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Satelliten haben ein Problem: Je näher sie der Erde sind, desto schneller flitzen sie von der Erde aus
gesehen über den Horizont. Ein Satellit in etwa 500 km Höhe hat z.B.. zu einer Bodenstation nur etwa 5-15 Minuten lang
Kontakt. Noch schlimmer: Da sich die Erde um ihre eigene Achse dreht, passiert der Satellit beim nächsten Umlauf ein Gebiet
weiter westlich. Wie weit westlich, hängt von der Bahnneigung und den Bahnabmessungen (Ellipse, Kreis, Abstände) ab. Es
können bei einer niedrigen kreisförmigen Bahn bis zu 2500-3000 km sein, so dass der Satellit dann schon außerhalb
des Empfangsbereiches ist, und man nur etwa 1-2 mal Kontakt mit ihm pro Umlauf hat.
Durchschnittlich gab es selbst bei bemannten Missionen bei denen man alle
Stationen nutzte nur 15 Minuten Kontakt während eines Umlaufes des 90 Minuten
dauert.
Was kann man dagegen tun? Nun es gibt eine Reihe von Lösungen. Wenn die Bahn nicht durch die Beobachtungen vorgegeben ist, so ist eine äquatoriale oder polare Bahn günstig. Die äquatoriale ist dabei die bessere. Ein Satellit der parallel zum Äquator seine Bahn zieht, passiert jeden Punkt am Äquator pro Umlauf genau einmal. Immerhin eine Verbesserung pro Bodenstation von einem Kontakt pro Tag auf einen pro Umlauf, also etwa 10 mal öfters Kontakt. Mit etwa einem Dutzend Bodenstationen könnte man den ganzen Orbit abdecken (abhängig von der Bahnhöhe). Bei einer Reihe von astronomischen Satelliten, die mit einer Scout Rakete von einer Startplattform vor Kenias Küste aus gestartet wurden, hat man dies z.B. so gemacht. Das Bild rechts zeigt den "Groundtrack", die Abbildung des Fußpunkts auf der Erde unter dem Satelliten. Der Satellit ist HESSI, ein Röntgensatellit, der sich in einer Bahn mit 38 Grad Inklination befindet. Damit überfliegt er den Bereich von -38 bis + 38 Grad Breite, mit den 6 Bodenstationen die Daten empfangen können.
Ein polarer Satellit passiert pro Umlauf einmal die Pole. In Polnähe stationierte Empfangsstationen (praktisch nur möglich nahe des Nordpols in Russland, Grönland, Spitzbergen, Kanada und Alaska) haben dann auch einen Funkkontakt pro Umlauf, man kann aber nicht mit mehr Stationen dann den ganzen Umlauf abdecken, da in niederen Breiten es nach wie vor eine Verschiebung pro Orbit gibt. Zahlreiche Erdbeobachtungssatelliten, die ja aus polaren Bahnen auch die ganze Erde abbilden können (jede Bahn mit niedrigerer Inklination deckt nur ein Teilgebiet der Erde bis zum Breitengrad der Inklination) nutzen diese Bahnen. Sehr viele Bodenstationen sind nahe der Polgebiete. Die ESA hat z.B. einen ganzen Empfangskomplex in Nordnorwegen bei Kiruna.
Jede Bahn dazwischen macht sehr viele Bodenstationen notwendig. Das ist dumm, denn die wichtigsten Startplätze liegen in mittleren Breiten und die Bahnen niedrigster Energie haben dann als Bahnneigung den Breitengrad des Startorts, der dann zwischen 28.8 Grad (Cape Canaveral) und 51.7 Grad (Baikonur) liegt.
Eine andere Lösung ist es weiter weg von der Erde zu gehen. Dann sinkt aber die Nutzlast einer Rakete, da man Hebearbeit verrichten muss (warum soll es einer Rakete anders gehen, als Ihnen, wenn sie mal in einem Hochhaus das Treppenhaus genommen haben, dann wissen sie was Hebearbeit ist). Zudem sinkt bei Erdbeobachtungssatelliten mit steigender Entfernung die Auflösung, d.h. will man eine bestimmte Auflösung beibehalten, dann muss die Optik zum Vergrößern größer werden und wiegt mehr. Das ist also keine gute Lösung. Für Wettersatelliten ist es jedoch ein guter Kompromiss. Um das Wetter vorhersagen zu können, braucht man keine hochauflösenden Bilder. Bilder mit einer Auflösung von 1 km/Pixel reichen dafür locker aus. Dafür sieht man aus 1400 km Entfernung aber auch mehr von der Erde und kann größere Gebiete auf einmal ablichten. Daher umkreisen Wettersatelliten üblicherweise die Erde in Bahnen oberhalb von 1000 km Höhe.
Noch besser wäre es allerdings, man hätte dauernden Funkkontakt wie zu Satelliten im geostationären Orbit. Das dachte sich auch die NASA. Auch umgekehrt wird ein Schuh draus: Ein Satellit im geostationären Orbit hat Funkverbindung zu allen Satelliten auf einer Hemisphäre. Mit zweien, um 180 Grad im Orbit versetzten, kann man zu allen Satelliten eine Verbindung aufbauen.
In den späten siebziger Jahren entwickelte man bei der NASA daher das Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS). Das Ziel war, zum einen Großteil der Bodenstationen überflüssig zu machen. Dadurch sollte man einen dreistelligen Millionenbetrag pro Jahr einsparen - alleine damit wäre das System schon zu finanzieren. Satelliten hätten nun auch je nach Orbithöhe zwischen 95-100 % ihrer Umlaufszeit Kontakt zu einem Satelliten. Die Datenmenge würde so rapide ansteigen. Vor allem aber war das System wesentlich für das Space Shuttle. Anders als frühere Missionen, sollte das Space Shuttle sehr viele wissenschaftliche Experimente im Orbit durchführen. Dabei fielen viel mehr Daten und Videoaufzeichnungen an, als bei früheren bemannten Missionen an. Mit den TDRSS Satelliten machte es erst einen Sinn, denn die Möglichkeit zur Datenspeicherung an Bord waren begrenzt.
Die USA entwickelte so das TDRSS System bestehend aus zuerst sechs Satelliten. Die Satelliten selbst hießen TDRS (ohne das letzte S für "System"). Neben der Nummerierung mit Buchstaben ist auch eine mit Zahlen verbreitet, aber nicht so gängig. Drei brauchte man für eine volle Abdeckung der Erde. Nach 5 Jahren sollten diese durch 3 weitere ersetzt werden. Die TDRSS waren die schwersten bis dahin entwickelten Satelliten. Jeder wog 2268 kg und konnte nur mit einem Space Shuttle mit einer IUS Oberstufe gestartet werden. Der Satellit trägt einen ganzen Antennenwald. Für den Empfang im S-Band in dem damals die meisten wissenschaftlichen Satelliten sandten, gab es 30 Dipolantennen, mit 12 konnte auch gesendet werden. Zwei ausrichtbare Antennen an Auslegern konnten im S und Ku Band senden und empfangen. Sie dienten vor allem Hochgeschwindigkeitsübertragungen. Bei einem Öffnungswinkel von 22 x 28 Grad deckte jede Antenne aber trotzdem noch die ganze Erde und Orbits bis 530 km Höhe ab. Eine kleinere Parabolantenne diente zur Datenübertragung zum Boden.
Der Aufbau hat sich nicht seit der ersten Generation geändert. Es gibt zwei sehr große Parabolantennen von 4,80 m Durchmesser. Bei der ersten Generation noch aus Drahtgeflecht und erst im Orbit entfaltet. Im Brennpunkt der Parabolantenne befindet sich ein Phased-Array Empfänger. Diese Antennen sind nachführbar. Auf dem Satelliten selbst befindet sif der Erdzugewandten Seite ebenfalls eine große Anzahl von Antennen, aber klein sie decken einen größeren Empfangswinkel ab und erlauben den Kontakt zu zahlreichen Satelliten mit niedriger Datenrate. Dazu kommt mindestens eine kleinere Parabolantenne mit der die empfangenen Daten an eine Bodenstation übermittelt werden bzw. mit der Kommandos die weitergeleitet werden empfangen werden.
Die erste Generation konnte bis zu 6 MBit/s im S-Band und 300 MBit/s im Ku Band senden. Der Aufbau des Netzwerkes verzögerte sich durch die Challenger Explosion. Bei dieser ging der zweite Satellit verloren und da man die Satelliten nur mit Space Shuttles starten konnte stand so auch der Aufbau des Netzwerks. Wie wichtig die TDRSS Satelliten waren, zeigt auch, dass der erste Start nach dem Verlust der Challenger wiederum einen TDRSS Satelliten in den Orbit beförderte.
Die NASA hatte 7 Exemplare der ersten Generation bestellt. Zum einen jeweils 3 für die komplette Überwachung im Orbit mit je einem Reserveexemplar, wenn die Lebensdauer des ersten Satelliten sich dem Ende zuneigte. Der siebte war das Ersatzexemplar für den verlorenen gegangenen TDRSS-B bei der Explosion der Challenger. Die zweite Generation basierte auf dem kommerziellen Satellitenbus HS-601. Sie war auch leichter und konnte nun mit einer Atlas 2A gestartet werden. Der wesentliche Aufbau ähnelt der ersten Generation, wenngleich es durch den Satellitenbus kleinere Unterschiede gibt (wie z.B. längere Solarpanel). Neu war die Unterstützung des Ka Bandes und die 10 fache Datenrate bei den Einzellinks im S-Band.(bis zu 3 MBit bei maximal 5 Links). Im Ka Band erreichen die Satelliten der zweiten Generation (TDRS H-J) bis zu 800 MBit/s.
Die drei Satelliten der zweiten Generation wurden von 2000-2002 gestartet. Da noch alle jemals in einen Orbit gelangten Satelliten aktiv sind, selbst TDRS-A welcher zuerst in einen Flaschen Orbit gelangte und so einen Großteil seines Lageregelungstreibstoffs schon verbraucht hatte als er den eigentlichen geostationären Orbit erreichte. Er überträgt heute aber nur noch Daten einer Südpol Forschungsstation in die USA).
Zwei weitere TDRSs Satelliten die ebenfalls auf dem HS-601 Bus basieren werden 2012/2013 starten. Die ESA dachte auch einmal an ein eigenes Data Relay System als eigenen Beitrag für die ISS, hat dies jedoch wieder begraben. Und erbringt nun die Leistungen durch das ATV. Die Schwäche des TDRSS ist die begrenzte Anzahl an Hochgeschwindigkeitslinks. Dies ist zum begrenzt durch nur zwei große Parabolantennen, da man für eine hohe Datenübertragung einem Objekt folgen muss. Sie wird ab 2014 dafür "hosted Payloads" einsetzen, das sind bezahlte Nutzlasten (Kommunikationseinrichtungen) auf kommerziellen Nachrichtensatelliten.
Auch andere Kunden nutzen TDRS. So wollte Kistler das TDRSS System, nutzen um Daten der Trägerrakete beim Start zu übertragen und die Bahn zu verfolgen und die ESA überträgt Daten des ATV, wenn er an die ISS ankoppelt über den Satelliten. SpaceX überträgt Telemetrie und Videosignale ihrer Raketen ebenfalls über TDRS.
TDRS-A bis G waren identisch und wurden von TRW entwickelt und später an die NASA vermietet. Die 2268 kg schwere
Satelliten waren an der Grenze dessen was eine IUS Oberstufe transportieren konnte. Sie wurden von der IUS direkt in den
geostationären Orbit transportiert. Da die Titan 34D nur maximal 1900 kg mit der IUS transportieren konnte, waren die
Satelliten bis zum Einführung der Titan 4 auf den Space Shuttle als Startgerät angewiesen. Die Satelliten waren für
eine Betriebszeit von 10 Jahren entwickelt worden. Die geforderte Mindestlebensdauer betrug 7 Jahre.
Die Kosten für die ersten vier TDRS Satelliten betrugen 900 Millionen Dollar. Später wurde auf 6 Satelliten erweitert. Zuerst war ein privates / staatliches Programm geplant. Daher führten die ersten auch Kommunikationsantennen zur Funkverbindung zu den privat betriebenen Weststar Satelliten mit. Im Jahre 1979 entschloss man sich zu dem Wechsel auf ein rein staatliches System. Die Antennen zum Weststar Empfang waren nun weitgehend sinnlos, beim später nachbestellten Reserveexemplar fielen sie daher weg.
Eine zweite Aufgabe der Satelliten ist die Bahnverfolgung. (Tracking). Neben der Bahnverfolgung von Satelliten wollte man so auch das Risiko eines Verlust eines Satelliten nach dem Start minimieren. Dazu dienen die großen Parabolantennen die im Ku Band nur einen Öffnungswinkel von 0.27 Grad haben (Gemessen an der Abnahme der Signalstärke auf die Hälfte) haben. Im automatischen Modus kann so ein Körper auf 0.22 Grad genau lokalisiert werden, im offenen Modus mit Nachregelung auf 0.06 Grad genau.
TDRSS bestand zuerst aus 3 Satelliten im Orbit, separiert um 130 Grad. Zwei aktive Satelliten für die Kommunikation und ein Reservesatellit. Später wurde das zweite System genutzt um einen besseren Support für Satelliten mit einem Apogäum über 12000 km und einem Perigäum über 2000 km, dies sind vor allem die GPS Satelliten zu verbessern. Die bei dem ersten System vorhandene Lücke über dem indischen Ozean, der den Empfangsbereich bei niedrigen Bahnen auf 85 % begrenzte konnte auch so geschlossen werden. Die Satelliten waren für eine maximale Betriebszeit von 10 Jahren ausgelegt. Jeder Satellit war ausgelegt Daten von und zu um maximal 24 Satelliten zu transportieren. Das Bodennetzwerk hat allerdings nur Fähigkeit maximal 33 Satelliten zu versorgen. Es besteht aus einem Zentralen Komplex bei White Sands und einer Außenstation bei Guam. Der Komplex besteht aus jeweils 3 Satelliten zur Ku/ S Band Kommunikation und 3 baugleichen Antennen für Notfälle und Kommandoübertragung. Zwei 10 m große Antennen sind für Notfälle im S-Band und Telemetrie Senden/Empfangen vorgesehen und 5 kleinere Antennen mit 4.5 m Größe dienen zur Simulation von Satelliten im Ku und S Band. Zu einem der beiden Empfangskomplexe hat jeder Satellit Kontakt.
Zwei Solarpanels aus jeweils 3 Segmenten mit 383 x 128 cm Größe. Die 28000 Silizium Solarzellen lieferten 1700 Watt zu Missionsbeginn und noch 1400 Watt nach 10 Jahren. Eine 66 kg schwere Nickelcadmium Batterie lieferte eine maximale Leistung von 1440 Watt bei 40 A während der Erdfinsternis.
Die Sechseckige Struktur wurde um einen zentralen Zylinder herum gebaut. Die zylindrische Zentralsektion
beinhaltet den Adapter zur IUS und die zwei internen Treibstofftanks. Die Elektronik und Kommunikationsausrüstung befand sich
im äußeren hexagonalen Teil. Die Sender haben Leistungen von 3 und 12 Watt.
Zur Justage des Orbits verfügten die Satelliten über 680 kg Hydrazin. Es sollte eine Betriebszeit von 10 Jahren und eine weitere Dauer von 7 Jahren im inaktiven Betrieb ermöglichen. Treibstoff wurde benötigt um die räumliche Position zu halten und zyklisch die Reaktionsschwungrädern mit denen Antennen, Solarpanels und der Satellit ausgerichtet wird. Die Sensordaten liefern Sonnensensoren. Der gesamte Satellit ist in mehrere Lagen Kaptongewebe und Mylarfolie eingewickelt. die Temperaturkontrolle erfolgt rein passiv.
Im Orbit ist der Satellit 17 m von Solarpanel zu Solarpanel breit und 14 m von Antenne zu Antenne hoch. Alle sechs Satelliten zusammen können Daten von maximal 33 Satelliten übertragen und die Bahnverfolgung von maximal 18 Körpern übernehmen.
Die Bandbreite des Ku Band Kanals beträgt 225 MHz. Die Daten werden vom Satelliten nicht umcodiert. Missionen die von der ersten Generation von TDRS profitierten waren das Hubble Space Teleskope, Landsat 4+5, COBE und natürlich vor allem die bemannten Space Shuttle Missionen.
TDRS-A gelangte durch einen Fehler der zweiten Stufe der IUS Oberstufe in einen ungeplanten 21857.0 km x 35388 km von 2.4 Grad Neigung. Er musste zum Erreichen des endgültigen Orbits ein Großteil der internen Treibstoffvorräte verbrauchen. Dazu benötigte man 800 Pfund (363 kg) des Treibstoffs. man konnte eine kreisförmige Bahn erreichen, nicht jedoch eine Bahn mit einer Bahnneigung von 0 Grad. Man machte auch keine Bemühungen den Nord-Süd-Drift der den GEO-Bahnen eigen ist auszugleichen. So stieg die Bahnneigung um 0,5 bis 1,5 Grad pro Jahr an. Das hatte Folgen. Man musste die Antennen in einem Muster einer "82 nachführen und schließlich waren teile auch unterhalb des Horizonts. Doch als es soweit war hatte man schon Ersatz im Orbit. TDRS-A konnte nun etwas was normale Kommunikationssatelliten nicht können: er gestattete einen Empfang an den Polen. Von 1998 bis 2009 konnte TDRS-1 die Südpolstation Roald Amundsen mit einer Datenrate von 275 / 5 MBit (Daten/Telefon) über 5 Stunden pro Tag an die Zivilisation anbinden. Am 28.4.1999 erlaubte er erstmals ein Telefongespräch zwischen den US-Forschungsstationen am Nord- und Südpol. Das 45 Minuten lange Gespräch ging als erstes Telefongespräch von Pol zu Pol in das Guiness Buch der Rekorde ein. Erst Ende 2009 fiel der primäre Verstärker von TDRS-A aus. er wurde dann in einen Friedhofsorbit manövriert und nach 27 Jahren am 27.6.2010 abgeschaltet.
Ab STS-10 stand der Satellit für das Space Shuttle zur Verfügung und erlaubte bei dieser Mission mehr Daten zu gewinnen, als bei den vorangehenden 7 Missionen zusammen. Trotzdem war das Vervollständigen des Netzwerkes die oberste Priorität. Weil man die IUS-Oberstufe aber überprüfen musste um einen erneuten Fehlstart auszuschließen war in den folgenden Jahren kein Start möglich. TDRS-B war an Bord der Challenger als diese am 28.1.1986 beim Start explodierte. Mit steigender Bahnneigung von TDRS-A wurde Ersatz noch wichtiger. Der erste Start bei Wiederaufnahme der Flüge beförderte dann TDRS-C in die Umlaufbahn, da der Aufbau eines funktionierenden Netzwerks elementar für die NASA war. So folgte TDRS-D als Reservesatellit auch schon ein halbes Jahr später. Er ersetzte TDRS-A, der teilweise an Leistung verloren hatte und nun Reservestatus bekam. Danach schloss die NASA einen Großteil ihrer kleineren Bodenstationen, von denen sie zu diesem Zeitpunkt 12 hatte. Dies sollte 30 Millionen Dollar pro Jahr an Kosten einsparen. Die anderen drei Satelliten folgten dann im Zweijahresabstand.
Trotz des vergrößerten Treibstoffverbrauchs erwies sich TDRS-A als sehr langlebig, er wurde erst im Juni 2010 aufgegeben, in den letzten Jahren war gewährleistete er den Funkkontrakt zu Antarktis Forschungseinrichtungen der NSF. Er war bei 49 Grad West stationiert.
TDRS-B ging bei der Explosion von STS-51L verloren. TDRS-C arbeitet Anfang 2014 immer noch auf dem Slot bei 49 Grad West. TDRS-D arbeitete bis Dezember 2011 bei 41 Grad West. TDRS-E und F sind noch aktiv und arbeiten bei 167 , 62 und 275 Grad West.
| TDRSS Nummer: | Startgewicht(Nur Satellit) | IUS | Systemgewicht mit Befestigung |
|---|---|---|---|
| TDRS-A | 2.268 kg | 14.736 kg | 19.950 kg |
| TDRS-B | 2.270 kg | 14.801 kg | |
| TDRS-C | 2.224 kg | 14.795 kg | |
| TDRS-D | 19.694 kg | ||
| TDRS-E | 2.331 kg | 14.471 kg | 19.572 kg |
| TDRS-F | 2.288 kg | 14.805 kg | |
| TDRS-G | 2.224 kg | 14.908 kg | 19.667 kg |
TDRSS H-J: Technische DatenTDRSS A-G erfüllten ihre Aufgabe, sie waren jedoch Spezialsatelliten, nur für diese Aufgabe entwickelt. Bei dem Advanced Tracking and Data Relay Satellite System (ATDRS) griff man mehr auf konventionelle Technologie zurück. Den Auftrag erhielt Boeing, welche den HS-601 Bus einsetzte. Boeing hatte zuvor Hughes Satellite Communications übernommen, den Hersteller dieses Busses für Kommunikationssatelliten. Er wurde ab 1987 entwickelt. Dieser Bus fand von 1990-2004 Einsatz bei zahlreichen Kommunikationssatelliten mit Massen zwischen 2750 und 4200 kg. Der Auftrag für Boeing war 486.1 Millionen Dollar wert und umfasste die Produktion von drei Satelliten und die Anpassung des Busses an die NASA Erfordernissen. Das gesamte Programm, mit dem Satelliten, den Starts, Erweiterungen des White Sands Empfangskomplexes auf das Ka Band und NASA Programmkosten hat einen Umfang von 840 Millionen Dollar. Hughes musste den Bus substanziell verändern um die große und schwere Kommunikationseinrichtung aufzunehmen.
TDRS H-J sind keine revolutionäre Neuerung. Sie erweitern das System moderat und bieten mehr Verbindungen im S-Band und einen neuen Ka Band Kanal. Vor allem aber basieren sie auf einem weitverbreiteten Satellitenbus und sind so leichter und so nicht mehr auf das Space Shuttle als Träger angewiesen.
Beim Start wiegen die Satelliten mindestens 3180 kg. Maximal 3287 kg sind möglich. Dies ist die Nutzlastgrenze der Atlas IIAS. Davon sind bis zu 1667 kg Treibstoff. Im geostationären Orbit sind davon noch 140 kg übrig. Die Atlas IIA hatte eine Startkapazität von 2810 kg für den GTO Orbit, so dass die Satelliten in einen subsynchronen Orbit mit 21000-3000 km Erdferne befördert werden und diesen mit dem eigenen Antrieb anheben. Bei TDRS-I sank der Druck in einem der vier Treibstofftanks, so dass dieser länger als geplant brauchte um seinen Orbit zu erreichen.
Im Orbit messen sie 22 x 14 m. Sie wurden für eine Betriebszeit von 15 Jahren entworfen. Die aktive
Lebensdauer ist für 11 Jahre angesetzt, die Treibstoffvorräte als begrenzende Ressource die verbraucht wird sind für
mindestens 15 Jahren Betrieb ausgelegt worden. Die Solarpanel haben eine Leistung von 2300 Watt bei Inbetriebnahme und 2042 Watt zum
Ende der Lebensdauer. Die Batterie hat eine Leistung von 2300 Watt. Nun werden moderne Nickelmetallhydrid Batterien eingesetzt.
Wie bei der ersten Generation gibt es zwei entfaltbare Hauptantennen aus einem Graphitfaser Gewebe. der Durchmesser wurde auf 4.5 m reduziert. Neben dem S und Ku Band gibt es nun auch einen Ka Band Support. In diesem Band wird auf einem 650 MHz breiten Kanal eine Datenrate von 800 MBit/s erreicht. Im S-Band gibt es eine elektronisch ausrichtbare Phased Array Antenne. Sie kann Daten von 5 Nutzern bei niedriger Datenrate empfangen und gleichzeitig Kommandos an einen Nutzer senden. Das Array von S-Band Antennen umfasst nur 47 Stück (15 Sende und 32 Empfangsantennen). Die parabolischen schwenkbaren Antennen haben den gleichen Aufbau aus einem Graphitfasernetz, sind jedoch etwas kleiner mit 4.60 m Durchmesser. Sie werden auch nicht mehr erst nach dem Start voll entfallet, sondern sind schon teilentfaltet.
Im Jahre 2007 gab es Experimente die Daten auf dem Satelliten umzucodieren und einfache Komprimierungsverfahren einzusetzen. Mit diesen Verfahren kann man die Datenrate auf 600 MBit/s im Ku und 1200 MBit/s im Ka Band steigern.
| Satellit | Startmasse | Orbitmasse |
|---|---|---|
| TDRS-H | 3180 kg | 1781 kg |
| TDRS-I | 3190 kg | 1777 kg |
| TDRS-J | 3196 kg | 1786 kg |
Im Januar 2014 arbeiteten alle drei TDRS der zweiten Generation noch. Sie sind positioniert über 174, 41 und 274 West. Dabei ist TDRS-I (41 Grad) nur eine Reserve.
Nachdem schon die erste Generation sehr langlebig war, und beim Start des letzten TDRS der zweiten Generation alle
jemals erfolgreich gestarteten TDRS noch in Betrieb waren konnte man sich Zeit mit einer Nachfolgegeneration lassen. Erst mit dem Altern der ersten Satelliten und dem bevorstehenden Ende der
Betriebszeit in einigen Jahren entschloss man sich zu einer neuen Generation. Zwei weitere Satelliten, TDRS-K und L sollen 2012 und 2013 starten. Der Auftrag für diese beiden Satelliten hat einen Wert von
695.1 Millionen Dollar. Zwei weitere Satelliten (TDRS-M und N) sind als Optionen vorgesehen. Sollten diese auch noch in Auftrag gegeben
werden, so steigt das Gesamtvolumen auf 1220 Millionen Dollar. Sie basieren auf dem verbesserten HS-601 Bus. Boeing bekam den Auftrag für diese Satelliten am 20.12.2007. Im November 2011
wurde die Option für den Bau zweier weiterer Satelliten für einen Satelliten eingelöst. TDRS-M ist als Reservesatellit vorgesehen, über den Bau von TDRS-N wurde Anfang 2014 noch beraten. Jeder
Satellit hat eine nominelle Lebensdauer von 15 Jahren.
Die Satelliten der dritten Generation wiegen beim Start 3434 kg, sie haben zwei ausrichtbare große Parabolantennen für die Kommunikation S, Ka und Ku-Band sowie ein Array ungerichteter S-Band Antennen zur Kommunikation mit zahlreichen Satelliten bei niedriger Datenrate. Die Solarpanels mit einer Spannweite von jeweils über 9 m liefern nun eine Leistung von 3500 Watt. Sie verwenden Galliumarsid Solarzellen. Gefordert sind 3220 Watt Leistung während der Tag/Nachtgleiche und 2857 Watt zur Sommer/Wintersonnenwende. Belegt ist nur der äußere Teil, der innere ist unbelegt und schmaler. Er wird von den Antennen unter Umständen beschattet. Nickelmetahllhydrid versorgen den Satelliten wenn er zweimal im Jahr in den Erdschatten tritt. Im Orbit ist der Satellit mit ausgebreiteten Panels 21,05 m breit.
Genauere Details sind noch nicht verfügbar. Die maximale Datenrate bleibt zumindest gleich hoch und liegt auch bei dieser Generation bei 800 MBit/s. Wahrscheinlich liegt die Verbesserung wie bei der letzten Generation (die Antennengroße blieb ja seit dem ersten Exemplar konstant) in der Unterstützung weiterer effektiver Kodierungsverfahren, die mehr Rechenleistung erfordern, aber die Nutzdatenmenge (die obigen Angaben sind Bruttodatenmengen inklusive Informationen zur Fehlererkennung und Fehlervermeidung) erhöhen.
Die neue Atlas V Trägerrakete erlaubt deutlich schwerere Nutzlasten als die Atlas 2 welche noch für die letzte Generation eingesetzt wird. Selbst die kleinste Version, die Atlas 401 die eingesetzt wird ist mehr als leistungsfähig genug um die 3,5 t schweren Satelliten zu starten. So müssen diese ihren Orbit nicht anheben und haben mehr Treibstoff für Bahnkorrekturen/Konstanthalten des Orbits was ihre Lebensdauer verlängert.
Mit dieser dritten Generation sollte die NASA ihr Empfangsnetz im Orbit bis fast zum Jahr 2030 aufrecht erhalten können. 2017 soll der dritte Satellit der dritten Generation starten.
|
TDRS Vergleichstabelle |
Service | TDRSS 1-7 | TDRS-H,I,J | Bemerkungen | |
|---|---|---|---|---|---|
| Single Access | S-Band | Empfangen | 300 Kbit/s | 300 Kbit/s |
Keine Änderung |
| Senden | 6 MBit/s | 6 MBit/s | |||
| Ku-Band | Empfangen | 25 MBit/s | 25 MBit/s** |
Keine Änderung |
|
| Senden | 300 MBit/s | 300 MBit/s | |||
| Ka-Band | Empfangen | nicht vorhanden | 25 MBit/s** |
23/25-27 GHz Frequenzband |
|
| Senden | nicht vorhanden | 800 MBit/s* | |||
| Anzahl der Verbinden pro Raumfahrzeug | 2 x S Band 2 x Ku Band |
2 x S Band 2 x Ku Band 2 x Ka Band |
Jeweils ein Raumfahrzeug pro großer 4 m Antenne. | ||
| Anzahl der multiplen Links pro Raumfahrzeug | Empfangen | 1@300 KBit/s | 1@300 KBit/s (8 dB Gewinn) | ||
| Senden | 5@300 Kbit/s | 5 @ 3 MBit/s | |||
| Bahnverfolgung | 150 Meter 3 Sigma |
150 Meter 3 Sigma |
Keine Änderung |
||
| Satellit | Startdatum | Träger | Position [2008) | Bemerkung |
|---|---|---|---|---|
| TDRS-A | 4.4.1983 | STS-6 | 49 W | |
| TDRS-B | 28.11986 | STS-51L | zerstört beim Start | |
| TDRS-C | 29.9.1988 | STS-26 | 275 W | |
| TDRS-D | 13.3.1989 | STS-29 | 41 W | |
| TDRS-E | 2.8.1991 | STS-43 | 46 W | |
| TDRS-F | 13.1.1993 | STS-54 | 171.5 W | |
| TDRS-I | 13.7.1995 | STS-70 | 171 W | Ersatz für TDRS-B |
| TDRS-H | 20.1.2000 | Atlas IIA (AC-139) | 178 W | Erster Satellit zweite Generation |
| TDRS-I | 8.3.2002 | Atlas IIA (AC-143) | 150 W | |
| TDRS-J | 10.12.2002 | Atlas IIA (AC-144) | 150.7 W | |
| TDRS-K | 30.1.2013 | Atlas V 401 | 174 W | Erster Satellit dritte Generation |
| TDRS-L | 24.1.2014 | Atlas V 401 |
Es gibt folgende Serviceleistungen von TDRS:
Da die NASA aber nicht mehr sehr viele Missionen betreibt, die hohe Datenraten erzeugen ist dies zu verschmerzen. Biel mehr haben nun andere Betreiber den Bedarf an einem Daten Relay System. Deutschland betreibt z.B. derzeit 6 RADAR Satelliten (5 der Bundeswehr, 1 ziviler). Nächstes Jahr werden es 7 sein. Alleine der zivile TerraSAR-X sendet Daten mit 300 MBit/s zum Boden. Gewinnen kann er die Daten sogar mit 680 MBit/s. Für Deutschland alleine würde sich also schon ein Datenrelay Netzwerk lohnen. (Die Bundeswehr lässt zwar derzeit zwei Kommunikationssatelliten entwickeln, doch dienen die zur Verbindung der Truppe in Friedenseinsätzen rund um die Welt mit Deutschland). Das gleiche könnte man von der ESA sagen die jetzt schon Envisat und ERS-2 betreibt und bald eine ganze Flotte von Erdbeobachtungssatelliten entwickeln will.
Selbst zivile Satellitenbetreiber könnten von Datenübertragungssatelliten profitieren. Wourldview 1 von Digiglobe z.B. überträgt die Daten mit 800 MBit/s zum Boden, kann wegen der begrenzten Kommunikation, einmal pro Umlauf, pro Tag nur etwa 500.000 km² ablichten, etwas mehr als die Landfläche Deutschlands. Das liegt an der Auflösung von 0.41 m pro Bildpunkt (500.000 km² entsprechen so etwa 3000 Milliarden Bildpunkten pro Tag. Für Digiglobe alleine wird ein solcher Satellit wohl zu teuer sein. Die TDRSS K+L Satelliten kosten alleine 695 Millionen Dollar, dazu kommen noch die Startkosten.
Ein Ausweg wäre wohl die optische Kommunikation. Entsprechende Tests gabt es ja schon mit einem SPOT Satelliten und Artemis. Hier konnten 50 MBit/s zwischen zwei relativ kleinen Teleskopen übertragen werden, Im Vergleich zu Antennen sind derartige optische Terminals leichtgewichtiger. Dafür muss man sie genauer ausrichten. Da keine Wolken und keine Streuung in der Atmosphäre die Signalverbindung stört eignet sich optische Kommunikation systembedingt besser für die Kommunikation Satellit zu Satellit als Satellit zu Erde. Ich glaube eine Chance läge darin jeden Kommunikationssatelliten mit einem Terminal auszustatten, der dann jeweils einen Satelliten verfolgt. Mehrere Terminals machen die Ausrichtung problematisch, schließlich besteht jedes aus einem Teleskop, das eine gewisse Bewegungsfreiheit besitzt. Das wäre eine viel günstigere und einfachere Lösung als einen speziellen Datenübertragungssatelliten zu starten. Wie bei normalen Telekommunikationskanälen könnte man diese Kanäle dann an Satellitenbetreiber vermieten.
Die ESA hat zwar eine Reihe von experimentellen Kommunikationssatelliten entwickelt (Olympus, Artemis und das LUX Small Geo Projekt). Doch diese haben einen anderen Zweck: Sie dienen der Technologieforschung und der Stärkung der europäischen Industrie, indem die Prototypen für neue Technologien von der ESA gesponsert werden.
Artikel zuletzt geändert am 25.1.2014.
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Lang Zeit gab es von mir nur ein Buch über Raumsonden: die beiden Mars-Raumsonden des Jahres 2011, Phobos Grunt und dem Mars Science Laboratory. Während die russische Raumsonde mittlerweile auf dem Grund des Pazifiks ruht, hat für Curiosity die Mission erst bekommen. Das Buch informiert über die Projektgeschichte, den technischen Aufbau der Sonden und ihrer Experimente, die geplante Mission und Zielsetzungen. Die Mission von Curiosity ist bis nach der Landung (Sol 10) dokumentiert. Einsteiger profitieren von Kapiteln, welche die bisherige Marsforschung skizzieren, die Funktionsweise der Instrumente erklären aber auch die Frage erläutern wie wahrscheinlich Leben auf dem Mars ist.
2018 wurde dies durch zwei Lexika, im Stille der schon existierenden Bücher über Trägerraketen ergänzt. Jedes Raumsonden Programm wird auf durchschnittlich sechs bis acht Seiten vorgestellt, ergänzt durch eine Tabelle mit den wichtigsten zeitlichen und technischen Daten und Fotos der Raumsonde, bzw., Fotos die sie aufgenommen hat. Ich habe weil es in einen band nicht rein geht eine Trennung im Jahr 1990 gemacht. Alle Programme vorher gibt es in Band 1. Die folgenden ab 1990 gestarteten dann in Band 2. In Band 2 ist ein Raumsonden Programm meist eine Einzelsonde (Ausnahme MER). In Band 1 dagegen ein Vorhaben das damals zumeist aus Doppelstarts bestand, oft auch mehr wie z.B. neun Ranger oder sieben Surveyor. Beide Bänder sind etwa 400 Seiten stark. In Band 1 gibt es noch eine gemeinsame Einführung für beide Bände über Himmelsmechanik und Technik der Instrumente. Beide Bände haben einen Anhang mit Startlisten, Kosten von Raumsonden und Erfolgsstatistiken. Band 2 hatte Redaktionsschluss im Januar 2018 und enthält die für 2018 geplanten Missionen über die es genügend Daten gab.
Hier eine Beschreibung des Buchs auf meiner Website für die Bücher, wo es auch ein Probekapitel zum herunterladen gibt. Sie können das Buch direkt beim Verlag kaufen (versandlostenfrei). Dann erhalte ich als Autor eine etwas höhere Marge, aber auch über den normalen Buchhandel, Amazon (obige Links) und alle anderen Portale wie Bücher.de oder Libri.
