Starlink – Elon Musks Satelliten-Internet

Bereitstellung von Internetzugängen
Starlink ist ein von dem US-Raumfahrtunternehmen SpaceX (Leitung Elon Musk) betriebenes Satellitennetzwerk, das künftig weltweiten Internetzugang bieten soll. Seit 2020 befindet es sich im Betatest. Zum Kerngeschäft von Starlink zählt die Bereitstellung von Internetzugängen mit besonders geringer Paketumlaufzeit und die Bereitstellung in Gebieten, in denen zuvor keine oder eine nicht ausreichende Internetverbindung zur Verfügung stand.

Aktuell 1660 Starlink-Satelliten
Mit 1660 Starlink-Satelliten im Erdorbit (Stand Ende Juni 2021) ist SpaceX der mit Abstand größte Satellitenbetreiber weltweit. Insgesamt bestehen bis zum Jahr 2027 befristete Genehmigungen für den Start von maximal 11.927 Satelliten sowie Anträge von SpaceX für nochmals bis zu 30.000 Satelliten. Das entspricht zusammengenommen dem fünffachen aller von 1957 (Sputnik 1) bis 2019 gestarteten Satelliten.

Geplante Netzstruktur
In einer ersten Ausbaustufe sind bis zu 1584 Satelliten in etwa 550 km Höhe vorgesehen, bei der je 22 Satelliten auf 72 Bahnebenen mit 53° Inklination verteilt werden. Im zweiten Schritt sollen bis zu 2824 weitere Satelliten in 540 bis 570 km Höhe folgen. Im dritten Schritt möchte SpaceX bis zu 7518 Satelliten in Polarorbits in rund 340 km Höhe befördern. Die Anträge für 30.000 weitere Satelliten nennen Bahnhöhen von 328 bis 614 km.

Resultierende Effekte aus der für Satelliten relativ geringen Bahnhöhe
Kurze Signallaufzeiten in den Datenverbindungen zwischen Nutzer am Boden und Satellit. (300 km Strecke werden mit Lichtgeschwindigkeit in 1/1000 Sekunde durchlaufen.) Jeder Satellit wird vergleichsweise stark durch die in Bahnhöhe schon spürbar vorhandene Atmosphäre via Luftwiderstand abgebremst. Daraus ergibt sich ohne Schubantrieb ein nur zeitlich kurz anhaltender Aufenthalt im Bereich der ursprünglichen Bahnhöhe und relativ rasche, selbsttätig Entfernung aus der Bahn und rasches Absinken bis hin zum Absturz unter teilweisem Verglühen in einer tieferen Schicht der Atmosphäre.

Satellitentechnik
Die Starlink-Satelliten haben eine ungewöhnliche, extrem flache Bauform. Dadurch können sie beim Start aufeinandergestapelt werden, was im Vergleich mit herkömmlichen Starthalterungen Gewicht und Platz einspart. Die Satelliten verwenden vier Phased-Array-Antennen und einen Hallantrieb mit Kryptongas, das preiswerter als das üblicherweise genutzte Xenon ist. Mittels optischer Sensorik und Zugriff auf die Weltraumobjektdatenbank des North American Aerospace Defense Command sollen die Starlink-Satelliten selbständig Weltraummüll ausweichen können. Die Lebensdauer der ersten Satellitengeneration ist auf fünf Jahre ausgelegt; danach sollen weiterentwickelte Satelliten zum Einsatz kommen. Im Mai 2020 beantragte SpaceX bei der FCC die Betriebserlaubnis für die zweite Satellitengeneration. Die Datenübertragung erfolgt in Ku- und Ka-Frequenzbändern. Als Kommunikationsbandbreite der ersten Satellitengeneration gab Elon Musk etwa 40 bis 50 Gbit/s pro Satellit an. Wegen geographischer Gegebenheiten seien davon etwa 15 Gbit/s nutzbar.

Endgeräte
Für die Nutzer des Systems produziert SpaceX eigene Terminals. Diese besitzen eine auf einem Stab montierte, mit Elektromotoren mechanisch ausgerichtete und elektronisch nachgeführte Phased-Array-Antenne mit 59 cm Durchmesser. Die Kosten für das Terminal belaufen sich auf $500 während des Beta-Tests in den USA. Der Dienst selbst kostet in dieser Phase $100 im Monat. Sind alle Starlink-Satelliten der Phase 1 mit Laserlink ausgerüstet, kann für Schiffe im Seegebiet A3 ein zuverlässiger und schneller Internetanschluss realisiert werden. Damit eine einwandfreie, unterbrechungsfreie Kommunikation mit dem vollständig realisierten Starlink-Satellitennetzwerk der Phase 1 gewährleistet ist, muss das Endgerät generell rundherum uneingeschränkte Sicht zum Himmel ab einem Höhenwinkel von 25° aufweisen. Befindet sich ein Objekt in der ersten Fresnelzone und stört die Sichtverbindung vom Endgerät zum Starlink-Satelliten, kann ein Empfangsausfall die Folge sein. In der ersten Fresnelzone sollten sich keine Sträucher, Bäume, Felsen, Haus- und Hüttenwände befinden.

Optische Sichtbarkeit
Auffällig werden Starlink-Satelliten, wenn sie als kurze Kette von Lichtpunkten über den Himmel ziehen. Jeder einzelne Lichtpunkt ist im Vergleich zu Sternen schwach. Eine geradlinige Reihe von geschätzt 10-12 solcher Lichtpunkte innerhalb eines Gesamtwinkels von etwa 2 Daumenbreiten wird vom Sehsinn in seiner Gesamtheit als ein ausgedehntes Objekt interpretiert und ist in seiner Gesamtheit trotz der geringen Helligkeit der Einzelpunkte gut erkennbar. Jeder Satellit kann nur dann einen sichtbaren Lichtpunkt bilden, wenn er von der Sonne beschienen ihr Licht reflektiert und der Himmel nächtlich dunkel ist. Da die Satelliten durchwegs in niedriger Bahnhöhe umlaufen, darf die Sonne noch nicht allzu tief unter dem Horizont stehen, damit die Satellitenbahn noch von Sonnenlicht erreicht wird. Günstige Beobachtungszeit ist daher das erste (oder letzte) Nachtdunkel am Himmel, also kurz nach der Abend- oder vor der Morgendämmerung. Die „wandernde Lichterkette“ läuft – als grobe Schätzung der Winkelgeschwindigkeit – binnen 60 Sekunden 60 Winkelgrade weit am Himmel.

Weltraumschrott
Ein Hauptkritikpunkt an Systemen wie Starlink ist die mögliche Entstehung und Anhäufung von Weltraumschrott. Die US-amerikanische Aufsichtsbehörde Federal Communications Commission will Satellitenbetreiber künftig dazu verpflichten, Satelliten nach Ablauf ihrer Lebensdauer wieder aus dem Orbit zu holen. Die Starlink-Satelliten sollen über genügend Treibstoffreserven verfügen, um sie am Ende ihrer Nutzungsdauer wieder aus der Umlaufbahn zu entfernen – vorausgesetzt, bis dahin tritt kein technischer Defekt auf. Bei den rund 9000 für niedrige Umlaufbahnen vorgesehenen Satelliten genügt bereits die atmosphärische Reibung, um sie nach einem Ausfall der Steuerung innerhalb von fünf Jahren zurück auf die Erde stürzen zu lassen. Durch eine niedrige Aussetzhöhe verglühen Satelliten, die von Anfang an eine Funktionsstörung aufweisen, besonders schnell. Bis Ende Mai 2021 traten 80 Starlink-Satelliten wieder in die Erdatmosphäre ein, darunter beide Tintin-Satelliten und 53 der 60 Prototypen, die am 24. Mai 2019 gestartet worden waren.

Audio der Sendung „WDR 5 Quarks – Wissenschaft und mehr“ vom 10.09.202 verfügbar bis 10.09.2026
(Mehrere Themen: „Internet vom Himmel“ ab 1h 2m im Audio)

Quellen und weiterführende Informationen
-> https://de.wikipedia.org/wiki/Starlink
-> Artikel der Franfurter Rundschau vom 16.06.2021
-> Artikel der Zeitschrift „Capital“ vom 13.09.2021