Geostationäre Satelliten – ein ganz normaler Satellit?
Sep
Der Begriff Satellit beschreibt ein astronomisches Objekt, welches einen Himmelskörper, einen Planeten oder Stern, umkreist. Wenn diese künstlich geschaffen werden, um die Erde zu umkreisen, werden sie als Erdsatellit bezeichnet. Geostationäre Satelliten folgen der Erdrotation, sie bewegen sich mit einer Winkelgeschwindigkeit von ungefähr einer Erdumrundung pro Tag und befinden sich immer über dem gleichen Punkt der Erdoberfläche. Sie umrunden die Erde mit einer Umlaufgeschwindigkeit von ca. 3,07 km/s. Dies gilt zum Beispiel für Fernsehsatelliten, Wettersatelliten und auch Kommunikationssatelliten. Diese künstlichen Erdsatelliten wurden dort angebracht, um ein ausgesendetes Signal von der Erde an einen Empfänger auf der Erdoberfläche weiterzuleiten. Satelliten befinden sich auf der Satellitenbahn in einem Gleichgewicht zwischen der Zentrifugalkraft und der Erdanziehungskraft.
Der Satellit und seine verschiedenen Bauarten
Geostationäre Satelliten werden in zwei Bauarten errichtet, spinstabilisiert oder dreiachsenstabilisiert, auch drallstabilisert genannt. Geostationäre Satelliten arbeiten nahezu autark, sie gewinnen die notwendige Energie aus den angebrachten Solarzellpaddel.
Spinstabilisierte Satelliten
Diese Satelliten sind trommelförmig, der Körper ist mit Solarzellen ummantelt. Durch die spezielle Form ist es dem Satelliten möglich, eine bestimmte Richtung beizubehalten.
Drall- oder Dreiachsenstabilisierung
Die quaderförmige Gestaltung des Flugkörpers sorgt dafür, dass die Vorderseite zur Erde ausgerichtet werden kann, die Rückseite deutet auf den Zenit. Beide Seiten sind mit Solarzellenflügeln bedeckt.
Einschuss des Satelliten
Mithilfe einer Trägerrakete wird der Erdsatellit in die geostationäre Transferbahn gebracht, um anschließend durch den eigenen Apogäumsmotor auf die geostationäre Umlaufbahn gebracht zu werden. Bei diesem Manöver wird der Großteil des Treibstoffs aufgewendet, sodass er, angekommen auf der finalen Umlaufbahn, bloß noch die Hälfte seiner ursprünglichen Masse aufweist. Mithilfe des verbleibenden Treibstoffs können nun Korrekturen rund um die Position des Satelliten in der Umlaufbahn vorgenommen werden.
Geostationary Earth Orbit – Umlaufbahn
Die geostationäre Umlaufbahn von einem Satelliten wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, dazu zählen insbesondere Himmelskörper und Planeten wie Sterne, Erde, Mond und die Sonne. Für die Positionierung eines geostationären Satelliten existieren nur zwei zuverlässige Standorte, die anderen sind labil und erfordern regelmäßige Korrekturen. Ständige Korrekturen kosten Leistung und verkürzen die Lebensdauer des Satelliten. Wenn ein Satellit aus seiner Umlaufbahn gerät und nicht mehr kontrolliert werden kann, treibt er zu einem der labilen Punkte, dort sammeln sich bereits mehr als 160 Satelliten.
Bahnstörungen der Umlaufbahn bewirken auch Veränderungen der Bahnneigung, diese müssen regelmäßig korrigiert werden, sonst vergrößern sich diese fortlaufend. Korrekturen in Nord-Süd-Richtung erfordern weitaus mehr Leistung als Verschiebungen auf der Bahn längs des Äquators. Satellitenpositionen werden von der internationalen Fernmeldeunion zugeteilt, um Störungen der Satelliten untereinander zu vermeiden. Bedingt durch die hohe Anzahl aktiver Erdsatelliten wurde der festgelegte Abstand verringert, dieser beträgt nun 1400 Kilometer.
Die zugeteilte Position kann als Box bezeichnet werden, innerhalb dieser muss der Satellit platziert werden. Zusätzlich ist es möglich, mehrere Satelliten innerhalb dieses Standortes zu platzieren, dies wird als Co-Positionierung bezeichnet und ist für bis zu acht Satelliten möglich.
Flughöhe und deren Berechnung
Um eine stetige Bewegung des Satelliten zu ermöglichen, muss dieser kontinuierlich zum Erdmittelpunkt beschleunigen. Diese Kraft für die Eigengeschwindigkeit wird aus der Gravitationswechselwirkung genommen. Die Berechnung der Höhe orientiert sich am Bahnradius und dem Radius der Erde am Äquator.
Sichtbarkeit des Satelliten
Geostationäre Satelliten bewegen sich von der Erde aus gesehen nicht, sie befinden sich im Idealfall stets über dem gleichen Punkt der Erdoberfläche. Um ein Signal zu empfangen, oder weiterzuleiten, ist für Beobachter auf der Erde klare Sicht erforderlich, innerhalb von Gebäuden oder Garagen werden diese schlecht oder nur verfälscht empfangen.
Ausleuchtzone
Die Ausleuchtungszone eines Satelliten beschreibt den Bereich, den dieser auf der Erdoberfläche abdeckt. Umso kleiner der Öffnungswinkel und je niedriger die geostationäre Umlaufbahn, desto kleiner ist der vom Satelliten bestrahlte Bereich.
Nutzung geostationärer Satelliten
Geostationäre Satelliten werden unter anderem zur Kommunikation und Wetterberichterstattung genutzt. Sie liefern zuverlässige Informationen und übermitteln Daten über Signale.
Wettersatelliten
Geostationäre Wettersatelliten werden auch als Erdbeobachtungssatellit bezeichnet, sie beobachten meteorologische Vorgänge und geben diese Informationen an Empfangsstationen auf der Erde weiter. Mit einem Wettersatelliten können chemische und physikalische Vorgänge innerhalb der Erdatmosphäre überwacht werden, durch die Auswertung dieser Daten können beispielsweise Wettervorhersagen erstellt und die Gesetzmäßigkeit des generellen Klimas erforscht werden.
Kommunikationssatelliten
Kommunikationssatelliten befinden sich ausschließlich zum Zweck der Kommunikation auf der Erde im Orbit. Dies umfass sämtliche Medien, wie zum Beispiel Fernsehen und Telefon. Auch das Radiosignal wird über einen Satellit an die entsprechenden Endgeräte übertragen.
Satellitentelefone
Satellitentelefonie bietet dem Anwender die Möglichkeit, auch ohne Mobilfunknetz Telefonate zu führen und Textnachrichten zu versenden. Diese Telefone sind deutlich teurer als herkömmliche Smartphones, jedoch unabdingbar in Gebieten ohne Netzverbindung. Sie werden überwiegend auf Expeditionen und auf hoher See genutzt. Sie bieten zusätzliche Sicherheit innerhalb abgelegener Gebiete und ermöglichen eine konstante Kommunikation, je nach Modell kann der Nutzer sogar auf das Internet zugreifen und E-Mails verfassen.
Nachrichtensatelliten
Aufgrund integrierter Transponder können moderne Satelliten ihre Informationen direkt an den Konsumenten senden. Sie dienen der zügigen Übermittlung wichtiger Daten weltweit.
GPS-System
Auch das GPS-System, global positioning System, arbeitet mit geostationären Satelliten. Es ermöglicht eine weltweite Ortung und kann vielfältig genutzt werden. Die Satelliten dieses Systems umrunden die Erde und senden in immer gleichen Abständen ein Signal aus, welches auf der Erde von einem GPS-Gerät empfangen und ausgewertet werden kann. Mithilfe der benötigten Zeit für diese Übertragung und der Entfernung zum geostationären Satelliten kann das Gerät dann die eigene Position und Geschwindigkeit ermitteln.
Verwendung des GPS-Systems
GPS-Systeme finden in vielen Produkten Verwendung, das Bekannteste ist wohl das Navigationssystem zur Orientierung und Wegweisung, im Auto, mit dem Fahrrad oder auf Wanderungen. Die geostationären Satelliten dieses Systems umrunden die Erde und können unter idealen Bedingungen überall auf dem Globus empfangen und ausgewertet werden. GPS-Tracker bieten somit die Möglichkeit, nach Gegenständen und Personen zu suchen, wenn diese das Gerät mit sich führen.
Zusätzlich können diese Gadgets zur Sicherung von Fahrzeugen und hochwertigen Gegenständen genutzt werden, sie spielen eine große Rolle im Diebstahlschutz und unterstützen bei der Verfolgung von Diebesgut. Für eine Ortung ist das Signal von einem einzigen Satellit nicht ausreichend, es müssen mindestens vier deutliche Signale empfangen werden, um eine exakte Berechnung zu gewährleisten. Die Signale dieser Satelliten können zusätzlich von weiteren Faktoren beeinflusst werden, beispielsweise dicke Wände oder dichte Wälder. So kann ein geostationärer Satellit kein klares Signal weiterleiten, es wird gespiegelt oder undeutlich, das führt zu falschen Ortungsdaten und beeinträchtigt die Positionsbestimmung.
Aufgrund dieser Technologie bietet ein GPS-Produkt, je nach Modell und Hersteller, zusätzliche Funktionen an. Es ist möglich, bestimmte Gebiete einzugrenzen oder Alarme zu setzen, wenn Geschwindigkeiten oder Grenzen überschritten werden. Diese Daten werden aus der Position des Trackers anhand der Satellitendaten berechnet.
Alle Wetter- und Nachrichtendienste verlassen sich auf die Daten geostationärer Satelliten in ihren Umlaufbahnen und arbeiten mit den erhaltenen Informationen.
