Es gibt viele Highlights! OneNet Constellation wurde nach vielen Wendungen gebaut

Am 26. März schloss OneWeb mit dem erfolgreichen Start von 36 Satelliten des britischen Unternehmens durch die indische LVM3-Rakete die endgültige Netzwerkbereitstellung der ersten Phase seiner Internet-Konstellation in niedriger Umlaufbahn ab und steht kurz vor dem Aufbau globaler Servicekapazitäten. Der Aufbau der OneNet-Konstellation war mit zahlreichen Herausforderungen verbunden, darunter technischer, politischer und wirtschaftlicher Art. Was sind laut Design die technischen Highlights dieser Konstellation? Welche Funktionen und Einsatzmöglichkeiten hat es? Wie wird es sich voraussichtlich in Zukunft weiterentwickeln, um eine größere Rolle zu spielen?

Der Bauprozess war voller Wendungen

Aufgrund der Entwicklung der Internetverkehrswirtschaft in den letzten Jahren haben viele Internetgiganten Milliarden potenzieller Benutzer im Visier, und Greg Wyler, Gründer von OneWeb, hat denselben Traum. Er gründete OneWeb in London, England, mit dem anfänglichen Ziel, eine Breitband-Internet-Konstellation mit geringer Latenz und niedriger Umlaufbahn aufzubauen, die aus Hunderten von Satelliten besteht. Sein erklärtes Ziel ist es, „einen nahtlosen Internetzugang für alle Menschen überall auf der Erde zu ermöglichen.“

Eine indische Rakete startet einen OneWeb-Satelliten (Bildnachweis: Indian Space Research Organization). Die anfängliche Entwicklung des Unternehmens verlief dank der Vertrautheit seiner Gründer mit der Kommunikationsbranche recht reibungslos. Im Jahr 2014 schlug der Vorgänger von OneWeb einen Plan zum Bau einer Konstellation aus 648 kleinen Satelliten vor. Anschließend erwarb es die erforderlichen Frequenz- und Orbitalressourcen von einem anderen Unternehmen, das kurz vor dem Bankrott stand, und registrierte es bei der Internationalen Fernmeldeunion. Im Januar 2016 gründeten OneWeb und European Airbus Defence and Space gemeinsam OneWeb Satellite, um mit der Satellitenproduktion zu beginnen. Am 25. Juni 2017 erhielt OneWeb die US-amerikanische Betriebslizenz für ein Satellitenkommunikationsnetz in niedriger Umlaufbahn und durfte in den Vereinigten Staaten Dienste anbieten.

Gemessen an allen Aspekten des Internet-Satellitenprojekts dürfte OneWeb damals über die umfassendsten Vorbereitungen verfügt haben und seinen Mitbewerbern voraus gewesen sein. Gerade weil das Projekt hinsichtlich Lieferkette, Spektrum, Startlizenz, Genehmigung und Weltraummüllminderung im Voraus vorbereitet wurde, weckt es bei den Investoren beträchtliches Vertrauen.

Seitdem ist OneWeb auf Rückschläge gestoßen, etwa steigende Satellitenkosten und Gesamtprojektkosten, Hindernisse bei der Beantragung von Frequenzbändern in vielen Ländern und Schwierigkeiten bei der Projektfinanzierung. Auch der Start der ersten Satelliten wurde mehrfach verschoben. Die Aussichten von OneWeb sind jedoch wieder optimistisch, da die ersten sechs Prototyp-Satelliten am 27. Februar 2019 mit einer in Russland hergestellten Sojus-Rakete, die von Arianespace betrieben wird, vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana gestartet wurden.

Aufgrund der Auswirkungen der neuen Coronavirus-Pneumonie wurde die Kapitalkette jedoch unterbrochen und OneNet war im März 2020 gezwungen, beim Gericht Insolvenz anzumelden. Anschließend einigten sich die britische Regierung und der indische Riese am 3. Juli auf eine Übernahmevereinbarung mit OneWeb und investierten jeweils 500 Millionen US-Dollar. Dank der großzügigen Beiträge von Investoren wie SoftBank Group, Hughes Network Systems und Eutelsat erhielt OneWeb Constellation schließlich ausreichende finanzielle Unterstützung.

Erschwerend kam hinzu, dass nach dem Ausbruch des Russland-Ukraine-Konflikts im Jahr 2022 die zwischen OneWeb und Arianespace unterzeichnete Vereinbarung über die Nutzung russischer Raketen zum Start von Satelliten aufgrund westlicher Sanktionen gekündigt werden musste. Zu diesem Zeitpunkt hatte OneWeb Constellation in der ersten Phase erst 66 % der Satellitenbereitstellungsarbeiten abgeschlossen und Verbindungsdienste lediglich in den höheren Breitengraden der nördlichen Hemisphäre eröffnet.

Glücklicherweise ergriff OneWeb kurz nach der Startunterbrechung Abhilfemaßnahmen und schloss neue Startvereinbarungen mit SpaceX aus den USA und der New Space Corporation aus Indien. Seitdem haben die US-amerikanische Falcon-9-Rakete und die indische Rakete drei bzw. zwei Startmissionen durchgeführt und schließlich die Bereitstellung der ersten Phase der OneWeb-Konstellation abgeschlossen.

Technische Highlights sind nicht zu übersehen

Mit der Fertigstellung der ersten Bereitstellung der Konstellation wird OneWeb zum zweiten riesigen Internet-Konstellationsbetreiber mit globalen Servicekapazitäten. Aufgrund ihres einzigartigen Designs verfügt die OneWeb-Konstellation über technische Highlights und bestimmte Vorteile, die im Vergleich zur Starlink-Konstellation nicht zu vernachlässigen sind.

OneWeb-Satelliten werden gerade in die Raketenverkleidung geladen (Bildnachweis: Indian Space Research Organization). Wie wir alle wissen, werden in der ersten Phase der OneWeb-Konstellation 648 Satelliten in erdnahen Umlaufbahnen eingesetzt, um eine Abdeckung des Versorgungsgebiets zu erreichen und eine globale Breitbandverbindung sowie Dienste für das Internet der Dinge bereitzustellen. Zu diesen Satelliten gehören 588 Dienstsatelliten und 60 Ersatzsatelliten, die auf 18 Umlaufbahnen in einer Höhe von 1.200 Kilometern und einer Neigung von 87,9 Grad verteilt sind, wobei zwischen benachbarten Umlaufbahnen ein Abstand von 9 Grad besteht.

Diese Satelliten haben eine hervorragende Leistung. Die Startmasse eines einzelnen Satelliten beträgt 147,5 kg. Die Nutzlast umfasst 2 Telemetrieantennen, 2 Ku-Band-Antennen und 2 Ka-Band-Antennen, die jeweils für die Benutzerkommunikation und die Gateway-Stationskommunikation verwendet werden. Die Kommunikationskapazität erreicht 8 Gigabit pro Sekunde, was bedeutet, dass voraussichtlich 1 GB Daten pro Sekunde übertragen werden. Durch die Verwendung von Solarmodulen und Lithium-Ionen-Batterien zur Versorgung der Energiespeichersysteme beträgt die Lebensdauer des Satelliten im Orbit etwa fünf Jahre. Wenn OneWeb-Satelliten über nichtäquatorialem Raum operieren, kann ein einzelner Satellit 16 Ku-Band-Strahlen erzeugen, um eine Mehrfachabdeckung zu erreichen. Jeder Satellit verfügt über eine Abdeckungsfläche von 1080×1080 Kilometern, wodurch sichergestellt wird, dass sich jeder Benutzer in der „Sichtlinie“ von mindestens einem Satelliten befindet. Bei der Bereitstellung von Diensten überschreitet die Verbindungszeit zwischen einem einzelnen Satelliten und dem Bodenbenutzerterminal nicht 2,5 Minuten, und mehrere Satelliten können den Kommunikationsdienst durch Weiterleiten vervollständigen.

Aus diesen Beschreibungen lässt sich unschwer erkennen, dass die OneWeb-Konstellation das Inter-Satelliten-Link-Design aufgegeben und stattdessen insgesamt 44 Gateway-Stationen auf der ganzen Welt eingesetzt hat. Nachdem das Benutzerterminal eine Serviceanforderung gestellt hat, wird die Anforderung von einem Netzwerksatelliten über die Ku-Band-Antenne empfangen und dann über die Ka-Band-Antenne an eine verfügbare Gateway-Station weitergeleitet. Anschließend übermittelt die Gateway-Station die Anfrage an den Netzwerkserver. Nach der Rücksendung der Daten überträgt der OneWeb-Satellit die Servicedaten über die Ku-Band-Antenne an das Benutzerterminal.

Um Frequenzstörungen bei Satelliten in geosynchroner Umlaufbahn zu verhindern, sind die OneNet-Satelliten über dem Äquator speziell konzipiert und mit der „Progressive Tilt“-Technologie ausgestattet. Einfach ausgedrückt: Unter den technischen Bedingungen der Vergangenheit war das Signal des OneWeb-Satelliten schlecht, wenn er sich über dem Äquator unterhalb eines Satelliten in geosynchroner Umlaufbahn befand, und der Satellitendienst musste abgeschaltet werden. Die „Progressive Tilt“-Technologie hingegen ermöglicht eine schrittweise Neigung des Satellitensignalstrahls durch Änderung der Neigungslage des nicht vertikalen Interferenz-„Fenster“-Satelliten. Selbst wenn der Satellit mit dem vertikalen Interferenzfenster seinen Dienst einstellt, können Kunden im äquatorialen Subsatellitenbereich weiterhin Dienste empfangen.

Was die Satellitenfertigung angeht, hat OneWeb Constellation viele Highlights zu bieten. Aufbauend auf den Erfahrungen der Automobilindustrie hat das Unternehmen die weltweit erste Anlage zur Massenproduktion von modernen Satelliten und die weltweit erste Satellitenproduktionslinie gebaut. Durch integriertes Design, Produktion, Montage und Tests wurde eine Produktionsrate von 40 Satelliten pro Monat erreicht. Während der Produktion setzt das Unternehmen in großem Umfang Automatisierungsmaßnahmen wie kollaborative Roboter und selbstfahrende Transportfahrzeuge ein. Dadurch kann der Teiletestprozess vor der Teilelieferung durchgeführt werden und durch digitale Tests kann die Produktionseffizienz erheblich verbessert werden.

Angesichts der großen Zahl gestarteter Satelliten sind Maßnahmen zur Eindämmung des Weltraummülls unabdingbar. Der OneWeb-Satellit verwendet Xenon-Ionen-Triebwerke. Nachdem der Satellit eine anfängliche Umlaufbahn in mehreren hundert Kilometern Höhe erreicht hat, wird er mithilfe eines elektrischen Antriebssystems seine Umlaufbahn anheben. Dies wird etwa drei Monate dauern und ihn schließlich in eine Umlaufbahn in 1.200 Kilometern Höhe bringen. Nach einem Ausfall des Satelliten wird erwartet, dass sich die Umlaufbahn mithilfe eines zuverlässigen elektrischen Xenon-Antriebssystems innerhalb von fünf Jahren auf weniger als 200 Kilometer ändert und er schließlich in die Atmosphäre stürzt und verglüht.

Globale Expansion und Streben nach Exzellenz

Nachdem die erste Phase der OneNet Constellation-Bereitstellung abgeschlossen ist, besteht die nächste Aufgabe in der Anwendungsförderung. Im Juli 2022 kündigten OneWeb und Eutelsat Pläne zur Fusion an, die es der OneWeb-Konstellation in der erdnahen Umlaufbahn ermöglichen sollen, eng mit großen Videodatenrelais-/Breitbandsatellitenplattformen in der geostationären Umlaufbahn zusammenzuarbeiten.

Dies gilt als eine bedeutende Konsolidierung auf dem Markt für kommerzielle Satellitenkommunikation. Eutelsat wurde 1977 gegründet und betreibt 36 geosynchrone Kommunikationssatelliten, die in der Regel größer und leistungsfähiger sind als Breitbandsatelliten in erdnahen Umlaufbahnen und eine große Anzahl von Kunden in einem festen geografischen Gebiet bedienen. Allerdings ist ihre Signalabdeckung an den Polen der Erde begrenzt und es kommt auch zu Kommunikationsverzögerungen. Durch die Bündelung ihrer Kräfte in der Konstellation erdnaher Umlaufbahnen werden sie ihre Stärken und Schwächen sicherlich gegenseitig ergänzen und insgesamt größere Vorteile erzielen.

OneWeb bietet über Distributoren Breitband-Internetdienste für Unternehmens- und Regierungskunden in verschiedenen Ländern an und wird insbesondere nach der Beteiligung des indischen Unternehmens zu einer weiteren Expansion des Dienstleistungsmarktes beitragen. OneWeb hat einen sechsjährigen Breitband-Vertriebsvertrag mit Hughes Communications India Pvt Ltd unterzeichnet, einem Joint Venture zwischen dem indischen Unternehmen Bharti Airtel und dem US-amerikanischen Unternehmen Hughes Network Systems. Hughes Network Systems aus den USA ist ebenfalls ein kleiner Anteilseigner von OneWeb und baut für das Unternehmen Gateway-Stationen in Indien und anderswo.

Kommerzielle Werbung und Hardware-Konstruktion gehen fast Hand in Hand. Nach Abschluss der Konstellation der Phase I engagiert sich OneWeb für das größere Konstellationsprojekt der Phase II. Der endgültige Plan sieht die Stationierung von 6.372 Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn in einer Höhe von 1.200 Kilometern und 1.280 Satelliten in einer mittleren Umlaufbahn in einer Höhe von 8.500 Kilometern vor. Einige Analysten gehen davon aus, dass das Projekt „OneWeb Constellation Phase II“ einen stärkeren europäischen Charakter haben wird und dass die Mittel der European Telecommunications Satellite Company für die finanzielle Unterstützung sorgen werden.

Darüber hinaus werden die OneWeb-Satelliten der zweiten Generation hauptsächlich in Großbritannien hergestellt und sollen ab 2025 mit wiederverwendbaren Raketen der Terran-Serie gestartet werden.

Da immer mehr kommerzielle Satelliten in den militärischen Dienst integriert werden, erwägt die britische Regierung auch, die OneWeb-Konstellation zu einem Ersatz für das globale Navigationssatellitensystem militärischen Typs auszubauen. Aufgrund des Brexits kann das britische Militär die reibungslose Nutzung der militärisch verschlüsselten Signale des europäischen Satellitennavigationssystems Galileo künftig nicht mehr garantieren. Die OneWeb-Konstellation bietet ihm einen möglichen Backup-Plan. Man kann davon ausgehen, dass OneWeb mit seinen Geschäften nach und nach in strategisch wichtige Bereiche in Großbritannien vordringen wird und so zu einem führenden Akteur in der Luft- und Raumfahrtbranche aufsteigen wird. (Autor: Yu Yuanhang)