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Geostationärer Satellit
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Ein geostationärer Satellit ist ein künstlicher Satellit, der sich auf einer Kreisbahn 35.880 km über der Erdoberfläche über dem Äquator befindet. Dort befindet sich die sogenannte Geosynchrone Umlaufbahn (kurz GEO, engl.: Geosynchronous Earth Orbit), d.h. dort stationierte Satelliten bewegen sich mit einer Winkelgeschwindigkeit von einer Erdumrundung pro Tag und folgen der Erddrehung. Dadurch befinden sich geostationäre Satelliten im Idealfall immer über dem gleichen Punkt der Erdoberfläche bzw. des Äquators und die ständige Neuausrichtung der Antennen auf der Erde und am Satelliten kann entfallen.
Typische Beispiele für geostationäre Satelliten sind Kommunikationssatelliten und Wettersatelliten, aber auch militärische Satelliten wie etwa Frühwarnsatelliten und Abhörsatelliten (Siehe auch Liste der Geostationären Satelliten).
Ein Radiosignal, das ein geostationärer Satellit weiterleitet, erfährt aufgrund der Entfernung von 2 x 36.000 km aufgrund der Lichtgeschwindigkeit, die auch für Radiowellen gilt, eine Verzögerung von 0,25 Sekunden.
Bis ein Gesprächspartner antworten kann, vergehen somit mindestens 0,5 Sekunden.
Datenkomprimierung, Verschlüsselung oder Datenkodierungen vergrößern die Verzögerungszeiten möglicherweise zusätzlich.
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Einschuss
Typischerweise bringt die Trägerrakete den Satelliten auf eine stark elliptische GTO (Transferbahn). Von dort befördert ihn der satelliteneigene Apogäumsmotor in die Geosynchrone Umlaufbahn (GEO). Dabei verbraucht der Satellit den größten Teil seines Treibstoffvorrates (meistens Stickstofftetroxid und MMH), sodass er nach der Ankunft im GEO nur noch in etwa halbsoviel wiegt wie beim Start. Die restlichen Treibstoffreserven reichen jedoch aus um alle Bahnkorekturen während der Lebensdauer des Satelliten im GEO vorzunehmen.
Dass die Trägerrakete den Satelliten direkt im GEO absetzt, kommt nur bei russischen Satelliten und US-amerikanischen Millitärsatelliten vor.
Es wird erwogen, eine neue wiederzündbare Ariane 5-Oberstufe einzuführen, die ebenfalls Satelliten direkt in den GEO bringen könnte.
Die Kosten für den Transport von 1 kg Nutzlast in den GTO liegen bei 30.000 bis 50.000 €.
Satellitenbahn
Der Einfluss des Mondes, der Sonne und insbesondere der Erddeformationen stört die geostationäre Umlaufbahn. Nur auf vier Positionen hält ein Satellit seinen Standort, und nur zwei von ihnen sind stabil: 105°W und 75°O. Die anderen beiden sind labil, 15°W und 165°O. Kleine Störgrößen bewirken eine Drift zu den stabilen Lagen. Die Positionierung eines Satelliten außerhalb dieser Punkte erfordert daher fortlaufend eine Bahnkorrektur.
Die Bahnstörungen beeinflussen auch die Bahnneigung. Ohne Korrekturen vergrößert sie sich je nach Position um etwa 0,5° pro Jahr. Der Satellit steht nicht mehr ortsfest am Himmel, sondern bewegt sich relativ zur Erde auf einer Kurve in Form einer Acht. Die Abweichung von der Kreisform hin zu einer elliptischen Bahn drückt sich in einer Asymmetrie der Kurve aus, ähnlich wie die der Analemma-Kurve der Sonne. Bahnkorrekturen in Nord-Süd-Richtung erfordern sehr viel mehr Treibstoff als Verschiebungen entlang des Äquators. Deshalb lassen die Betreiber alte Satelliten (mit fast erschöpten Treibstoffvorräten) wenn möglich, im so genannten Inclined Orbit pendeln. Bei einer N/S-Schwankung um 10° beträgt die W/O Variation etwa 0.5°.
Die Knoten einer geostationären Umlaufbahn liegen um den Frühlings- und Herbstbeginn in der Nähe der Verbindungslinie Sonne-Erde und des Erdschattens. Aus diesen Gründen kann es zu folgenden Störungen kommen:
Ein geostationärer Satellit bezieht seine Energie nahezu ganzjährig vollständig aus Solarzellen. Nur von März bis Mitte April und September bis Mitte Oktober steht er nachts für maximal 70 Minuten im Erdschatten (engl. Eclipse). Während der Zeit dieser Eclipse liefern Akkus, die von den Solarzellen aufgeladen wurden, den elektrischen Strom.
Es sind jedoch auch Satelliten gebaut worden, die keine Akkus zum Weiterbetrieb ihrer Nutzlast während der Eclipse besitzen und deshalb ihre Arbeit kurzzeitig unterbrechen müssen (Beispiel: TV-SAT).
Im selben Zeitraum, d.h. wenn Satellit, Erde und Sonne auf einer Linie liegen, steht die Sonne an mehreren aufeinanderfolgenden Tagen für wenige Minuten hinter oder dicht beim Satelliten. Die Mikrowellenstrahlung der Sonne überlagert die des Satelliten und es kommt für wenige Minuten zur Unterbrechung der Satellitenverbindung (engl. "sun outage").
Beispiele für geostationäre Satelliten
Kommunikationssatelliten
Wettersatelliten
Siehe auch
Weblinks
- Schrittweise Erklärung der Manöver um einen Eutelsat II Satelliten vom GTO in einen GEO zu bringen (englisch)
- Online-Berechnung von sun outages für TV-Satelliten (englisch)
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