

Die Idee für Iridium wurde 1985 bei Motorola geboren. Es sollte die weltweite Sprach- und Datenübermittlung über Satellitentelefone und PDAs ermöglichen. Bis 1988 stand das Konzept dafür fest. 1991 wurde das Unternehmen Iridium Inc. gegründet, das das System entwickelte und im September 1998 in Betrieb nahm. Für den Aufbau des Systems mussten 5 Milliarden US-Dollar aufgewendet werden.[2]

Die Gesprächskosten waren anfangs mit ca. acht US-Dollar/min sehr hoch, die Endgeräte teuer und wesentlich unhandlicher als geplant. Dies führte dazu, dass statt der geplanten zwei Mio. Nutzer nur etwa 55.000 Kunden gewonnen werden konnten.

Am 23. August 2000 musste Iridium Inc. Konkurs anmelden. Die Satelliten sollten in die Erdatmosphäre gelenkt werden, um sie gezielt verglühen zu lassen. Von einer geplanten Abschaltung im März 2000 wären auch Expeditionen betroffen gewesen. Sie hatten sich im Vorfeld auf die Erreichbarkeit verlassen und verfügten über keine weiteren Kommunikationssysteme. Dazu zählten Rune Gjeldnes und Torry Larsen auf einer norwegischen Nordpolexpedition, Prinz Frederik zu Dänemark auf einer Hundeschlittenexpedition in Grönland und der französische Abenteurer Jo Le Guen, der allein in seinem 9 m langen Ruderboot den Pazifik überquerte. Sie erhielten einen Anruf vom Unternehmen, der ihnen das Betriebsende ankündigte. Schließlich wurde die Abschaltung auf Druck der Öffentlichkeit zum Teil verschoben.

Zum 1. Januar 2001 wurde das Iridium-System von der neu gegründeten Iridium Satellite LLC übernommen.[3] Die Satelliten werden von Boeing betrieben und gewartet. Der kommerzielle Betrieb konnte am 30. März 2001 wiederaufgenommen werden. Größter Einzelkunde mit 13 % Umsatzanteil ist das Militär, allen voran das US-amerikanische Verteidigungsministerium. Weitere Nutzer sind Reedereien, Fluglinien, Wissenschaftler oder Unternehmen aus der Bodenschatzförderung. Größter Unterschied zum vorherigen Betrieb ist, dass kein Roaming mit GSM-SIM-Karten im Iridiumnetz wie auch mit Iridium-SIM-Karten im GSM-Netz mehr möglich ist.

Im Jahr 2005 waren die Gerätepreise deutlich gesunken, und eine Minute Telefonat in das Festnetz oder Mobilnetz kostet je nach bestelltem Minutenvolumen noch zwischen 0,90 $ und 1,50 $. Deutlich preiswerter sind die Gebühren mit SIM-Karten, die nur regional begrenzt eingesetzt werden können, wie in Amerika oder Afrika. Ein neues Iridium-Mobiltelefon kostet rund 1300 €. Das Jahresabonnement für den Zugriff auf das Iridium-Satellitennetzwerk mit einem Iridium-Mobiltelefon kostet rund 450 $. Die seit einigen Jahren erhältlichen Pre-Paid-SIM-Karten sind ab ca. 130 US$ erhältlich. Iridium verfügte im Juli 2012 über 576.000 Kunden.[4] Iridium will in Zukunft auch weltweiten Breitband-Internetzugang anbieten. Ein erster Schritt in diese Richtung ist Iridium OpenPort[5], ein Internetzugang für die Schifffahrt mit einer maximalen Datenübertragungsrate von 128 kbit/s.

Netzabdeckung[Bearbeiten]

Die Kommunikation mit Iridium ist von jedem Standort auf der Erdoberfläche jederzeit möglich, wenn klare Sicht zum Himmel in alle Richtungen ab einem Höhenwinkel von 8,2° besteht.[6] Um eine einwandfreie, unterbrechungsfreie Kommunikation mit Iridium sicherzustellen, darf kein Objekt ab einem Höhenwinkel von 8,2° die Sicht zum Himmel stören. Als Faustregel gilt die geballte Faust bei waagerecht ausgestrecktem Arm.[7] Die Höhe der geballten Faust entspricht ungefähr dem Höhenwinkel von 8,2°. Kein Objekt darf höher als die geballte Faust zum Himmel ragen.

An einem Standort mit Objekten, die die Faustregel verletzen, wie zum Beispiel in einer tiefen Schlucht, kann es zu Verbindungsunterbrechungen kommen. Selbst Sträucher, Bäume, Haus- und Hüttenwände können die Iridium-Kommunikation stören. In einer sehr tiefen Schlucht, in der nur im Zenit uneingeschränkte Sicht zum Himmel besteht, ist im schlimmsten Fall über 120 Minuten keine Kommunikation möglich, da in dieser Zeitphase kein Iridium-Satellit in Sichtkontakt kommt. Durch die Erddrehung befindet sich nach rund 120 Minuten wieder ein Iridium-Satellit im Zenit.

Aufgrund der polaren Satellitenumlaufbahnen ist die Versorgungsdichte in den Polregionen besonders hoch. Iridium ist das einzige zuverlässige Kommunikationsmittel, das in den Polarregionen eine unterbrechungsfreie Kommunikation mit der Außenwelt ermöglicht. Zum Beispiel wird Iridium an der Forschungsstationen in der Antarktis (Amundsen-Scott-Südpolstation, Neumayer-Station III) für die unterbrechungsfreie Kommunikation mit der Außenwelt eingesetzt.[8]

Für eine unterbrechungsfreie Iridium-Kommunikation benötigt man in der Nähe der Polkappen weniger freie Sicht zum Himmel als am Äquator.

Iridium-Kommunikation möglich, wenn
uneingeschränkte Sicht zum Himmel ab dem Höhenwinkel
Geographische Breite Standort Jederzeit
(Unterbrechungsfrei)
Nur im Bereich der gegenläufigen
Satellitenbahnen sind
Empfangslücken zu erwarten
(tritt nur alle 12 Stunden auf)
Äquator 8,2° 8,2°
50° Frankfurt am Main 10° 12°
56° Edinburgh 10° 13°
60° Helsinki 10° 14°
66° 34′ Polarkreis 12° 18°
71° Nordkap, Point Barrow 20° 20°

Bei langen Telefongesprächen muss im Schnitt alle neun Minuten[9] der Iridium-Satellit gewechselt werden, da der bisher verwendete Satellit hinter dem Horizont verschwindet. Der Satellitenwechsel geschieht vollautomatisch. Die beiden Gesprächsteilnehmer merken vom Satellitenwechsel nichts, solange die Faustregel „keine Objekte mit Höhenwinkel über 8,2°“ eingehalten wird. Wird die Faustregel nicht eingehalten (Objekte mit Höhenwinkel über 8,2°), kann es zu einem Abbruch der Gesprächsverbindung kommen, wenn der alte Satellit hinter dem Horizont verschwindet und der neue Satellit noch nicht in Sichtweite ist.

Animation der Netzabdeckung

Technisches[Bearbeiten]

Iridium-Mobiltelefon

Der wesentliche Vorteil eines satellitengestützten Kommunikationssystems ist, dass große Flächen ohne terrestrische Stationen abgedeckt werden können. Die Endgeräte (Terminals) kommunizieren direkt mit den Satelliten. Der Satellitenverbund ist über mehrere Gateways mit den bestehenden erdgebundenen Telefonnetzen verbunden. Iridium-Telefone können weltweit benutzt werden.

Im Falle von Iridium sind die einzelnen Satelliten zusätzlich untereinander durch Intersatellitenlinks (ISLs) verbunden. Eine aktive Verbindung wird so lange von Satellit zu Satellit vermittelt, bis sich einer dieser Satelliten in der Reichweite einer Vermittlungsstelle auf der Erdoberfläche befindet. Über diese findet dann das Gespräch seinen Weg in die herkömmlichen Telefonnetze.

Die Sendeleistung von Mobiltelefonen ist aus gesundheitlichen Gründen begrenzt. Um dennoch einen Verbindungsaufbau bei geringer Sendeleistung zu ermöglichen, wurden die Iridium-Satelliten in eine niedrige, nichtgeosynchrone Umlaufbahn mit hoher Inklination gebracht. Riesige Parabolspiegel mit sehr hohem Antennengewinn, die eine geosynchrone Umlaufbahn ermöglicht hätten, standen bei Projektbeginn noch nicht zur Verfügung und hätten zudem keine globale Abdeckung erlaubt. Die Iridium-Satelliten umkreisen die Erde in einer Höhe von etwa 780 km in sechs nahezu polaren Umlaufbahnen (Bahnneigung = 86,4 Grad) mit je elf, sich im aktiven Einsatz befindenden, Satelliten und einem Reservesatelliten je Bahn. Für die Umrundung der Erde benötigt ein Satellit etwa 100 Minuten.

Die Satelliten sind 689 kg schwer und haben eine Höhe von etwa vier Metern und einen Durchmesser von 1,3 Metern. Sie basieren auf Lockheed Martins LM700A Satellitenbus und stehen senkrecht in der Umlaufbahn. Sie verfügen über je zwei am oberen Ende angebrachte parallel zum Horizont ausgerichtete Solarzellenausleger, drei geneigt angebrachte Antennen von 1,86 m mal 0,88 m Größe und weitere am unteren Ende angebrachte Antennen. Die Datenübertragung vom Satellit zu den Handgeräten erfolgt im L-Band und zwischen den Satelliten und von den Satelliten zur Empfangsstation im Ka-Band.[10] Wenn die Satelliten selbst keinen Kontakt zu einer Empfangsstation haben, leiten sie Telefongespräche und andere Nutzsignale über andere Iridiumsatelliten weiter, die Kontakt zu einer Empfangsstation haben.[11] Gespräche, die zwischen Iridium-Nutzern laufen, werden direkt zwischen den Satelliten vermittelt, ohne dazwischengeschaltete Erdstation.[10] Gestartet wurden die dreiachsenstabilisierten Satelliten zwischen Mai 1997 und Juni 2002 jeweils zu mehreren mit verschiedenen Trägerraketen (je fünf beim Start mit Delta-2, je sieben beim Start mit der Proton und je zwei beim Start mit der Langer Marsch 2 oder Rokot KM).[12][13][14][15]

Wenn ein Satellit nicht mehr funktionstüchtig ist, wird er auf eine Umlaufbahn von rund 500 km Höhe gebracht, von der er schließlich in die Erdatmosphäre gelenkt wird und verglüht.

Da die Übertragungsrate von Sprachdaten mit 2400 Baud extrem gering ist, kommt ein stark komprimierender Codec mit dem Namen „Advanced Multi-Band Excitation“ (AMBE) zum Einsatz, der von der nordamerikanischen Firma Digital Voice Systems, Inc. entwickelt wurde. Dieser Codec findet auch in bestimmten Betriebsmodi des Inmarsat-Netzes Verwendung. Durch die starke Komprimierung der Sprachdaten entspricht die Sprachqualität einem MOS-Wert von 3,5. Die Sprachqualität liegt also zwischen „ordentlich“ und „gut“.

Netzstatus[Bearbeiten]

Der Hauptkonkurrent Globalstar musste 2007 Probleme mit der frühzeitigen Alterung der Globalstar-Satelliten eingestehen.[16] Ähnliche Probleme können auch bei den Iridium-Satelliten auftreten, auch wenn diese bisher keine Anzeichen dafür aufwiesen. Die Globalstar-Satelliten umkreisen die Erde auf rund 1414 km Höhe. Diese Höhe wird für Satellitenorbits wegen des Van-Allen-Gürtels üblicherweise gemieden. Satelliten im Van-Allen-Gürtel sind sehr starker (kosmischer) Bestrahlung ausgesetzt, die den elektronischen Bauteilen der Satelliten stark zusetzt. Iridium-Satelliten haben eine erdnähere Umlaufbahn und sind somit besser vor dieser schädlichen Strahlung geschützt. Fachleute halten die Wahl der Globalstar-Satellitenorbits für einen folgenschweren Fehler.[17]

Ein automatisches Messsystem kontrolliert mit Testanrufen die Verbindungsqualität. Das automatische Messsystem bestätigt den guten technischen Zustand der Iridium-Satelliten[18]. Voraussichtlich im Jahr 2015 werden die ersten Iridium-Satelliten durch neue Satelliten ersetzt[19]. Der Austausch der alten Satelliten durch neue wird schrittweise erfolgen. Während drei Jahren wird das Iridium-Satellitennetz sowohl aus alten Iridium-Satelliten wie auch aus neuen Satelliten bestehen. Die neuen Satelliten werden voll kompatibel zu den alten Satelliten sein. Gemäß Iridium Satellite LLC sind die Iridium-Satelliten in einem guten Zustand, und es ist bis zur Inbetriebnahme des letzten neuen Iridium-NEXT-Satelliten mit keinen nennenswerten Verbindungsqualitätseinbrüchen zu rechnen[20].

Iridium NEXT[Bearbeiten]

Ungewiss ist die Finanzierung der zweiten Generation von Iridium-Satelliten. Die Kosten für die NEXT-Satellitenflotte werden auf 2,9 Milliarden US-Dollar geschätzt.[21] Iridium Satellite LLC erwirtschaftete im Jahr 2008 einen Überschuss von 68 Millionen US-Dollar.[22] Im Jahr 2009 erwirtschaftete Iridium Communications Inc. einen Überschuss von 61 Millionen US-Dollar. Bei einer Satellitenlebensdauer von 15 Jahren stehen rund 1,0 Milliarden US-Dollar (15 × 65 Millionen US-Dollar) für die Finanzierung der nächsten Satellitenflotte zur Verfügung. Es fehlen also rund 1,9 Milliarden US-Dollar. Das Loch von 1,9 Milliarden US-Dollar versucht man mit den Einnahmen aus dem Verkauf von ADS-B-Daten zu stopfen.

Jeder Iridium-NEXT-Satellit wird mit einem ADS-B-Empfänger ausgestattet.[23][24] Dieser Dienst ermöglicht die Flugverkehrskontrolle in Regionen, die heute nicht durch ein Flugsicherungsradar abgedeckt werden[25] und soll ab 2017 zur Verfügung stehen.[26]

Trotz der ungewissen Finanzierung hat Iridium bei Thales Alenia Space 81 Satelliten seiner zweiten Satellitengeneration „Iridium NEXT“ für 2,1 Milliarden US-Dollar bestellt. Dazu kommen noch weitere 800 Millionen Dollar, die Iridium für deren Start zahlen muss. Das Unternehmen SpaceX erhielt den Zuschlag über 492 Mio. Dollar für einen Teil dieser Starts, die zwischen 2015 und 2017 mit Falcon-9-Raketen durchgeführt werden sollen.[27] Ab 2015 sollen 72 Satelliten in die Umlaufbahn gebracht werden, die restlichen warten als Reserve am Boden auf ihren eventuellen Einsatz.

Die neuen Satelliten werden zu allen heute bekannten Iridium-Geräten voll kompatibel sein.[28] Die neuen Satelliten ermöglichen IP-basierende Datenübertragungen. Der Internetzugang über Iridium NEXT ist besonders für Schiffe und Forschungsstationen in den Polarregionen interessant. In den Polarregionen über dem 82. Breitengrad ist kein zuverlässiger Signalempfang von geostationären Satelliten möglich.[29]

Übersicht über die von Iridium NEXT angebotenen IP-basierenden Datenübertragungen[30]
Empfangsgerät Frequenzband Maximal mögliche Datenübertragungsrate
Kleines, mobiles Handgerät L-Band 64 Kbit/s
Festinstallation auf Schiff L-Band 512 Kbit/s
Festinstallation im Flugzeug L-Band 512 Kbit/s
Große, fest installierte Parabolantennen an Land L-Band 1,5 Mbit/s
Große, fest installierte Parabolantennen an Land Ka-Band 8 Mbit/s

Iridium wird auch in Zukunft das einzige zuverlässige Zweiweg-Kommunikationsmittel in den Polarregionen sein.[31] Auf Schiffen oder Flugzeugen, die sich in den Polarregionen fortbewegen, ist es heute nicht gesetzlich vorgeschrieben, dass Iridium-Kommunikationsmittel an Bord mitgeführt werden müssen. Jedoch ist zu erwarten, dass das Mitführen von Iridium-Kommunikationsmitteln in naher Zukunft zur Pflicht wird. In einigen wenigen Anwendungsgebieten (z. B. LRIT) ist die Verwendung von Iridium als Kommunikationsmittel bereits heute Pflicht.[32]

Schiffe müssen ihre aktuelle Position mittels LRIT bekannt geben.[33] In den polaren Gewässern (Seegebiet A4) wird die aktuelle Schiffsposition über Iridium kommuniziert. Es ist zu erwarten, dass mit der Inbetriebsetzung von Iridium NEXT im Seegebiet A4 Iridium als Kommunikationsmittel für die Seenotkommunikation zur Vorschrift wird. Heute können Flugzeuge für Flüge über abgelegene Regionen Iridium-Kommunikationsmittel für die Flugsicherung (FANS) einsetzen.[34] Wahrscheinlich wird in naher Zukunft für Flüge über den 82. Breitengrad FANS-1/A über Iridium zur Ausrüstungspflicht.

Beobachtung[Bearbeiten]

Die Satelliten sind von der Erde aus zu bestimmten Zeiten für mehrere Sekunden mit dem bloßen Auge als sogenannte Iridium-Flares zu beobachten. Dabei handelt es sich um Reflexionen des Sonnenlichtes an den Antennenflächen, die zu den hellsten Leuchterscheinungen führen, die künstliche Himmelskörper verursachen. Sie werden bis zu rund tausendmal heller (bei −9 mag) als Sirius, der hellste Stern am Nachthimmel, und sind visuell damit mit einer vorbeiziehenden Leuchtkugel vergleichbar, deren Lichtemission kurzzeitig enorm zunimmt. Auf Fotos mit Belichtungszeiten von einigen Sekunden erscheint der Satellit als heller Leuchtstreifen mit sich in Flugrichtung zu beiden Seiten verjüngenden Ausläufern. Die genauen Zeiten für Iridiums-Flares können anhand der Bahndaten für jeden Ort auf der Erde online berechnet werden (siehe Weblinks).

Die Winkelgeschwindigkeit liegt deutlich über der von Flugzeugen, aber unter der von Meteoren. Akustische Phänomene treten gar nicht auf.

Satellitenkollision 2009[Bearbeiten]

Am 10. Februar 2009 stieß der Iridium-Satellit 33 mit einer Relativgeschwindigkeit von 11,6 km/s mit dem ausrangierten russischen militärischen Kommunikationssatelliten Kosmos 2251 zusammen. Beide Satelliten wurden dabei zerstört.

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. http://www.itu.int/dms_pub/itu-t/opb/sp/T-SP-OB.1005-2012-OAS-PDF-E.pdf
  2. Handelsblatt: Iridium Satellite nimmt Telekommunikationsdienste wieder auf
  3. Forbes: The Return Of Iridium
  4. Iridium Second-Quarter 2012 Results (PDF; 44 kB)
  5. Iridium OpenPort
  6. AN OPERATIONAL AND PERFORMANCE OVERVIEW OF THE IRIDIUM LOW EARTH ORBIT SATELLITE SYSTEM (PDF; 212 kB)
  7. Iridium 9555 Tutorial: Preparing to Make a Call Outdoors
  8. http://www.usap.gov/technology/contentHandler.cfm?id=1972
  9. AN OPERATIONAL AND PERFORMANCE OVERVIEW OF THE IRIDIUM LOW EARTH ORBIT SATELLITE SYSTEM (PDF; 212 kB)
  10. a b Iridium System Overview
  11. http://space.skyrocket.de/doc_sdat/iridium.htm
  12. Encyclopedia Astronautica: Iridium
  13. Gunters Space Page: LM700
  14. Sternwarte Solingen: Iridium Flares
  15. Iridium System
  16. GLOBALSTAR, INC. FILES FORM 8-K WITH SEC
  17. Degradation Of Satellites Puts Globalstar’s Service, Business Plan At Risk
  18. The Global Network: Call Completion and Dropped Call Rates
  19. What’s NEXT?
  20. The Global Network: Satellite Life Expectancy
  21. http://investor.iridium.com/releasedetail.cfm?ReleaseID=475071
  22. IRIDIUM SATELLITE REPORTS RECORD 2008 RESULTS
  23. http://www.iridium.com/DownloadAttachment.aspx?attachmentID=1425
  24. http://investor.shareholder.com/common/download/download.cfm?companyid=ABEA-3ERWFI&fileid=578116&filekey=5712babf-e913-418e-9d98-0eac2b365b21&filename=IRDM_News_2012_6_19_Financial_Releases.pdf
  25. http://www.aireon.com/Assets/Documents/Aireon_ComparisonChart.pdf
  26. http://www.aireon.com/Assets/Documents/Aireon_brochure_June2012.pdf
  27. Gerhard Hegmann:US-Billigrakete greift Marktführer Ariane anVorlage:Webarchiv/Wartung/Nummerierte_Parameter, Artikel vom 17. Juni 2010 in der FTD
  28. http://www.idgeurope.se/images/stories/pdf/Iridium%20IDG%20Aviation%20Seminar%20Stockholm%20JWhite%20030912%20LDeCastro%20Edits%20030712.pdf
  29. http://www.boeing.com/commercial/aeromagazine/aero_16/polar_route_ops.pdf
  30. http://www.idgeurope.se/images/stories/pdf/Iridium%20IDG%20Aviation%20Seminar%20Stockholm%20JWhite%20030912%20LDeCastro%20Edits%20030712.pdf
  31. http://www.bluetraker.com/material/Lloyd%27sLRITandArcticvoyagepresentationV1.2.pdf
  32. http://www.amsa.gov.au/Publications/Fact_sheets/LRIT_fact_sheet.pdf
  33. http://www.amsa.gov.au/Publications/Fact_sheets/LRIT_fact_sheet.pdf
  34. http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20080047442_2008047201.pdf