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. Bis Februar 2002 wurden 93 Satelliten in eine Erdumlaufbahn gebracht, im Februar 2009 waren noch 72 intakt und unter Kontrolle.

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

Entwicklung

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. 8 US-Dollar/min sehr hoch, die Endgeräte teuer und wesentlich unhandlicher als geplant. Dies führte dazu, dass statt der geplanten 2 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 wieder aufgenommen 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 $/min und 1,50 $/min. 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 Januar 2010 über 342.000 Kunden.^[4] Iridium will in Zukunft auch weltweiten Breitband-Internetzugang anbieten. Ein erster Schritt in diese Richtung ist Iridium OpenPort.^[5] Iridium OpenPort ist ein Breitband-Internetzugang für die Schifffahrt mit einer maximalen Datenübertragungsrate von 128 kbit/s.

Netzabdeckung

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.

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  Netzabdeckung von Iridium, Höhenwinkel 8,2°

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  Netzabdeckung in tiefen Schluchten und Bergtälern, Höhenwinkel 21°

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  Faustregel für einwandfreien Iridium-Empfang

An einem Standort mit Objekten, welche die Faustregel verletzen, wie zum Beispiel in einer tiefen Schlucht, kann es zu Verbindungsunterbrechungen kommen. Selbst Sträucher, Bäume, Haus- und Hüttenwände, welche die Faustregel verletzten, können die Iridium-Kommunikation stören. In einer sehr tiefen Schlucht, in der nur im Zenit uneingeschränkte Sicht zum Himmel besteht, ist im Worst Case 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 an den Polen besonders hoch. Iridium ist bis heute das einzige Satellitentelefonnetz, welches eine Versorgung an den beiden Polkappen garantiert. Für eine unterbrechungsfreie Iridium-Kommunikation benötigt man in der Nähe der Polkappen weniger freie Sicht zum Himmel als am Äquator.

Geographische Breite	Standort	Unterbrechungsfreie Iridium-Kommunikation, wenn uneingeschränkte Sicht zum Himmel ab dem Höhenwinkel
0°	Äquator	8.2°
50°	Frankfurt am Main	10°
66° 34'	Polarkreis	12°
71°	Nordkap, Point Barrow	20°

Animation der Netzabdeckung

Bei langen Telefongesprächen muss im Schnitt alle 9 Minuten^[8] 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 > 8.2°" eingehalten wird. Wird die Faustregel nicht eingehalten (Objekte mit Höhenwinkel > 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.

Technisches

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, nicht geosynchrone 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 funktionstüchtigen und einem Reservesatelliten je Bahn. Für die Umrundung der Erde benötigt ein Satellit etwa 100 Minuten.

Die Satelliten selbst 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.^[9] 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.^[10] Gespräche, die zwischen Iridium-Nutzern laufen, werden direkt zwischen den Satelliten übermittelt, ohne dazwischen geschaltete Erdstation.^[9] 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).^{[11][12][13][14]}

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  Unterseite eines Satelliten: Antennen

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  Gesamtansicht eines Iridiumsatelliten: Links Solarzellpaddel, Rechts Antennen

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 sehr aggressiver 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.

Netzstatus

Der Hauptkonkurrent Globalstar musste 2007 Probleme mit der frühzeitigen Alterung der Globalstar-Satelliten eingestehen.^[15] 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.^[16]

Die von Frost & Sullivan durchgeführten Messungen im Jahr 2002^[17], 2007^[18] und 2008 bestätigen den guten technischen Zustand der Iridium-Satelliten. Im Februar 2009 waren 66 aktive Iridium-Satelliten und sechs Reservesatelliten in der Erdumlaufbahn.^[19] Die erste Generation der Iridium-Satelliten wird voraussichtlich im Jahr 2015 durch die zweite Generation Iridium-Satelliten (NEXT)^[20] abgelöst. Interne Studien aus dem Jahr 2003 belegen^[21], dass die erste Generation Iridium-Satelliten bis Mitte 2014 funktionstüchtig bleiben sollte und erst ab Ende 2014 Iridium-Satelliten der ersten Generation altersbedingt ausfallen könnten.

Iridium-Flare

Beobachtung

Die Satelliten sind von der Erde aus zu bestimmten Zeiten für mehrere Sekunden mit dem bloßen Auge als so genannte 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 wenigen 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

→ Hauptartikel: Satellitenkollision am 10. Februar 2009

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.

Iridium NEXT

Ungewiss ist die Finanzierung der zweiten Generation von Iridium-Satelliten. Die Kosten für die NEXT-Satellitenflotte werden auf 2,9 Milliarden US-Dollar geschätzt.^[22] Iridium Satellite LLC erwirtschaftete im Jahr 2008 einen Überschuss von 68 Millionen US-Dollar.^[23] 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 kostenpflichtigen Satelliten-Nutzlasten ("secondary payloads") anderer Kunden zu füllen. Solche Kunden könnten Iridium-Satelliten mit einer Nutzlast versehen und zu ihren eigenen Zwecken nutzen.

Dennoch 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.^[24] 72 Satelliten sollen ab 2015 in die Umlaufbahn gebracht werden, die restlichen warten als Reserve am Boden auf ihren eventuellen Einsatz. Die neuen Satelliten ermöglichen nicht nur Telefongespräche, sondern auch IP-basierende Datenübertragungen mit bis zu 1,5 MB/s.^[25][26]

Siehe auch

• Inmarsat
• Globalstar
• Thuraya
• Ellipso
• ACeS
• Orbcomm

Weblinks

• Iridium Offizielle Betreiberseite (englisch)
• Iridium Classic Alte Betreiberseite (englisch)
• Iridium Messaging Kurzmitteilung an Iridiumteilnehmer senden
• [1] Offizieller YouTube - Channel
• CalSky - Aktuelle Termine für Iridium-Flares zu jedem Ort auf der Erde
• Heavens-Above - Ebenfalls aktuelle Termine für Iridium-Flares zu jedem Ort auf der Erde (englisch)
• Beschreibung der Satelliten und der Entstehung der Flares (englisch)
• Simulation der Iridium-Satellitenumlaufbahnen (Java-Applet)
• Tipps zur Satellitentelefonie
• Gunters Space Page: Iridium
• Gunters Space Page: Iridium-NEXT
• IRIDIUM SATELLITE SIGNALS: A CASE STUDY IN INTERFERENCE CHARACTERIZATION AND MITIGATION FOR RADIO ASTRONOMY OBSERVATIONS

Einzelnachweise

1. ↑ Status of reserved or assigned E.212 shared Mobile Country Codes (MCC) and associated Mobile Network Codes (MNC) (Englisch) (DOC; 70 KB) (7. September 2009). Abgerufen am 2. Dezember 2009.
2. ↑ Defense Department Contract Keeps Iridium Satellites In Orbit
3. ↑ Iridium Satellite LLC Acquires Assets Of Iridium LLC
4. ↑ Iridium Reports Fourth Quarter and Full Year 2009 Results
5. ↑ Iridium OpenPort
6. ↑ AN OPERATIONAL AND PERFORMANCE OVERVIEW OF THE IRIDIUM LOW EARTH ORBIT SATELLITE SYSTEM
7. ↑ Iridium 9555 Tutorial: Preparing to Make a Call Outdoors
8. ↑ AN OPERATIONAL AND PERFORMANCE OVERVIEW OF THE IRIDIUM LOW EARTH ORBIT SATELLITE SYSTEM
9. ↑ ^{a b} Iridium System Overview
10. ↑ http://space.skyrocket.de/doc_sdat/iridium.htm
11. ↑ Astronautix: Iridium
12. ↑ Gunters Space Page: LM700
13. ↑ Sternwarte Solingen: Iridium Flares
14. ↑ Iridium System
15. ↑ GLOBALSTAR, INC. FILES FORM 8-K WITH SEC
16. ↑ Degradation Of Satellites Puts Globalstar's Service, Business Plan At Risk
17. ↑ Satellite Telephone Quality of Service Comparison Iridium vs. Globalstar July 2002
18. ↑ FROST & SULLIVAN’S FEBRUARY 2007 LEO SATELLITE TELEPHONE QUALITY OF SERVICE COMPARISON
19. ↑ Iridium Constellation Status
20. ↑ What's NEXT?
21. ↑ Iridium Satellite LLC Estimates Constellation Life Span To Extend Well Beyond Original Predictions
22. ↑ http://investor.iridium.com/releasedetail.cfm?ReleaseID=475071
23. ↑ IRIDIUM SATELLITE REPORTS RECORD 2008 RESULTS
24. ↑ Gerhard Hegmann:US-Billigrakete greift Marktführer Ariane an, Artikel vom 17. Juni 2010 in der FTD
25. ↑ http://www.welt.de/die-welt/wirtschaft/article7904517/Satellitentelefon-Iridium-startet-neuen-Versuch.html
26. ↑ http://multivu.prnewswire.com/mnr/iridium/44300/docs/44300-Iridium_NEXT_Brochure.pdf