Til hovedsiden
    

   
    Bli medlem
    Siste nytt
    Artikler
    Bildeserier
    Temasider
    Bildearkiv
    Foredrag
    Effekter til salgs
    Lenker
    Spørsmål og svar
    Spør oss
    Prosjektoppgave
    Om oss
    NAF på Facebook
    Kontakt oss
    Nettstedskart
    Hovedsiden
Trykk for å lese mer om sitatet
 

Iridium - Framtidens satellittbaserte mobiltelefonsystem?

Av Knut Kristian Røberg

 

Artikkel publisert i Nytt om Romfart, 23. årgang, nummer 86, april-juni 1993, sidene 22-25 av Norsk Astronautisk Forening/www.romfart.no.

Skriv ut

Tips bekjent

 

Telegiganten Motorola annonserte 26. juni 1990 sine planer om et verdensomfattende mobiltelefonsystem, basert på kommunikasjonssatellitter i lav jordbane. Satellittsystemet skal sørge for at man kan benytte mobiltelefoner helt uavhengig av hvor på Jorden man befinner seg.

Motorolas opprinnelige planer var basert på et nettverk av 77 små satellitter i polare baner. De 77 satellittene var spredt ut i 7 forskjellige baneplan med 11 satellitter i hvert plan. Dette mobiltelefonsystemet fikk navnet Iridium etter grunnstoffet med atomnummer 77. De 77 små satellittene skulle gå rundt Jorden på samme måte som de 77 elektronene går rundt kjernen i et iridiumatom. Senere har imidlertid antallet satellitter blitt redusert til 66, men Motorola har allikevel valgt å beholde navnet Iridium. Den nye konfigurasjonen vil fortsatt bestå av satellitter som har en banehøyde på 764 km, men vil isteden for 7 baneplan ha 6 baneplan med 11 satellitter i hvert plan.

Motorola Satellite Communications Iridium-prosjekt er kostnadsberegnet til nærmere 3,2 milliarder amerikanske dollar og Motorola kommer med dette prosjektet til å skape en revolusjon innen kommersialiseringen av romvirksomheten. Iridium forventes i utgangspunktet å kreve bygging av hele 90 små kommunikasjonssatellitter, noe som betyr at man for alvor vil gå i retning av masseproduksjon av satellitter. Selve kommunikasjonsmodulene vil Motorola selv være ansvarlig for bygging av, mens Lockheed Missiles & Space Co (Lockheed Commercial Space) har fått tildelt oppgaven å bygge rammeverket for satellittene. Selv om Lockheed er hovedkontraktør, regner man med at en god del av Iridium-programmets kontrakter vil gå til Europa og Stillehavslandene i Asia.

Finansiering

En rekke investorer har så langt gitt finansiell bistand til Iridium-prosjektet, blant annet har en gruppe med 20 Tokyo-baserte firmaer gått med på å investere 240 millioner dollar i Iridium. Totalt har den første runden med finansiering gitt 800 millioner dollar fra investorer fra hele verden. Selv om det foreligger planer fra flere andre amerikanske sammenslutninger om tilsvarende verdensomfattende mobiltelefonsystemer, har en rekke firmaer valgt å investere i Iridium fordi de føler at dette prosjektet har kommet lengst og som det uttales: «Etter grundige undersøkelser og studier ser det ut til at Motorolas prosjekt er det riktige å å gå inn i.»

Baneplan og nettverk

Det var helt tilbake i 1987 at en gruppe med forskere ved Motorolas Government Electronics Group begynte å studere et globalt kommunikasjonssystem for militære anvendelser - et system som skulle være basert på bærbare enheter. Systemet skulle ta utgangspunkt i eksisterende teknologi og et satellittbasert system ble valgt for å gjøre det virkelig verdensomspennende.

Iridium-gruppen brukte mer enn 18 måneder på å studere hvordan et satellittnettverk kunne sørge for mobiltelefontjenester til nær sagt hvem som helst på Jorden. Full global dekning var helt essensielt, noe som tilsa en løsning med få satellitter i høye jordbaner.

Nettverket skulle imidlertid kunne utnyttes med små bærbare mobiltelefoner. Dermed var det best å satse på lave jordbaner, men banene måtte likevel ikke være så lave at satellittenes levetid ble sterkt redusert på grunn av atmosfærisk oppbremsing. Satellittene kunne heller ikke plasseres nær de bemannede banehøydene og heller ikke så langt ut at de var utenfor rekkevidden tilsvarende kapasiteten til de små og rimelige Pegasus-bærerakettene man ønsket å benytte seg av.

Signalforsinkelsen ville bli et problem hvis man valgte for store banehøyder, og dessuten kunne man få problemer med strålingsbeltene rundt Jorden. Det optimaliserte svaret på alle disse løsningsmulighetene var å plassere de såkalte lettvektssatellittene i 7 (nå redusert til 6) polare baneplan med en banehøyde på 764 km. Satellittene vil «bevege seg i samme retning», det vil si de 6 baneplanene vil rotere mot Nordpolen på en side av Jorden og komme ned mot Sørpolen på den andre siden av Jorden.

De 11 satellittene i hvert plan er fordelt jevnt utvover i sitt plan. Sammenlignet med satellitter i geostasjonære baner vil Iridiums lettvektssatellitter i lav jordbane tillate en vesentlig reduksjon i utstrålt effekt og antenneforsterkning for de bærbare mobiltelefonene, som dermed får en mindre vekt. På grunn av de lave banene vil man få en merkbar reduksjon i signalforsinkelsen i forhold til geostasjonære satellitter, selv om signalene må rutes via flere satellitter fra en bruker til en annen.

Dagens geostasjonære kommunikasjonssatellitter i cirka 36 000 km høyde krever en parabolantenne for tale-kommunikasjon fordi satellittene ikke har kraftige nok sendere og mottakere med muligheter for å sende og motta signaler fra en enkelt liten antenne. Og i tillegg kan ikke parabolantennen være plassert for nær syd- eller nordpolen fordi satellitten får et for snevert «synsfelt» ved polene. Årsaken til at man trenger så mange satellitter når man velger lave jordbaner istedenfor de geostasjonære, er at satellittene vil bevege seg relativt til Jorden. Dermed er det nødvendig med et stort antall for å garantere global dekning. Satellittenes 48 celler vil gi størst overlapp ved polene og mange av cellene kan dermed slås av for en tidsperiode når satellittene passerer polene. Motsatt effekt får man ved ekvator der cellene må stå på. På et gitt tidspunkt vil cirka 50-60 % av Iridiums 3168 celler være på. Dersom Iridium av en eller annen grunn har fått forbud mot å operere i visse geografiske områder (av politiske eller militære årsaker) vil det bety at en eller flere celler må slås av i gitte deler av verden. Hvis en satellitt skulle feile helt, ville det bli et gap på 10-12 minutter hver 12. time uten noen tilgjengelig service ved ekvator. Dette tidsgapet ville bevege seg rundt Jorden, det ville bli redusert til cirka 2 minutter ved Los Angeles' breddegrad og forsvinne omtrent ved Chicagos breddegrad. Satellittene begynner å få celleoverlapp ved cirka 40. breddegrad. En celle vil bevege seg med en utrolig hastighet av 7400 m/s og det vil være omtrent 300 kanaler tilgjengelig i hver celle.

Brukerområder

En bruker av en Iridium mobiltelefon vil kunne foreta en telefonsamtale fra en hvilken som helst del av verden til en hvilken som helst kommersielt telefon eller en annen Iridium-abonnent som tilfeldigvis befinner seg på et fjerntliggende sted på Jorden. Men en vanlig telefon kan ikke ringe opp en Iridium mobiltelefon. Iridium er i utgangspunktet ikke ment som en konkurrent til de vanlige jordiske cellebaserte mobiltelefonsysteme som for eksempel Global System for Mobile Communication (GSM). Dette skyldes først og fremst at Iridium vil bli dyrere enn de jordiske systemene. Markedet for Iridium forventes å ligge i fjerntliggende strøk eller i mindre utviklede områder som ikke har et godt utbygd telefonnett eller et nett som er ustabilt eller generelt lite pålitelig. Områder som Afrika og Kina er nesten uten telefontjeneste. Land som India har en svært liten dekningsgrad, og telefonsystemene der er kjent for å være notorisk upålitelige. Dessuten vil man nå kunne foreta telefonoppringninger fra fjerntliggende områder som Amazonas-jungelen, landsbyer i Himalaya, øyer i Stillehavet og fra Gobi-ørkenen. Systemet er ideelt for oppringer til Iridium-abonnenter man ikke vet hvor befinner seg, siden systemet virker like godt overalt. Iridium kan dessuten komme til å vise seg som en potensiell konkurrent for eksisterende telefontjenester som nå besørges av geostasjonære satellitter (for eksempel Inmarsat-systemet) ved å være godt egnet for luft-til-bakke-telefonsamtaler. Etter all sannsynlighet vil Iridium kunne tjene markedet med telefontjenester fra fly. Telefontjenester basert på geostasjonære satellitter vil typisk være dyrere enn de som kan besørges av lettvektssatellitter i lave jordbaner, og disse vil derfor få et godt konkurransefortrinn såvel prismessig som vektmessig.

Til å begynne med vil en telefonsamtale koste fra 1 til 3 amerikanske dollar per minutt. Og man håper at systemet skal få opptil 600 000 til 800 000 brukere i løpet av de første fem årene for at det skal være lønnsomt. For å sørge for at Iridium funksjoner bra må, man kunne erstatte satellitter som feiler raskt. Motorola har satt det som et mål å kunne skyte opp en erstatningsatellitt innen 36-72 timer, noe som vil stille store krav til den som får ansvaret for oppskytingene. Det primære markedet man ser for seg de første fem årene er innen offentlig sektor, reisende forretningsfolk, folk som arbeider med hjelpeprosjekter i u-land, oljeindustrien og de rike. Forhåndsberegninger anslår cirka 1,8 millioner brukere i år 2001 og 2,6 millioner i 2006. Og det er ingen tvil om dette kan komme til å bli et meget lukrativt marked.

Lettvektssatellitter

Sentralt i systemet er de små lette satellittene som blir godt egnet for masseproduksjon. Et kriterium er at satellittene må tilpasses løftekapasiteten til Pegasus-bæreraketten fra Orbital Science Corporation (OSC) eller en tilsvarende liten og rimelig bærerakett. Etter at demonstrasjonsperioden - som foreløpig er berammet til 1994 med opptil 8 satelliter - er over, vil Iridium-satellittene sannsynligvis bli skutt opp 6 eller 7 om gangen med en mellomklassebærerakett. Arianespace har for eksempel utviklet en mulighet for at den europeiske Ariane 4-raketten kan ta med seg 6 små satelliter om gangen i tillegg til hovednyttelasten. Andre aktuelle bæreraketter er de amerikanske Atlas II og Delta II og den russiske Proton-raketten. Alle disse bærerakettene er under vurdering og det er mulig at oppskytingskontraktene blir spredt mellom disse.

Etter at nettverket er komplett - tidsmessig beregnet til 1996 - vil erstatningssatellitter bli skutt opp med små bæreraketter av Pegasus-typen. Selve satellitten vil måle cirka 2 m x 1 m og ha en masse på 315 kg. En satellitts bestanddeler vil vektmessig typisk fordele seg med 90 kg for selve strukturen, 90 kg for nyttelasten, 45 kg for antennestrukturen og 90 kg for drivstoff beregnet for en levetid på 8 år. Flere store flater med solcellepaneler skal sørge for en gjennomsnittseffekt på 500 W og en effekt på opptil 1800 W ved store belastninger.

Lockheed Missiles & Space Co. kommer først til å bygge 6, 7 eller 8 satellitter som vil bli utsatt for omfattende tester for å forsikre seg om at de fungerer under de tøffe forholdene ute i verdensrommet. Deretter ønsker man å etablere en produksjonlinje som er mest mulig automatisert, og som gjør at en satellitt kan settes sammen og testes på et minimum av tid. Lockheed regner med å kunne produsere en satellitt i uka på det meste. Dette kan være starten på en viktig kommersialisering av markedet for masseproduksjon av små satellitter for lave jordbaner.

Satellittene har en forventet levetid på 5 år og de vil ha drivstoff nok til omtrent 8 års drift. Lenger levetid er egentlig ikke ønskelig fordi teknologien går så raskt fremover at det kan lønne seg å erstatte satellittene etter hvert med nye. Erstatningssatellitter vil bli lagret på bakken, for Motorola regner med at det ikke vil være nødvendig med reservesatellitter i bane. For det første er konsekvensene av at en satellitt feiler ikke så dramatiske, og dessuten er det vanskelig i å vite på forhånd hvilken satellitt som kommer til å feile.

Frekvenstildeling

I begynnelsen av 1992 ble det avgjort av Worldwide Administrative Radio Conference (WARC) - en internasjonal organisasjon som tildeler frekvensområder for forskjellige brukergrupper - at verdensomfattende mobiltelefonsystemer skal få allokert deler av det internasjonale radiospektreet. Iridium ble tildelt frekvensområdet fra 1616 MHz til 1626,5 MHz. Russerne var imidlertid bekymret for at Iridium ville kunne skape problemer for Glonass posisjons- og navigasjonssatellittene som har fått tildelt frekvenser opp til 1616 MHz. Hver satellitt vil sørge for maksimalt rundt 2800 talekanaler i L-båndet.

Kommunikasjon og posisjonering

Iridium vil sørge for tale, telefaks og bredbånds datakommunikasjon på lik linje med vanlige jordiske mobiltelefonsystemer. Enkelt forklart kan man si at Iridium fungerer som et vanlig cellebasert mobiltelefonsystem snudd oppned. Istedenfor telefoner (brukere) som beveger seg gjennom cellemønsteret på bakken, beveger satellittens antennestråle seg gjennom telefonene. Cellene beveger seg over brukerne idet satellitten passerer over en brukers geografiske plassering. Det spiller ingen rolle hvor telefonen befinner seg. Den kan være i en bil, i en båt, på et fly eller til og med om bord i romfergen eller den russiske romstasjonen Mir. Bevegelsen av cellemønsteret er kjent og kan bli projisert langs banesporet på bakken for å sørge for global dekning og overføring av samtaler.

Hver satellitt er istand til å håndtere 48 celler (i det opprinnelige forslaget var det 37 celler) som «projiseres» ned på bakken ved å bruke L-bånds fasepanelantenner på hver satellitt. Hver satellitt vil betjene all kommunikasjon mellom brukere innenfor sine egne 48 geografiske celler og sørge for å koble disse brukerne via andre satellitter til den ønskede mottaker et annet sted på kloden. Satellittene vil benytte avansert dataelektronikk for å danne et smart nettverk for å sende kommunikasjon seg imellom i Ka-båndet.

Systemet er konstruert for å operere i 1-3 GHz-området med en båndbredde på 29 MHz på opp- og ned-linken. Kryssforbindelsene, som det finnes fire av på hver satellitt, vil operere nær 20 GHz. To av disse vil sørge for å viderekoble en bruker til en satellitt i det samme baneplanet - rett over eller bak. De to andre vil være ansvarlige for kryssforbindelsen med en satellitt i en nærgående bane - til venstre eller høyre. Tale vil bli formidlet med en hastighet på 4800 baud, mens dataoverfåringen skjer ved 2400 baud. Hver enkelt mobiltelefon i systemet er i virkeligheten en liten radiosender og -mottaker, og den bærbare telefonen vil forventningsvis sende med en maksimum effekt på under 8 W. Motorola foreslår at L-bånds toveis kommunikasjonen mellom bruker og satellitt foregår ved en kombinasjon av tidsdelings og frekvensdelings multipleksingsteknikk.

Iridium krever at satellittene må ha en posisjonsbestemmelse av hver enkelt mobiltelefonbruker for å kunne være istand til å formidle kontakt med en annen Iridium-bruker som også har sin bærbare telefon med seg på et fjernliggende sted. Dette krever at systemet vedlikeholder en registrering av hver enkelt mobiltelefonbrukers siste kjente posisjon. For å oppnå dette vil hvert mottakersett være utstyrt med en to- eller trekanals GPS-mottaker (Global Positioning System) for å bestemme dennes lengde- og breddegrad. En billigere variant kunne benytte dopplerforskyvningsteknikker tilsvarende de som ble brukt av de eldre Navy Transit navigasjonssatellittene for å avgjøre mottakersettets posisjon.

Når et bærbart utstyr er satt på, vil det finne sin posisjon ved hjelp av GPS eller dopplerforskyvning og rapportere sin posisjon til en Iridium-satellitt som passerer over. Denne satellitten vil så sende informasjonen videre til nærmeste bakkestasjon. Hvis for eksempel redaktøren i Nytt om Romfart var på ferie i fjerntliggende fjellstrøk i Nepal og han hadde med seg sin Iridium mobiltelefon, som hele tiden stod på, ville den nærmeste bakkestasjonen som dekket dette området, periodisk blitt oppdatert med hans posisjon via satellitt. Et ferierende NAF-medlem som satt og leste Nytt om Romfart på en båt i Det karibiske hav kunne da ta sitt Iridium mobiltelefonutstyr og ringe redaktøren for å fortelle at han likte den nye layouten i bladet. Telefonsamtalen ville da kunne komme istand etter at den førstnevnte bakkestasjonen oppga den nåværende posisjonen til mottakeren. Samtalen ville så bli oppkoblet på bakgrunn av posisjonering av mottakeren til en passende satellitt og til en passende antennestrålecelleposisjon. Slike samtaler som i dag ville være helt utenkelige, kan på denne måten finne sted om bare få år.

På bakgrunn av Iridiums karakteristika blir systemet ofte omtalt som et «globalt digitalt svitsjet nettverk i verdensrommet». Iridium vil være basert på digitalteknikk og vil derfor være egnet for signalkryptering. Denne egenskapen gjør systemet godt egnet for militære formål fordi man kan operere på et høyt sikkerhetsnivå der det kan bli vanskelig å avlytte kommunikasjonen.

Politiske aspekter

De fleste tekniske utfordringer ser ut til å være løst, men de geopolitiske problemene som kan oppstå, kan bli langt vanskeligere å hanskes med. Myndighetene rundt omkring i verden liker gjerne å ha kontroll over all kommunikasjon internt i landet og til og fra det. Men i sin enkleste form - med et kommunikasjonsenter - vil ikke Iridium tillate en slik kontroll. Et par trådløse telefoner blant studentene på Tiananmen-plassen i Peking kunne for eksempel gjøre det vanskelig for de kinesiske myndighetene å holde et informasjonslokk over hva som egentlig foregikk der under opptøyene. I tillegg til at nyhetene kunne komme mye fortere ut, ville studentene også hatt muligheter til bedre kommunikasjon seg imellom. Derfor kan det være ønskelig med flere kommunikasjonsentra som gir de enkelte myndigheter bedre kontroll med mobiltelefonbrukerne innenfor de lokale geografiske områdene. Disse kunne også benyttes for å sende ut telefonregninger lokalt. Det vil sannsynligvis bli bygd cirka 20 bakkebaserte sentraler til å begynne med, men etter hvert kan det hende at hvert land vil ønske å ha sin egen. Alle regninger vil da komme fra din hjemmesentral. Enkelte brukeres telefoner kan også skrues av. Dette kan være nyttig hvis de ikke har betalt regningen. Og geografiske områder kan som nevnt også bli eliminert ved at cellene til satellittene som passerer over blir skrudd av.

Konkurrenter

Iridium har flere konkurrenter både i USA og Russland og andre steder, selv om det ikke er noen som er direkte sammenlignbare med det. Inmarsat har studier på gang for å finne et egnet system for et globalt mobiltelefonsystem i det 21. århundre. Motorola har håpet at Inmarsat skulle finne Iridium interessant, men Inmarsat har er rekke forskjellige løsninger til vurdering. Et annet system som også benytter seg av lave jordbaner, er Loral/Qualcomm sitt Globalstar-system. Ellers har russerne et system de kaller Sextet og OSC foreslår Orbcomm.

Det er liten tvil om at et Iridium-liknende system representerer framtiden for satellittbasert telekommunikasjon. Og en får håpe at ingen myndigheter forhindrer noe som enkelte regimer vel må se på som den store skrekk - at vanlige mennesker kan kommunisere fritt med hverandre over hele verden.

Tekster til illustrasjoner brukt i artikkelen

Iridium er et verdensomfattende nettverk med 66 satellitter som vil gjøre det mulig med telefonsamtaler mellom personer fra en hvilken som helst plass over hele verden.

En bærbar Iridium-telefon ligner meget på en vanlig mobiltelefon og kommer til å veie omtrent et halvt kilogram.

En Iridium-satellitt vil sende i L-båndet og vil ikke veie mer en 315 kg. De store solcellepanelene sørger for en gjennomsnittseffekt på 500 watt.

Iridium-satellittene vil danne et bikubecellemønster på Jorden. Hver satellitt dekker et geografisk område med 48 slike celler.

Kommunikasjonen vil bli rutet via flere satellitter, men vil gi en mindre signalforsinkelse enn de geostasjonære satellittene fordi Iridium-satellittene befinner seg i lave jordbaner.

 
Forrige artikkel | Neste artikkel | Alle NOR 1993 | Alle Romfart/NOR
 
 
 

Alt stoff på romfart.no/.com/.org er opphavsrettslig beskyttet.
romfart.no/.com/.org eies og drives av Norsk Astronautisk Forening.