Zurück
Sprache

Superschnell, superscharf: Datentransfer per Satellit.

Highspeed-Internet per Kabel:
schon bald ne lahme Ente.

Schnelles Internet wird immer wichtiger, denn die zu übertragenden Datenmengen wachsen rasant. Manche Online-Spiele verlangen schon nach 20 GB Download. Bei einer langsamen Leitung dauert es Stunden, bis es losgehen kann, mit einem 300 Mbit/s-Anschluss nur 9 Minuten. Ein Koreaner mit 10 Gbit/s-Anschluss freut sich schon nach 15 Sekunden – und reagiert im Spiel am schnellsten.

Was aber, wenn Glasfaserkabel nicht möglich sind, weil die Entfernungen zu groß, das Verlegen zu teuer oder eine verlässliche und stabile Übertragung lebenswichtig ist?

Dann gehts nur noch per Satellit. Und selbst der gelangt an Kapazitäts­grenzen, denn bisher funktioniert die Übertragung per Funk (genauer gesagt: per Radiowellen). Bei einigen 100 Mbit/s ist normalerweise auch im All Schluss – und das genügt nicht für anspruchsvolle Anwendungen.

Die Lösung: der Umstieg auf Laser.

Per Laser und via Satellit:
schnelles Internet, überall.

Mit einem Laser Communication Terminal (LCT, Laser-Kommunikationssystem) werden Signale per Licht anstatt mit Radiowellen übertragen. Weil die Frequenz von Licht wesentlich höher ist als bei Funk, ist auch die Übertragungsrate deutlich höher: 1,8 Gbit/s sind ohne Weiteres möglich. Satelliten sind schon heute mit der entsprechenden Laser-Technologie aus Deutschland bestückt. Sie ist vergleichbar mit der Übertragung per Glasfaserkabel, die ebenfalls Laser-Licht nutzt.

© DLR

Für den Empfang der Laser-Signale aus dem All genügt ein kleines Laser-Teleskop. Zur Datenverarbeitung und zur Weiterverteilung auf dem Boden per Glasfaser ist eine kleine Bodenstation notwendig, die in etwa so groß wie ein Seecontainer ist.

1,8 Gbit/s von Satellit zu Satellit –
und zur Erde.

© ESA/Corvaja

Seit 2013 umrundet Alphasat I-XL, der bislang größte ESA-Kommunikationssatellit (seine Solarpaneele haben eine Spannweite von 40 Metern und er wiegt 6 Tonnen), die Erde.

Auf Alphasat ist ein Laser Communication Terminal installiert, mit dem derzeit Datenströme mit einer Rate von 1,8 Gbit/s von den Sentinel-Satelliten übertragen werden. Sie werden dann mittels Ka-Band (600 Mbit/s) zum Boden gesendet.

© DLR

Empfangen werden die Daten vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Oberpfaffenhofen. Die entsprechende Antenne hat einen Durchmesser von 7,3 Metern. Diese Technologie ist derzeit mit großem Abstand das Schnellste, was die Satellitenkommunikation zu bieten hat. Langfristig kann durch die Nutzung verschiedener optischer Frequenzen und Codierungsverfahren die Datenrate nochmals erhöht werden.

5,5 Gbit/s von Satellit zu Satellit

Das Laser-Kommunikationsterminal (LCT) der Firma Tesat-Spacecom aus Backnang kann 5,5 Gbit/s über eine Distanz von 5.000 Kilometern senden – das wurde schon 2008 von Satellit zu Satellit erfolgreich getestet.

Bei über 45.000 Kilometern, also der Distanz von Erdbeobachtungssatellit zu Relaissatellit, sinds noch 1,8 Gbit/s. Rasend schnell.

© ESA

Die Technik befindet sich beispielsweise auch an Bord des Alphasat und der Radarsatelliten TerraSAR-X, Sentinel-1A und Sentinel-2A. Um den Laser-Strahl zu fokussieren, genügt ein Teleskop mit nur 13 Zentimeter Durchmesser – auf 42.000 Kilometern ist das Licht so stark gebündelt, dass es nur in einem Umkreis von wenigen hundert Metern empfangbar ist. Das hat den Vorteil, dass schon eine geringe Sendeleistung ausreicht. Auch unbefugtes „Mithören“ wird deutlich erschwert.

© Tesat-Spacecom

EDRS wird den Betrieb 2016 aufnehmen und dann Schritt für Schritt erweitert. Bis zur Ausbaustufe mit vier geostationären Satelliten werden aber noch ein paar Jahre vergehen. Damit werden hochauflösende Live-Bilder aus dem All Realität, und das eröffnet völlig neue Möglichkeiten, zum Beispiel für die Wettervorhersage oder für die Krisenunterstützung.

Nach der Datenautobahn:
der SpaceDataHighway.

Der erste von zwei Sentinel-1-Satelliten des europäischen Erdbeobachtungsprogramms Copernicus ist seit April 2014 im All, Sentinel-2A seit Juni 2015. Copernicus umfasst fünf Missionen. Jede der Missionen wird kontinuierlich Daten liefern, und zwar voraussichtlich rund sechs Terabyte pro Tag. Das wären über 555 Mbit/s in einem 24-Stunden-Dauerbetrieb.

Auf der Erde sind diese Daten nicht optimal zu empfangen: Die Erdbeobachtungssatelliten sind nicht geostationär, sondern umkreisen die Erde in niedriger Höhe. So hat eine Bodenstation manchmal nur zehn Minuten Funkkontakt während des Überflugs. Bis zum nächsten Kontakt müssen die Daten an Bord des Satelliten gespeichert bleiben. Wenn der Speicher voll ist, werden die Daten von anderen Bodenstationen abgerufen, die vielleicht eine langsame Datenanbindung haben. So können Bilder unter Umständen tagelang unterwegs sein. Sollen aber Ersthelfer mit Bildern von einem Erdbeben oder einer Flutkatastrophe versorgt werden, ist das offensichtlich nicht akzeptabel.

© Airbus DS GmbH 2015

Ein Rund-um-die-Uhr-Live-Empfang der Bilder von Erdbeobachtungssatelliten war bislang nicht möglich, soll aber möglich werden. Die Idee: Eine Datenautobahn im Weltall, ein „SpaceDataHighway“ ermöglicht durch ein weltumspannendes geostationäres Satellitennetzwerk, das die Daten der niedrig fliegenden Satelliten in Highspeed per Laser empfängt und per Laser an die jeweilige Bodenstation weiterleitet. Der Name: Europäisches Datenrelaissystem (EDRS). Das System wird von der ESA und von Airbus gemeinsam betrieben. Erprobt wird die Technik seit 2001 mit dem Satelliten Artemis.

Highspeed-Laser-Datenübertragung –
selbst bei 50.000 km/h.

2008: Zwei gegenläufige Satelliten, beide mit einem LCT ausgestattet, versuchen einen Link über eine Distanz von 5.000 Kilometern zu etablieren. Ihre Relativgeschwindigkeit, also die Geschwindigkeit zueinander, beträgt 50.000 Kilometer pro Stunde. Der Versuch ist erfolgreich: Es gelingt ein stabiler Datentransfer mit einer Datenrate von 5,8 Gbit/s. Wenn der Transfer also auch in einer so anspruchsvollen Konfiguration möglich ist, warum nicht bald auch im Alltag – zum Beispiel von einem Flugzeug aus?

Beim Test führend dabei: Die Firma ViaLight Communications GmbH. Sie ist weltweit führend bei der Miniaturisierung und Verbesserung kommerzieller Laser-Kommunikations-Technik. Gegründet wurde ViaLight Communications von ehemaligen Mitarbeitern des DLR-Instituts für Kommunikation und Navigation. Das Institut stellte die transportable optische Bodenstation (TOGS) zur Verfügung, ein umgebauter Kleintransporter, vollgepackt mit Technik. Anstelle einer großen Satellitenschüssel genügte für den Empfang ein kleines Teleskop.

Die Technik ist zum Beispiel für hochauflösende Live-Video-Übertragungen interessant, etwa bei Großveranstaltungen, ebenso aber auch für Luftaufnahmen bei Filmproduktionen, bei der Koordinierung von Rettungskräften oder bei der Suche nach Bodenschätzen. Das nächste Ziel ist schon in Planung: Eine Übertragungskapazität von 100 Gbit/s per Laser.

Und wie schnell geht Internet
auf dem Mond?

Raumsonden produzieren gewaltige Datenmengen. Bislang basiert die Kommunikation mit Sonden wie zum Beispiel Rosetta – 2004 gestartet und 2014 beim Kometen angekommen – auf Funkübertragung. Die Übertragungsrate: 0,2 Mbit/s. Das ist zwar sehr langsam, funktioniert dafür aber auch über eine Distanz von 455 Millionen Kilometern. An einen Videostream ist allerdings nicht zu denken.

© NASA

Die Übertragung per Laser könnte hier womöglich auch die Raumfahrt-Kommunikation revolutionieren. 50 Mbit/s hören sich zwar noch nicht besonders schnell an, wenn aber das Signal von der ISS empfangen werden kann, die in 400 Kilometer Höhe und mit circa 28.000 Kilometern pro Stunde vorbeifliegt, ist das schon deutlich beeindruckender.

Aber funktioniert Laser auch bei wirklich weiten Entfernungen? Ja. Bis zum Mond – also über fast 400.000 Kilometer – auf alle Fälle. Der NASA gelang 2013 eine Übertragung mit 19 Mbit/s. Damit kann man schon deutlich bessere Live-Videobilder senden als die von der ersten Mondlandung. Und für den einen oder anderen Erdling vielleicht frustrierend: Auf dem Mond gibt es schnelleres Internet als bei manchem zu Hause.

Eine kurze Geschichte der Kommunikationssatelliten

1858 brauchte eine Nachricht aus den Vereinigten Staaten per Schiff zehn Tage bis ins Vereinigte Königreich. Zwar war die Telegrafie schon erfunden, doch erst in diesem Jahr konnte ein transatlantisches Unterseekabel verlegt werden. Nun konnte eine Nachricht in Minuten übermittelt werden. Nach drei Wochen war das Kabel allerdings wieder kaputt und erst ab 1865 wurde die Telegrafie per Unterseekabel zuverlässiger.

Der Verlauf der ersten Transatlantik-Kabel
© Wikipedia

1956 wird das Telefonieren zwischen Europa und Amerika einfacher. Das Unterseekabel TAT-1 ermöglicht nun 36 Telefongespräche zugleich (darunter auch die Direktverbindung per Fernschreiber zwischen den Staatschefs in Washington und Moskau).

Zum Vergleich: Aktuell ermöglichen die Nachfolger-Kabel TAT-14 Datenraten von 3,2 Tbit/s, Emerald Express gar 4 x 10 Tbit/s.

Aber wie können bewegte Bilder von Kontinent zu Kontinent übertragen werden – und das auch noch live? Bis 1962 lautet die Antwort: gar nicht. Der schnellste Weg der „Übertragung“ ist es, eine Filmrolle ins Flugzeug zu verladen.

1962: Telstar, der erste echte Kommunikationssatellit
© Wikipedia

Mit dem 77 Kilogramm leichten US-Fernseh- und Telefon-Satelliten Telstar 1 ändert sich das grundlegend. Erstmals sind 1962 Live-Bilder aus den USA in Europa und umgekehrt zu sehen. Empfangen und gesendet werden sie von riesigen Bodenstationen mit 340 Tonnen schweren Antennen. Die erste Fernsehsendung via Satellit erreicht in Europa 200 Millionen Zuschauer.

© archive.org

Weil allerdings der Satellit keine geostationäre Umlaufbahn hat, ist die Dauer von Verbindungen auf 18 Minuten beschränkt. Und auch die Zuverlässigkeit lässt zu wünschen übrig: Ein halbes Jahr nach der erfolgreichen ersten Übertragung fällt der Satellit aus, weil er beim Start durch die Partikelwolke eines Atomwaffentests fliegt, der am Tag zuvor von den USA gezündet worden war.

© Wikipedia

Ein Satellit, bei dem der Kontakt nach wenigen Minuten abreißt? Damit können weder Wissenschaftler noch Fernsehmacher leben. Dank des technischen Fortschritts können 1964 aber die Olympischen Spiele 1964 in Japan live in das US-Fernsehen übertragen werden. Schwarz-weiß, ohne Ton (der kam per Telefon) und mit mäßiger Qualität – aber immerhin: live. Die Übertragung läuft jetzt über den ersten geostationären Kommunikationssatelliten, den Syncom 3. Weil dieser von der Erde aus vermeintlich stets am selben Punkt im All steht, sind nun auch Verbindungen ohne Abbruch möglich. Heute ist das bei Kommunikationssatelliten Standard: Mit drei geostationären Satelliten (plus der dazugehörigen Bodenstationen) lässt sich ein weltumspannendes Kommunikationsnetz aufbauen.

1969: Neil Armstrongs historische Schritte auf dem Mond werden im Fernsehen übertragen. Live. Und auf der ganzen Welt. Die Übertragung, die 500 Millionen Zuschauer sehen, gelingt, weil nicht mal drei Wochen zuvor mit dem Intelsat III das erste weltumspannende Netz an geostationären Kommunikationssatelliten in Betrieb genommen worden war.

© NASA

Die Astronauten senden vom Mond in Schwarz-Weiß mit zehn Bildern pro Sekunde, mittels einer 66-cm-Satschüssel über das S-Band (über Frequenzen also, die heute noch immer für Satellitenfunk verwendet werden, sogar an Bord der ISS). Die Signale werden in den USA und Australien empfangen, via Intelsat III nach Houston gesendet, dort aufbereitet und dann via Intelsat live in alle Welt übertragen.

© Wikipedia, Richard Huber

1974 wird der deutsch-französische Satellit Symphonie ins All geschossen. An Bord hat er zwei Transponder. Gesteuert wird er auch vom DLR in Oberpfaffenhofen, über dessen Antennen in Raisting.

© Wikipedia/U.S. Strategic Command

1975: Während es in der BRD mit ARD (inklusive seiner dritten Programme) und ZDF und in der DDR mit DFF1 und DFF2 nur wenige Sender gibt, setzt sich in den USA Kabelfernsehen durch. em Pay-TV-Anbieter HBO gelingt 1975 der Durchbruch, denn dank Satellitentechnik (zunächst auf Weststar 1, dann auf Satcom 1 mit 24 Transpondern) kann nun erstmals Fernsehen mit mehreren Kanälen USA-weit übertragen werden. Schon 1976 existieren für die USA 120 Transponder auf Satelliten – und jeder Transponder kann einen TV-Sender übertragen. Die Kabelfernsehkunden haben allerdings keine Satellitenschüssel auf dem Dach, sondern bekommen die Programme übers Fernsehkabel. Ins lokale Kabelnetz werden die Signale von einer Bodenstation (mit Satellitenantenne) in der Stadt eingespeist.

© ESA

1978 zieht Europa dann nach: Der europäische geostationäre Kommunikationssatellit OTS mit immerhin sechs Transpondern wird gelauncht. 1982 geht auch der erste Sat-TV-Sender Europas auf Sendung: Sky 1.

© SES

Ab 1988 sendet Astra 1A. Mit relativ kleinen Schüsseln (60–90 cm) und günstigen Receivern können 16 Programme empfangen werden, darunter ab 1989 die drei wichtigsten deutschen Privatsender RTL, Sat.1 und Pro7. Das deutsch-französische Konkurrenzsystem TV-Sat setzte sich nicht durch, obwohl sogar nur 45 Zentimeter kleine Schüsseln zum Empfang ausreichten. Der Grund: Nur vier Sender werden übertragen, und dafür sind auch noch spezielle Set-Top-Boxen für die moderne, aber exotische Fernsehnorm D2-MAC erforderlich.

© Wikipedia, Axlsite

Zwar ist Fernsehen auch heute noch wichtig, aber nicht mehr in seiner herkömmlichen Form: ein festes und unverrückbares Programm, das alle Zuschauer gleichzeitig verfolgen, wird bald der Vergangenheit angehören. Mit immer mehr Streaming-Angeboten und zeitversetztem Sehen werden schnelle Internetanbindungen von Tag zu Tag wichtiger – sowohl für Unternehmen als auch für Privatkunden. Der Eutelsat KA-SAT versorgt Europa seit 2010 von 9° Ost aus mit schnellem Satelliten-Internet. An Bord befinden sich 82 Transponder, jeder mit einer Kapazität von 475 Mbit/s. 7 Transponder senden und empfangen die Daten der Kunden in Deutschland, die Nutzer müssen sich natürlich die maximale Datenrate des Transponders teilen. Deshalb gibt es für jeden Kunden 22 Mbit/s – das ist fast so schnell wie eine aktuelle Einsteiger-VDSL-Verbindung – die aber ist nur in Städten verfügbar.

INNOspace Startseite | Impressum | Datenschutz