Kann das „Starlink-Modell“ mit Starlink konkurrieren? Chancen und Herausforderungen der Satelliten-Internet-Entwicklung in meinem Land

Als wirksame Ergänzung zu mobilen Basisstationen und Glasfasernetzen kann das Satelliteninternet Bereiche und Szenarien abdecken, die mit herkömmlichen Kommunikationsmitteln nur schwer erreichbar sind. Es ist ein Schlüsselglied beim Aufbau eines integrierten Luft-, Land- und Seenetzwerks im zukünftigen 6G-System. Im Jahr 2020 hat mein Land das Satelliteninternet erstmals auf politischer Ebene in die Kommunikationsnetz-Informationsinfrastruktur der „neuen Infrastruktur“ aufgenommen und damit seine große strategische Bedeutung verdeutlicht. Im Jahr 2022 spielte das „Starlink“-System eine wichtige Rolle in einem bestimmten Gefechtsfeld-Kommandosystem und bestätigte damit erneut, dass die Entwicklung des Satelliteninternets unmittelbar bevorsteht.

Starlink-System

Die Entwicklung des Satelliteninternets begann in den 1980er Jahren und durchlief drei große Phasen: Vor dem Jahr 2000 handelte es sich hauptsächlich um Schmalbandkommunikation, hauptsächlich um langsame Sprachdienste; von 2000 bis 2014 handelte es sich auch um Schmalbandkommunikation mit langsamen Sprach- und Datendiensten; Nach 2014 war es vor allem das Breitband-Internet, dessen Hauptmerkmale hohe Geschwindigkeit, geringe Latenz und große Datenmengen waren. Die repräsentativere Konstellation ist das US-amerikanische „Starlink“-System.

Das Starlink-System ist ein Satelliteninternetprojekt, das 2015 vom US-Unternehmen SpaceX gestartet wurde. Geplant ist die Stationierung von 12.000 Satelliten in erdnahen Umlaufbahnen zwischen 2019 und 2024 und von 42.000 bis 2027[1]. Damit soll das weltweit größte Konstellationsnetzwerk entstehen, das einen weltumspannenden Hochgeschwindigkeits-Internetzugang mit geringer Latenz ermöglicht. Die ursprüngliche Absicht bestand darin, Internetdienste auf globaler Ebene bereitzustellen, insbesondere in abgelegenen Gebieten, die derzeit keinen Internetzugang haben. Bis heute hat Starlink mehr als 4.600 Satelliten gestartet[2] und damit verbundene Dienste für mindestens 46 Länder und Regionen bereitgestellt[3]. In tatsächlichen Tests erreichte die maximale Downloadgeschwindigkeit 400 Mbit/s, die maximale Uploadgeschwindigkeit lag bei etwa 18 Mbit/s und die Verzögerung betrug nur 27 ms, was deutlich besser ist als bei herkömmlichen Satelliten-Internetzugangsdiensten[4]. Im Jahr 2022 wurde in ein bestimmtes Kommandosystem Starlink-Geräte zur Informationsübertragung, Nachrichtenbeschaffung und Drohnensteuerung integriert, um sicherzustellen, dass selbst bei einer Zerstörung des kabelgebundenen Netzwerks weiterhin ein internes Kommunikationsnetzwerk aufgebaut werden kann, um eine unterbrechungsfreie Kommandoführung zu gewährleisten[5].

Wettbewerb um Satelliten-Internetressourcen

Für den Aufbau des Satelliteninternets ist eine bestimmte Anzahl von Satelliten erforderlich. Bei Satelliten sind Orbital- und Frequenzbandressourcen knappe Ressourcen und international gilt üblicherweise das Prinzip „Wer zuerst kommt, mahlt zuerst“.

Bei Satellitenumlaufbahnen unterscheidet man hohe Umlaufbahnen (GEO), mittlere Umlaufbahnen (MEO), niedrige Umlaufbahnen (LEO) usw. Obwohl die Einzelsternabdeckungsfähigkeit der LEO-Umlaufbahn schwächer ist als die der GEO- und MEO-Umlaufbahnen, kann durch Konstellationsnetzwerke eine flächendeckende nahtlose Abdeckung erreicht werden. Verbindungsverluste und Übertragungsverzögerungen sind minimal (innerhalb von 10 ms) und auch die Anforderungen an die Verarbeitungskapazität des Terminals sind gering, sodass sie den Anforderungen des zukünftigen Satelliteninternets besser gerecht werden. Die erste Phase der Konstellation des Starlink-Systems besteht aus 4.408 Satelliten mit einer Umlaufbahnhöhe von etwa 550 km, die zweite Phase der Konstellation besteht aus 7.518 Satelliten mit einer Umlaufbahnhöhe von etwa 340 km und die 30.000 Satelliten, deren Start in der dritten Phase der Konstellation geplant ist, werden alle die niedrige Erdumlaufbahn nutzen. Schätzungen zufolge bietet die LEO-Umlaufbahn der Erde Platz für etwa 60.000 Satelliten, und Starlink-Satelliten werden bald die meisten davon besetzen, was einen erbitterten Wettbewerb zwischen den Weltraummächten ausgelöst hat[6]. Während des 13. Fünfjahresplans schlug mein Land Pläne für Satelliteninternet in niedrigen Umlaufbahnen wie „Hongyan“ und „Hongyun“ mit nur mehr als 400 Satelliten vor. Im April 2021 gründete mein Land die China StarNet Company, die auf die Entwicklung, den Bau und den Betrieb von Satelliteninternet spezialisiert ist. Sein Konstellationsplan „StarNet Project“ sieht den Start von 12.992 Satelliten in niedriger Umlaufbahn (6.080 Satelliten mit einer Umlaufbahnhöhe von 500–600 km und 6.912 Satelliten mit einer Höhe von 1.145 km) vor, um ein riesiges Konstellationssystem aufzubauen.

Was die Frequenzbandressourcen betrifft, werden in der Satellitenkommunikation üblicherweise die Bänder C, KU und KA verwendet: Das C-Band wird hauptsächlich in geostationären Umlaufbahnen verwendet und weist eine niedrige Frequenz, geringe Verstärkung, große Antennengrößen, eine starke Entstörungsfähigkeit und einen stabilen Übertragungskanal auf. Derzeit tendieren die verfügbaren Ressourcen zur Ausschöpfung; Das KU-Band verfügt über eine hohe Frequenz, eine hohe Verstärkung und eine kleine Antennengröße, was die Verwendung durch Empfangsgeräte erleichtert. Es handelt sich um das goldene Frequenzband für die Satellitenkommunikation und die verfügbaren Ressourcen sind relativ gesättigt. das KA-Band hat eine höhere Frequenz und eine größere Frequenzbandbandbreite. Es handelt sich um das goldene Frequenzband für die Hochgeschwindigkeits-Satellitenkommunikation und die verfügbaren Ressourcen sind zudem relativ gesättigt. Die vom Starlink-System belegten Frequenzen verteilen sich hauptsächlich auf die beiden goldenen Frequenzbänder KU und KA, und die Konstellation der dritten Phase nutzt das höhere E-Band. Das „Starnet-Projekt“ meines Landes hat im September 2020 die Frequenzzuteilungsdatei für den „GW“-Breitbandkonstellationsplan bei der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) eingereicht. Die Übertragungsfrequenzbänder sind hauptsächlich im KA-Band und im höherfrequenten V-Band verteilt.

Trotzdem befinden sich viele unserer Projekte zur Satelliteninternetkonstellation derzeit in der ersten Testphase und es gibt noch einige ungelöste Probleme. Der Kampf um die Ressourcen hat jedoch nicht nachgelassen und die Weltraummächte holen auf. Daher haben wir noch einen langen Weg vor uns.

Entwicklungsinspiration

Als weltweit größte und technologisch fortschrittlichste Konstellation hat das Starlink-System in vielen Bereichen wie Kommunikation und Fernerkundung eine gute Rolle gespielt, weist aber auch viele Probleme auf, aus denen es sich zu lernen lohnt.

Erstens kann es leicht eine Bedrohung für andere Raumfahrzeuge darstellen. Seit dem Betrieb des Starlink-Systems kam es zu zahlreichen Beinahe-Begegnungen zwischen EU-Raumfahrzeugen und der Raumstation meines Landes. Der Hauptgrund liegt darin, dass die Entfaltung der Starlink-Satelliten nicht „in einem Schritt“ erfolgt, sondern diese zunächst in eine extrem niedrige Umlaufbahn gebracht und dann aus eigener Kraft in die Zielumlaufbahn getrieben werden. Da es eine sehr schwache elektrische Hall-Antriebstechnologie verwendet, ist es schwierig, seine Fluglage rechtzeitig anzupassen, wenn es während des Antriebs auf andere Raumfahrzeuge trifft.

Zweitens führt die niedrige Umlaufbahn zu einem erheblichen Anstieg der Wartungskosten. Um die Kapazität des Starlink-Systems zu erhöhen, wurde die Betriebsumlaufbahn des Systems von ursprünglich 1.150 km auf 550 km bzw. 340 km reduziert (unter 600 km befindet sich Luft in der Atmosphäre). Es besteht ein gewisser Betriebswiderstand und der Satellit muss seine Umlaufbahnhöhe häufig anpassen. Obwohl die geplante Lebensdauer des Satelliten sieben Jahre beträgt, beträgt die tatsächliche durchschnittliche Lebensdauer lediglich fünf Jahre. Daher müssen nach der Einführung des Starlink-Systems jedes Jahr 20 % der Satelliten (etwa 8.000 Satelliten) ersetzt werden, was die Wartungskosten der Konstellation erheblich erhöht.

Drittens erhöht die Intersatellitenverbindungstechnologie die Übertragungsleistung der Verbindung. Der Satellit „Starlink“ hat mehrere Versionen durchlaufen: V0.9 (Gewicht 227 kg), V1.0 (Gewicht 260 kg), V1.5 (Gewicht 277 kg) und jetzt V2.0 (Gewicht 1,25 t); Ab der Version V1.5 verwendet „Starlink“ Laserverbindungen zwischen Satelliten, wodurch die Abhängigkeit von Bodennetzwerken und Signal-Gateways erheblich reduziert und die Komplexität des Bodensegments des Systems verringert wird. Gleichzeitig hat die Relaisübertragung im Weltraumsegment einen großen Optimierungseffekt hinsichtlich Verlust und Verzögerung bei der Informationsübertragung.

Bei der Entwicklung des Satelliteninternets waren die USA international stets führend und haben sich auch im Wettbewerb um Ressourcen viele „Vorteile“ verschafft. Wir hoffen, durch Analyse und Studium einige Erkenntnisse über die Entwicklung des Satelliteninternets meines Landes zu gewinnen. Darüber hinaus erhöht die deutlich größere Größe der neuen Version des „Starlink“-Satelliten zweifellos auch seine Fähigkeit zur Funktionserweiterung. Das zukünftige „Starlink“ ist möglicherweise kein einfaches kommerzielles Kommunikationssystem mehr. Es wird erwartet, dass die militärischen Anwendungen in Zukunft immer aggressiver werden. Daher ist die Entwicklung unseres Satelliteninternets dringend.

Verweise

[1] Baidu-Enzyklopädie: Starlink, https://baike.baidu.com/item/%E6%98%9F%E9%93%BE/15519513?fr=ge_ala, 27. April 2023.

[2] SpaceX Falcon 9-Rakete startet erfolgreich 47 Starlink-Satelliten, „Space Window“ (539), https://mp.weixin.qq.com/s/xZt6XwLtBI3CFNYDNCiwtw, 24. Juni 2023.

[3] Global Space Mission Outlook im Jahr 2023: Die Anzahl der Satelliten von SpaceX im Orbit übersteigt 4.000, und Starlink-Breitband ist mittlerweile in 53 Ländern mit über 1 Million Abonnenten verfügbar, https://www.shangyexinzhi.com/article/7985588.html, 7. Mai 2023.

[4] Was ist so toll an Starlink? https://baijiahao.baidu.com/s?id=1754501993603071083&wfr=spider&for=pc, 9. Januar 2023.

[5] Xinhuanet: „Starlink“ wird gestartet und der „Star Wars“ beginnt: Welche militärischen Anwendungen hat das Starlink-Projekt? 18. Januar 2022.

[6] Weißbuch zur Entwicklung der chinesischen Satelliteninternetindustrie im Rahmen der Initiative „Neue Infrastruktur“, 29. Mai 2020.

Autor: Sang Jinxin

Einheit: China Mobile Smart Home Operation Center