Man könnte das W-Frequenzband für die Internetanbindung großer Hochleistungssatelliten nutzen, sagte Michael Schmidt von Joanneum Research in Graz. Zuvor müsse man die Frequenzstraße aber bei jedem Wetter kennenlernen.
Eine handliche Satellitenbox
Am 30. Juni startete vom Weltraumbahnhof in Cape Canaveral (USA) eine Falcon-9-Rakete mit Forschungssatelliten. Einer davon gehört den Grazer Forschern und ihren internationalen Projektpartnern: Er ist ein „Cubesat“, das heißt, eine Box von zehn mal zehn Zentimetern Grundfläche und dreißig Zentimetern Höhe.
„Rundherum sind Solarzellen gepackt, die insgesamt 16 Watt elektrischer Leistung erzeugen können, und eine Batterie ist an Bord, weil er immer wieder im Schatten der Erde fliegt“, erklärte Schmidt. Seine „polare Umlaufbahn“ in 540 Kilometern Höhe führt ihn fast im rechten Winkel zum Äquator knapp über den Polen vorbei.
„Er fliegt mit sieben Kilometern pro Sekunde, das ist sieben Mal schneller als eine Gewehrkugel“, sagte der Forscher. Meist kommt er dreimal am Tag über und nahe Graz vorbei und dreimal nachts. Dabei ist er jeweils fünf bis 15 Minuten anfunkbar, aus Energiespargründen schläft er den Rest der Zeit. Anhand der vorberechneten Bahndaten oder mithilfe eine selbst entwickelten „Mono-Path-Tracking“-Geräts, das ihn quasi nicht aus den Augen lässt, wenn es ihn einmal erspäht hat, richten die Grazer Forscher ihre Antenne nach ihm aus. „Das ist gar nicht so leicht, weil die Strahlbreite, um ihn zu erreichen, mit 0,2 Grad sehr gering ist“, sagte Schmidt: „Beim Mond ist sie zum Vergleich zweieinhalbmal so weit“.
Zwei Jahre Warten auf Genehmigung
Bevor der Satellit ins All geliefert wurde, suchten die Forscher um die Nutzung der gewünschten Frequenz an. Die Frequenzen werden von der Internationalen Fernmeldeunion vergeben. „Das Spektrum ist endlich, man kann es nicht erweitern“, sagte Schmidt: „Es wird quasi von Null Hertz bis zur Wellenlänge des Lichts um jeden Abschnitt gekämpft, wer ihn bekommt“. „Weil wir nur einen einzigen Ton mit 75 Gigahertz mit sehr geringer Leistung testen wollen, ist das aber für mögliche Konkurrenten zunächst sehr harmlos und wir stören keinen.“ Trotzdem dauerte es zwei Jahre, bis die Genehmigung eintrudelte.
Nun haben die Forscher zwei bis fünf Jahre Zeit, um zu demonstrieren, dass sie mit dieser Frequenz etwas Nützliches anfangen können, wie zum Beispiel die Internetanbindung über Feeder-Links für Hochleistungs-Datensatelliten (High Throughput Satellites – HTS) zu bewerkstelligen. Dann könnte man sie mit zusätzlichen Genehmigungen der lokalen Behörden kommerziell nutzen. „Das wird in Zukunft auch nötig sein, denn sonst erreichen wir bei den Hochleistungssatelliten nicht die nötige Kapazität für die Internetanbindung“, meint er.
Auswirkungen von Wetter untersucht
Die Forscher empfingen ein 75 Gigahertz Signal von dem Satelliten. „Das war eine Pionierleistung, so etwas gab es zuvor weltweit nicht“, sagte Schmidt. „Jede Frequenz hat hier ihre eigene Ausbreitungscharakteristik“, erklärte er: „Bei 60 Gigahertz ist sie zum Beispiel ganz schlecht, weil der Sauerstoff aus der Luft diese Schwingungen fast zur Gänze abdämpft“.
Bis jetzt kennt man bei der 75-Gigahertz Frequenz nur ihre Dämpfung in der Erdatmosphäre durch Messung von relativ kurzen terrestrischen Verbindungen. Die Forscher untersuchen deshalb, wie unterschiedlichste Tropfengrößen von Nieselregen bis Starkgewitter die Wellen beeinflussen. Bei einer Regenfront könne sich die Abschwächung innerhalb einer Sekunde um ein Vielfaches ändern, und man muss wissen, wie man die Bodenstationen auslegt, um trotzdem verlässlich mit den Satelliten kommunizieren zu können, so Schmidt.
Die Wetterdaten für ihre Modellberechnungen bekommen die Forscher von der österreichischen Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG). Außerdem messen sie zum Beispiel die Tröpfchengrößen-Verteilung mit einem selbst entwickelten „Distrometer“. Das Projekt wurde Umweltministerium mit rund einer Million Euro gefördert, die Finanzierung wird von der Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) im Rahmen eines ESA Projektes bereitgestellt, so Schmidt.