Iridium (Kommunikationssystem)

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Iridium ist ein durch das gleichnamige US-amerikanische Unternehmen Iridium Communications Inc. mit Sitz in McLean (Virginia) betriebenes weltumspannendes Satellitenkommunikationssystem aus 66 aktiven Satelliten auf sechs Umlaufbahnen und zusätzlich einem oder mehreren Reservesatelliten pro Umlaufbahn. Ursprünglich waren 77 Satelliten für diese Satellitenkonstellation geplant; das System ist deshalb nach dem chemischen Element Iridium mit der Ordnungszahl 77 benannt.

Das Iridium-Netz hat die Vorwahlen +8816 und +8817. Die von der ITU zugewiesene Netzkennung ist 901-03.^[1]

Entwicklung

Soldaten der U.S. Air Force kontrollieren in der Antarktis die Funktionstüchtigkeit eines Iridium-Mobiltelefons (2010).

Die Idee für Iridium wurde 1985 bei Motorola geboren. Es sollte die weltweite Sprach- und Datenübermittlung über Satellitentelefone und PDAs ermöglichen. Bis 1988 stand das Konzept dafür fest. 1991 wurde das Unternehmen Iridium Inc. gegründet, das das System entwickelte und im September 1998 in Betrieb nahm. Die Gesprächskosten waren anfangs mit ca. acht US-Dollar/min sehr hoch, die Endgeräte teuer und wesentlich unhandlicher als geplant. Dies führte dazu, dass statt der geplanten zwei Mio. Nutzer nur etwa 55.000 Kunden gewonnen werden konnten.

Am 23. August 2000 musste Iridium Inc. Konkurs anmelden. Die Satelliten sollten in die Erdatmosphäre gelenkt werden, um sie gezielt verglühen zu lassen^[2]. Von einer geplanten Abschaltung wären auch Expeditionen betroffen gewesen. Sie hatten sich im Vorfeld auf die Erreichbarkeit verlassen und verfügten über keine weiteren Kommunikationssysteme. Dazu zählten Rune Gjeldnes und Torry Larsen auf einer norwegischen Nordpolexpedition, Prinz Frederik zu Dänemark auf einer Hundeschlittenexpedition in Grönland und der französische Abenteurer Jo Le Guen, der allein in seinem 9 m langen Ruderboot den Pazifik überquerte. Sie erhielten einen Anruf vom Unternehmen, der ihnen das Betriebsende ankündigte. Schließlich wurde die Abschaltung auf Druck der Öffentlichkeit zum Teil verschoben.

Zum 1. Januar 2001 wurde das Iridium-System von der neu gegründeten Iridium Satellite LLC übernommen.^[3] Die Satelliten werden von Boeing betrieben und gewartet. Der kommerzielle Betrieb konnte am 30. März 2001 wiederaufgenommen werden. Größter Unterschied zum vorherigen Betrieb ist, dass kein Roaming mit GSM-SIM-Karten im Iridiumnetz wie auch mit Iridium-SIM-Karten im GSM-Netz mehr möglich ist.

Iridium verfügte im September 2016 über 838.000 zahlende Abonnenten.^[4] Mehr als 50 % aller Iridium-Abos sind für M2M-Datenübertragungs-Anwendungen (SBD), weniger als 50 % für Sprachtelefonie und den weltweiten Internetzugang. Größter Einzelkunde mit 13 % Umsatzanteil ist das Militär, allen voran das US-amerikanische Verteidigungsministerium. Weitere Nutzer sind Reedereien, Fluglinien, Wissenschaftler oder Unternehmen aus der Bodenschatzförderung.

Im Jahr 2005 waren die Gerätepreise deutlich gesunken, und eine Minute Telefonat in das Festnetz oder Mobilnetz kostet je nach bestelltem Minutenvolumen noch zwischen 0,90 $ und 1,50 $. Deutlich preiswerter sind die Gebühren mit SIM-Karten, die nur regional begrenzt eingesetzt werden können, wie in Amerika oder Afrika. Ein neues Iridium-Satellitentelefon kostet rund 1300 €. Das Jahresabonnement für die weltweite Sprachtelefonie mit einem Iridium-Satellitentelefon kostet rund 530 $. Eine weltweit gültige Pre-Paid-SIM-Karte für ein Iridium-Satellitentelefon mit einer Gültigkeitsdauer von 30 Tagen ist ab 160 € erhältlich.

Netzabdeckung

Die Kommunikation mit Iridium ist von jedem Standort auf der Erdoberfläche jederzeit möglich, wenn klare Sicht zum Himmel in alle Richtungen ab einem Höhenwinkel von 8,2° besteht.^[5] Um eine einwandfreie, unterbrechungsfreie Kommunikation mit Iridium sicherzustellen, darf kein Objekt ab einem Höhenwinkel von 8,2° die Sicht zum Himmel stören. Als Faustregel gilt die geballte Faust bei waagerecht ausgestrecktem Arm.^[6] Die Höhe der geballten Faust entspricht ungefähr dem Höhenwinkel von 8,2°. Kein Objekt darf höher als die geballte Faust zum Himmel ragen.

• Savi Iridium Coverage.png

  Netzabdeckung von Iridium, Höhenwinkel 8,2°

• CoverageIridium21.png

  Netzabdeckung in tiefen Schluchten und Bergtälern, Höhenwinkel 21°

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  Faustregel für einwandfreien Iridium-Empfang

An einem Standort mit Objekten, die die Faustregel verletzen, wie zum Beispiel in einer tiefen Schlucht, kann es zu Verbindungsunterbrechungen kommen. Selbst Sträucher, Bäume, Haus- und Hüttenwände können die Iridium-Kommunikation stören. In einer sehr tiefen Schlucht, in der nur im Zenit uneingeschränkte Sicht zum Himmel besteht, ist im schlimmsten Fall über 120 Minuten keine Kommunikation möglich, da in dieser Zeitphase kein Iridium-Satellit in Kontakt kommt. Durch die Erddrehung befindet sich nach rund 120 Minuten wieder ein Iridium-Satellit im Zenit.

Aufgrund der polaren Satellitenumlaufbahnen ist die Versorgungsdichte in den Polarregionen besonders hoch. Für eine unterbrechungsfreie Iridium-Kommunikation benötigt man in den Polarregionen weniger freie Sicht zum Himmel als am Äquator.

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  Sichtbare Iridium-Satelliten in Frankfurt am 12. Dezember 2011 um 22:27

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  Sichtbare Iridium-Satelliten in Thule am 12. Dezember 2011 um 22:25

Bei langen Telefongesprächen muss im Schnitt alle neun Minuten^[5] der Iridium-Satellit gewechselt werden, da der bisher verwendete Satellit hinter dem Horizont verschwindet. Der Satellitenwechsel geschieht vollautomatisch. Die beiden Gesprächsteilnehmer merken vom Satellitenwechsel nichts, solange die Faustregel „keine Objekte mit Höhenwinkel über 8,2°“ eingehalten wird. Wird die Faustregel nicht eingehalten (Objekte mit Höhenwinkel über 8,2°), kann es zu einem Abbruch der Gesprächsverbindung kommen, wenn der alte Satellit hinter dem Horizont verschwindet und der neue Satellit noch nicht in Sichtweite ist.

vergrößern und Lizenzinformationen

Interaktiver Bildbetrachter

Animation der Netzabdeckung

Obwohl die Netzabdeckung von Iridium technisch den weltweiten Einsatz erlaubt, dürfen Iridium-Satellitentelefone in einigen Staaten aus rechtlichen Gründen nicht importiert oder eingesetzt werden (z. B. im Jahr 2015: Kuba, Nordkorea). Einige Länder erlauben den Import, Export und Betrieb von Iridium-Satellitentelefonen auf ihrem Staatsgebiet nur unter Einhaltung bestimmter Auflagen. In einigen Staaten besteht eine Meldepflicht für Iridium-Satellitentelefone (z. B. im Jahr 2015: Russland, Indien). Vor dem Betrieb, Import oder Export von Satellitentelefonen ist abzuklären, ob dies gestattet ist und ob eine Meldepflicht besteht.^[7]

Anwendungen

Iridium ermöglicht weltweite Sprach- und Datenkommunikation. Iridium ist das einzige zuverlässige kommerzielle Zweiweg-Kommunikationsmittel, das in den Polarregionen eine unterbrechungsfreie Kommunikation mit der Außenwelt ermöglicht. In den Polarregionen über dem 82. Breitengrad ist kein zuverlässiger Signalempfang von geostationären Satelliten möglich.^[8] Zum Beispiel wird Iridium von mehreren Forschungsstationen in der Antarktis (Amundsen-Scott-Südpolstation, Neumayer-Station III) für die unterbrechungsfreie Kommunikation mit der Außenwelt eingesetzt.^[9]

Auf Schiffen oder Flugzeugen, die sich in den Polarregionen fortbewegen, ist es heute nicht gesetzlich vorgeschrieben, dass Iridium-Kommunikationsmittel an Bord mitgeführt werden müssen. Jedoch ist zu erwarten, dass in den Polarregionen das Mitführen von Iridium-Kommunikationsmitteln in naher Zukunft zur Pflicht wird. In einigen wenigen Anwendungsgebieten (z. B. LRIT) ist in den Polarregionen die Verwendung von Iridium als Kommunikationsmittel bereits heute Pflicht.

Sprachtelefonie

Iridium-Mobiltelefon

Iridium ermöglicht die weltweite Telefonie. Telefongespräche werden mit Leitungsvermittlung (CS) über die Iridium-Satelliten übertragen. Iridium ermöglicht den Versand und Empfang von SMS. Der Versand und Empfang von SMS zwischen dem Iridium-Netzwerk und einem terrestrischen Mobilfunknetz ist möglich. Der Austausch von SMS zwischen Iridium- und Mobilfunknetz muss durch den Mobilfunkanbieter unterstützt werden (SMS-Interworking).

Da die Übertragungsrate von Sprachdaten mit 2400 Baud extrem gering ist, kommt ein stark komprimierender Codec mit dem Namen „Advanced Multi-Band Excitation“ (AMBE) zum Einsatz, der von der nordamerikanischen Firma Digital Voice Systems, Inc. entwickelt wurde. Dieser Codec wird in allen aktiven kommerziellen Satellitentelefonen von Iridium, Inmarsat, Thuraya und Globalstar eingesetzt^[10][11][12]. Durch die starke Komprimierung der Sprachdaten entspricht die Sprachqualität einem MOS-Wert von 3,3^[13]. Die Sprachqualität liegt also zwischen „ordentlich“ und „gut“. Die Sprach- und Verbindungsqualität ist deutlich schlechter als die gewohnte Sprach- und Verbindungsqualität vom terrestrischen Mobilfunk mit Handy/Natel. Zum Vergleich: Bei Telefongesprächen über die terrestrische Mobilfunktechnik GSM/2G und UMTS/3G wird im Normalfall der Codec Adaptive Multi-Rate Narrowband (AMR-NB) mit 12,2 kbit/s eingesetzt. AMR-NB mit 12,2 kbit/s erreicht einen MOS-Wert von 4,2 (Sprachqualität: „gut“ bis „ausgezeichnet“) ^[14].

Bei Telefongesprächen sind Sprachverzerrungen und kurze Unterbrechungen auch bei einwandfreiem Netzempfang technisch bedingt zu erwarten. Der Einsatz von Sprechregeln (z. B. „verstanden“/„antworten“) ist zu empfehlen.

Datenübertragung und Internetzugang

Iridium ermöglicht die weltweite Datenkommunikation mit Leitungsvermittlung (CS) oder Paketvermittlung (PS). Iridium ermöglicht den weltweiten Internetzugang. Die durchschnittliche Paketumlaufzeit (RTT) des über Iridium-Satelliten realisierten Internetzugangs liegt bei 700 - 1800 Millisekunden (ms).^[15][16]

Datenübertragung für M2M-Anwendungen

Iridium ermöglicht mit "Iridium Short Burst Data" (SBD) die weltweite Datenkommunikation von M2M-Anwendungen im Datagramm-Verfahren mit sehr kleinen Datenmengen und Datenübertragungsraten.

GMDSS

Iridium-Schiffsantenne auf dem Deck der Lyubov Orlova in der Antarktis

Wahrscheinlich wird in naher Zukunft im Seegebiet A4 die Seenotkommunikation (GMDSS) über Iridium zur Ausrüstungspflicht. Iridium befindet sich im Zulassungsverfahren für die GMDSS-Anwendung (Stand: 2016).^[17][18] Zur Zeit erfüllt Iridium die hohen Verfügbarkeitsanforderungen für GMDSS noch nicht.^[19] Damit Iridium die sehr hohen Verfügbarkeitsanforderungen für GMDSS erfüllt, müssen die technischen Einrichtungen:

• Haupt-Iridium-Gateway in Tempe
• Iridium-Bodenstation (SNOC) in Leesburg

vollständig geo-redundant realisiert werden. Geo-Redundanz wird erreicht, wenn die Redundanz an einem weit entfernten Standort (Luftlinie-Distanz > 100 Kilometer) aufgebaut wird. Eine größere Naturkatastrophe (z.B. Erdbeben) könnte die Iridium-Einrichtungen in Tempe oder in Leesburg schwer beschädigen, was massive Auswirkungen auf die Verfügbarkeit des Iridium-Satellitennetzwerks hätte. Deshalb ist für GMDSS der geo-redundante Aufbau der Iridium-Installationen an einem weit entfernten Standort zwingend erforderlich.

LRIT

Schiffe müssen ihre aktuelle Position mittels LRIT bekannt geben. In den polaren Gewässern (Seegebiet A4) muss die aktuelle Schiffsposition über Iridium kommuniziert werden.

FANS

Heute können Flugzeuge für Flüge über abgelegene Regionen Iridium-Kommunikationsmittel für die Flugsicherung (FANS) einsetzen.^[20] Wahrscheinlich wird in naher Zukunft für Flüge über den 82. Breitengrad FANS über Iridium zur Ausrüstungspflicht.

Technisches

Der wesentliche Vorteil eines satellitengestützten Kommunikationssystems ist, dass große Flächen ohne terrestrische Stationen abgedeckt werden können. Die Endgeräte (Terminals) kommunizieren direkt mit den Satelliten. Der Satellitenverbund ist über mehrere Erdstationen mit den bestehenden erdgebundenen Telefon und Datennetzen (z.B. Internet) verbunden. Erdstationen für das Iridium-Satellitennetzwerk befinden sich in:

Im Falle von Iridium sind die einzelnen Satelliten zusätzlich untereinander durch Intersatellitenlinks (ISLs) verbunden. Eine aktive Verbindung wird so lange von Satellit zu Satellit vermittelt, bis sich einer dieser Satelliten in der Reichweite einer Erdstation befindet. Von der Erdstation wird die Verbindung an das Iridium-Gateway weitergereicht. Über das Iridium-Gateway findet dann das Gespräch seinen Weg in die herkömmlichen Telefonnetze. Die Datenübertragung vom Satellit zu den Handgeräten erfolgt im L-Band und zwischen den Satelliten und von den Satelliten zur Erdstation im Ka-Band.^[32] Wenn die Satelliten selbst keinen Kontakt zu einer Erdstation haben, leiten sie Telefongespräche und andere Nutzsignale über andere Iridiumsatelliten weiter, die Kontakt zu einer Erdstation haben.^[5] Gespräche, die zwischen Iridium-Nutzern laufen, werden direkt zwischen den Satelliten vermittelt, ohne dazwischengeschaltete Erdstation.^[32]

Die Sendeleistung von Mobiltelefonen ist aus gesundheitlichen Gründen begrenzt. Um dennoch einen Verbindungsaufbau bei geringer Sendeleistung zu ermöglichen, wurden die Iridium-Satelliten in eine niedrige, nichtgeosynchrone Umlaufbahn mit hoher Inklination gebracht. Riesige Parabolspiegel mit sehr hohem Antennengewinn, die eine geosynchrone Umlaufbahn ermöglicht hätten, standen bei Projektbeginn noch nicht zur Verfügung und hätten zudem keine globale Abdeckung erlaubt. Die Iridium-Satelliten umkreisen die Erde in einer Höhe von etwa 780 km in sechs nahezu polaren Umlaufbahnen (Bahnneigung = 86,4 Grad) mit je elf sich im aktiven Einsatz befindenden Satelliten und einem Reservesatelliten je Bahn. Für die Umrundung der Erde benötigt ein Satellit etwa 100 Minuten.

Wenn ein Satellit nicht mehr funktionstüchtig ist, wird er auf eine Umlaufbahn von rund 500 km Höhe gebracht, von der er schließlich in die Erdatmosphäre gelenkt wird und verglüht.

Iridium-Satelliten der ersten Generation

Die Gesamtkosten für die erste Generation der Iridium-Satellitenflotte betrugen 5 Milliarden US-Dollar^[33]. Die Satelliten sind 689 kg schwer und haben eine Höhe von etwa vier Metern und einen Durchmesser von 1,3 Metern. Sie basieren auf Lockheed Martins LM700A Satellitenbus und stehen senkrecht in der Umlaufbahn. Sie verfügen über je zwei am oberen Ende angebrachte parallel zum Horizont ausgerichtete Solarzellenausleger, drei geneigt angebrachte Antennen von 1,86 m mal 0,88 m Größe und weitere am unteren Ende angebrachte Antennen. Gestartet wurden die dreiachsenstabilisierten Satelliten zwischen Mai 1997 und Juni 2002 jeweils zu mehreren mit verschiedenen Trägerraketen (je fünf beim Start mit Delta-2, je sieben beim Start mit der Proton und je zwei beim Start mit der Langer Marsch 2 oder Rokot KM).^{[34][35][36][37]}

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  Unterseite eines Satelliten: Antennen

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  Gesamtansicht eines Iridiumsatelliten: Links Solarzellenpaddel, rechts Antennen

Satellitenkollision 2009

Am 10. Februar 2009 stieß der Iridium-Satellit 33 mit einer Relativgeschwindigkeit von 11,6 km/s mit dem ausrangierten russischen militärischen Kommunikationssatelliten Kosmos 2251 zusammen. Beide Satelliten wurden dabei zerstört.

Iridium-Satelliten der zweiten Generation (Iridium NEXT)

Start von Iridium NEXT 21-30 am 9. Oktober 2017

Ab Anfang 2017 bis Ende 2018 wird die erste Generation von Iridium-Satelliten durch neue Satelliten der zweiten Generation (Iridium NEXT) ersetzt.^[38][39] Der Austausch der alten Satelliten durch neue Satelliten erfolgt schrittweise. Während mehrerer Monate besteht das Iridium-Satellitennetz sowohl aus alten Iridium-Satelliten wie auch aus neuen Satelliten. Die neuen Satelliten sind voll kompatibel zu den alten Satelliten. Gemäß Iridium Satellite LLC sind die Iridium-Satelliten in einem guten Zustand, und es ist bis zur Inbetriebnahme des letzten neuen Iridium-NEXT-Satelliten mit keinen nennenswerten Verbindungsqualitätseinbrüchen zu rechnen^[40].

Die Kosten für die NEXT-Satellitenflotte werden auf 2,9 Milliarden US-Dollar geschätzt.^[41] Jeder Iridium-NEXT-Satellit wird mit einem ADS-B-Empfänger ausgestattet ^[42]. Satellitengestütztes ADS-B ermöglicht die Flugverkehrskontrolle in Regionen, die heute nicht durch ein Flugsicherungsradar abgedeckt werden. 65 Iridium NEXT-Satelliten werden mit einem AIS-Empfänger ausgestattet^[43]. Satellitengestütztes AIS ermöglicht Küstenstaaten die Überwachung der Schifffahrt in Regionen, die heute nicht durch landgestützten UKW-Seefunk abgedeckt werden.

Iridium hat bei Thales Alenia Space 81 Satelliten seiner zweiten Satellitengeneration „Iridium NEXT“ für 2,1 Milliarden US-Dollar bestellt. Dazu kommen noch weitere 800 Millionen Dollar, die Iridium für deren Start zahlen muss. Das Unternehmen SpaceX erhielt den Zuschlag für 8 Starts mit Falcon-9-Raketen.^[44] Bei den ersten 7 Falcon 9-Starts sollen pro Raketenstart 10 Iridium NEXT-Satelliten ins All gebracht werden. Beim 8. Falcon 9-Start sollen 5 Iridium NEXT-Satelliten ins All gebracht werden. Bis Ende 2018 sollten insgesamt 75 Satelliten in die Umlaufbahn gebracht werden. Ende 2018 sollten sich im All 9 Reservesatelliten in einer Erdumlaufbahn befinden. Die restlichen 6 Satelliten warten als Reserve am Boden auf ihren eventuellen Einsatz.

Der erste neue Satellit wurde am 23. Februar 2017 in Betrieb genommen und in das bestehende Iridium-Satellitennetzwerk integriert.^[47]

Die neuen Satelliten werden zu allen heute bekannten Iridium-Geräten voll kompatibel sein.^[48]

Iridium Certus

Die Iridium Satelliten der zweiten Generation (Iridium NEXT) ermöglichen den neuen Dienst Iridium Certus. Iridium Certus ermöglicht IP-basierende Datenübertragungen und direkten Internetzugang.

Iridium Certus ermöglicht Sprachtelefonie mit einer besseren Sprachqualität (AMBE mit 4800 Baud)^[54][55].

Beobachtung

Iridium-Flare

Die Satelliten sind von der Erde aus zu bestimmten Zeiten für mehrere Sekunden mit dem bloßen Auge als sogenannte Iridium-Flares zu beobachten. Dabei handelt es sich um Reflexionen des Sonnenlichtes an den Antennenflächen, die zu den hellsten Leuchterscheinungen führen, die künstliche Himmelskörper verursachen. Sie werden bis zu rund tausendmal heller (bei −9 mag) als Sirius, der hellste Stern am Nachthimmel, und sind visuell damit mit einer vorbeiziehenden Leuchtkugel vergleichbar, deren Lichtemission kurzzeitig enorm zunimmt. Auf Fotos mit Belichtungszeiten von einigen Sekunden erscheint der Satellit als heller Leuchtstreifen mit sich in Flugrichtung zu beiden Seiten verjüngenden Ausläufern. Die genauen Zeiten für Iridiums-Flares können anhand der Bahndaten für jeden Ort auf der Erde online berechnet werden (siehe Weblinks).

Die Winkelgeschwindigkeit liegt deutlich über der von Flugzeugen, aber unter der von Meteoren. Akustische Phänomene treten gar nicht auf.

Siehe auch

• ACeS
• Ellipso
• Inmarsat
• Orbcomm
• Thuraya
• Globalstar

Weblinks

• Iridium Offizielle Betreiberseite (englisch)
• Iridium Messaging Kurzmitteilung an Iridiumteilnehmer senden (englisch)
• Offizieller Channel auf YouTube (englisch)
• CalSky – Aktuelle Termine für Iridium-Flares zu jedem Ort auf der Erde
• Heavens-Above – Ebenfalls aktuelle Termine für Iridium-Flares zu jedem Ort auf der Erde (englisch)
• Beschreibung der Satelliten und der Entstehung der Flares (englisch)
• IRIDIUM SATELLITE SIGNALS: A CASE STUDY IN INTERFERENCE CHARACTERIZATION AND MITIGATION FOR RADIO ASTRONOMY OBSERVATIONS

Einzelnachweise

ja:衛星電話#イリジウム