Global Village Possible

af David J. Whalen

Om 500 år, når menneskeheden ser tilbage på rumfartens begyndelse, vil Apollos landing på Månen i 1969 måske være den eneste begivenhed, man husker. Samtidig mente Lyndon B. Johnson, der selv var en ivrig fortaler for rumprogrammet, imidlertid, at alene rekognosceringssatellitterne retfærdiggjorde hver eneste krone, der blev brugt på rummet. Vejrudsigterne har gennemgået en revolution på grund af tilgængeligheden af billeder fra geostationære meteorologiske satellitter – billeder, som vi ser hver dag i fjernsynet. Alle disse er vigtige aspekter af rumalderen, men satellitkommunikation har sandsynligvis haft større betydning for den almindelige borger end nogen af de andre. Satellitkommunikation er også den eneste virkelig kommercielle rumteknologi, som årligt genererer milliarder af dollars i salg af produkter og tjenester.

Den milliarddollars teknologi

I efteråret 1945 skrev en RAF-elektronikofficer og medlem af det britiske interplanetariske selskab, Arthur C. Clarke, en kort artikel i Wireless World, der beskrev brugen af bemandede satellitter i 24-timers kredsløb højt over verdens landmasser til at distribuere tv-programmer. Hans artikel havde tilsyneladende ikke megen varig effekt til trods for, at Clarke gentog historien i sin bog The Exploration of Space fra 1951/52 . Måske var John R. Pierce fra AT&T’s Bell Telephone Laboratories den første person, der omhyggeligt evaluerede de forskellige tekniske muligheder inden for satellitkommunikation og vurderede de økonomiske udsigter, og som i en tale i 1954 og en artikel fra 1955 uddybede nytten af et kommunikations-“spejl” i rummet, en “repeater” i en mellemstor bane og en 24-timers “repeater” i en bane. Ved at sammenligne kommunikationskapaciteten i en satellit, som han anslog til 1.000 samtidige telefonopkald, med kommunikationskapaciteten i det første transatlantiske telefonkabel (TAT-1), som kunne overføre 36 samtidige telefonopkald til en pris på 30-50 millioner dollars, spurgte Pierce sig selv, om en satellit ville være en milliard dollars værd.

Efter opsendelsen af Sputnik I i 1957 var der mange, der overvejede fordelene, fortjenesterne og den prestige, der var forbundet med satellitkommunikation. På grund af kongressens frygt for “overlapning” begrænsede NASA sig til eksperimenter med “spejle” eller “passive” kommunikationssatellitter (ECHO), mens forsvarsministeriet var ansvarlig for “repeater”- eller “aktive” satellitter, der forstærker det modtagne signal på satellitten – hvilket giver kommunikation af meget højere kvalitet. I 1960 indgav AT&T en ansøgning til den føderale kommunikationskommission (FCC) om tilladelse til at opsende en eksperimentel kommunikationssatellit med henblik på hurtigt at indføre et operationelt system. Den amerikanske regering reagerede overrasket – der var ingen politik, der kunne hjælpe med at gennemføre de mange beslutninger i forbindelse med AT&T-forslaget. I midten af 1961 havde NASA tildelt RCA en konkurrencepræget kontrakt om at bygge en aktiv kommunikationssatellit i en mellemstor bane (4.000 miles højde) (RELAY); AT&T var ved at bygge sin egen satellit i en mellemstor bane (TELSTAR), som NASA ville opsende på et omkostningsgodtgørelsesbaseret grundlag; og NASA havde tildelt Hughes Aircraft Company en enkeltmandskontrakt om at bygge en 24-timers (20.000 miles højde) satellit (SYNCOM). Det militære program, ADVENT, blev annulleret et år senere på grund af rumfartøjets kompleksitet, forsinkelser i forbindelse med lanceringen af løfteraketter og overskridelser af omkostningerne.

I 1964 havde to TELSTARs, to RELAYs og to SYNCOMs opereret med succes i rummet. Denne timing var heldig, fordi Communications Satellite Corporation (COMSAT), der blev dannet som følge af Communications Satellite Act fra 1962, var i færd med at indgå kontrakt om deres første satellit. COMSAT’s oprindelige kapitalisering på 200 millioner dollars blev anset for at være tilstrækkelig til at bygge et system bestående af snesevis af satellitter i en mellemstor bane. Af forskellige årsager, herunder omkostningerne, valgte COMSAT i sidste ende at forkaste det fælles tilbud fra AT&T/RCA om en satellit i en mellemstor bane, der indeholdt det bedste fra TELSTAR og RELAY. De valgte den 24-timersorbit-satellit (geosynkrone), som Hughes Aircraft Company tilbød til deres to første systemer, og en geosynkron TRW-satellit til deres tredje system. Den 6. april 1965 blev COMSAT’s første satellit, EARLY BIRD, opsendt fra Cape Canaveral. Den globale satellitkommunikation var begyndt.

Den globale landsby: International kommunikation

Der var allerede blevet givet nogle glimt af den globale landsby under eksperimenterne med TELSTAR, RELAY og SYNCOM. Disse havde bl.a. omfattet tv-transmission af dele af de Olympiske Lege i Tokyo i 1964. Selv om COMSAT og de første opsendelsesfartøjer og satellitter var amerikanske, havde andre lande været involveret fra begyndelsen. AT&T havde oprindeligt forhandlet med sine europæiske “partnere” inden for telefonkabler om at bygge jordstationer til TELSTAR-forsøg. NASA havde udvidet disse forhandlinger til også at omfatte RELAY- og SYNCOM-forsøg. Da EARLY BIRD blev lanceret, fandtes der allerede jordstationer til kommunikation i Det Forenede Kongerige, Frankrig, Tyskland, Italien, Brasilien og Japan. Yderligere forhandlinger i 1963 og 1964 resulterede i en ny international organisation, som i sidste ende skulle overtage ejendomsretten til satellitterne og ansvaret for forvaltningen af det globale system. Den 20. august 1964 blev der undertegnet aftaler, som skabte den internationale telekommunikationssatellitorganisation (INTELSAT).

I slutningen af 1965 havde EARLY BIRD leveret 150 telefoniske “halvkredsløb” og 80 timers tv-service. INTELSAT II-serien var en lidt mere effektiv og længerevarende version af EARLY BIRD. En stor del af den tidlige anvendelse af COMSAT/INTELSAT-systemet bestod i at levere kredsløb til NASA’s kommunikationsnetværk (NASCOM). INTELSAT III-serien var den første til at dække det Indiske Ocean for at fuldende det globale netværk. Denne dækning blev afsluttet kun få dage før en halv milliard mennesker så APOLLO 11 lande på månen den 20. juli 1969.

Fra nogle få hundrede telefonkredsløb og en håndfuld medlemmer i 1965 er INTELSAT vokset til et system, der i dag har flere medlemmer end FN og er i stand til at levere hundredtusindvis af telefonkredsløb. Omkostningerne for operatørerne pr. kredsløb er gået fra næsten 100.000 dollars til et par tusinde dollars. Forbrugernes omkostninger er faldet fra over 10 dollars pr. minut til under 1 dollar pr. minut. Hvis man medregner virkningerne af inflationen, er der tale om et enormt fald! INTELSAT leverer tjenester til hele kloden, ikke kun til de industrialiserede lande.

Hej Guam: Indenlandsk kommunikation

I 1965 foreslog ABC et indenlandsk satellitsystem til at distribuere tv-signaler. Forslaget gik midlertidigt i glemmebogen, men i 1972 opsendte TELESAT CANADA den første indenlandske kommunikationssatellit, ANIK, til at betjene det store canadiske fastlandsområde. RCA lejede straks kredsløb på den canadiske satellit, indtil de kunne opsende deres egen satellit. Den første amerikanske indenlandske kommunikationssatellit var Western Unions WESTAR I, der blev opsendt den 13. april 1974. I december det følgende år opsendte RCA sin RCA SATCOM F-1. I begyndelsen af 1976 opsendte AT&T og COMSAT den første af COMSTAR-serien. Disse satellitter blev brugt til tale og data, men meget hurtigt blev tv en af de vigtigste brugere. Ved udgangen af 1976 var der 120 transpondere til rådighed over USA, som hver kunne levere 1500 telefonkanaler eller én tv-kanal. Meget hurtigt var “filmkanaler” og “superstationer” tilgængelige for de fleste amerikanere. Den dramatiske vækst inden for kabel-tv ville ikke have været mulig uden en billig metode til at distribuere video.

I de efterfølgende to årtier er der sket nogle ændringer: Western Union er ikke længere; Hughes er nu både satellitoperatør og producent; AT&T er stadig satellitoperatør, men ikke længere i partnerskab med COMSAT; GTE, der oprindeligt samarbejdede med Hughes i begyndelsen af 1960’erne om at opbygge og drive et globalt system, er nu en stor indenlandsk satellitoperatør. Fjernsynet dominerer stadig den indenlandske satellitkommunikation, men datakommunikationen er vokset voldsomt med fremkomsten af VSAT-terminaler (Very Small Aperture Terminals). Små antenner, hvad enten det drejer sig om tv-modtagere (TVRO) eller VSAT, er et almindeligt syn over hele landet.

Ny teknologi

Det første store geosynkrone satellitprojekt var forsvarsministeriets ADVENT-kommunikationssatellit. Den var tre-akse-stabiliseret i stedet for at dreje rundt. Den havde en antenne, der rettede sin radioenergi mod jorden. Den var ret sofistikeret og tung. Med sine 500-1000 pund kunne den kun opsendes med ATLAS-CENTAUR-løfteraketten. ADVENT fløj aldrig, først og fremmest fordi CENTAUR-fasen ikke var helt pålidelig før 1968, men også på grund af problemer med satellitten. Da programmet blev aflyst i 1962, blev det betragtet som dødsstødet for geosynkrone satellitter, treakset stabilisering, ATLAS-CENTAUR og komplekse kommunikationssatellitter i det hele taget. Geosynkrone satellitter blev en realitet i 1963 og blev det eneste valg i 1965. De andre ADVENT-egenskaber blev også almindelige i de følgende år.

I begyndelsen af 1960’erne blev ombyggede interkontinentale ballistiske missiler (ICBM’er) og ballistiske missiler med mellemlang rækkevidde (IRBM’er) anvendt som affyringsfartøjer. Disse havde alle et fælles problem: de var designet til at levere et objekt til jordens overflade, ikke til at placere et objekt i kredsløb. De øverste trin skulle konstrueres således, at de kunne give en delta-Vee (hastighedsændring) ved apogee for at gøre kredsløbet cirkulært. DELTA-løfteraketterne, som bragte alle de tidlige kommunikationssatellitter i kredsløb, var THOR IRBM’er, som brugte VANGUARD-overtrappen til at give denne delta-Vee. Det blev erkendt, at DELTA var relativt lille, og et projekt til udvikling af CENTAUR, et højenergi-overtrin til ATLAS ICBM’en, blev påbegyndt. ATLAS-CENTAUR blev pålidelig i 1968, og den fjerde generation af INTELSAT-satellitter benyttede denne løfteraket. Den femte generation brugte ATLAS-CENTAUR og et nyt løfteraketter, det europæiske ARIANE. Siden da er der kommet andre nye produkter på markedet, bl.a. den russiske PROTON-løfteraket og den kinesiske LONG MARCH. Alle er i stand til at opsende satellitter med en vægt, der er næsten tredive gange større end EARLY BIRD’s.

I midten af 1970’erne blev der bygget flere satellitter med treakset stabilisering. De var mere komplekse end spinnerne, men de gav mere despun-overflade til montering af antenner, og de gjorde det muligt at opstille meget store solcelleanlæg. Jo større masse og effekt, jo større synes fordelen ved treakset stabilisering at være. Den måske sikreste indikation af denne stabiliseringsforms succes var Hughes’ overgang til denne form for stabilisering i begyndelsen af 1990’erne, idet Hughes, der er nært forbundet med snurrende satellitter, overgik til denne form for stabilisering. De seneste produkter fra SYNCOM-producenterne ligner i høj grad den miskrediterede ADVENT-konstruktion fra slutningen af 1950’erne.

Meget af teknologien til kommunikationssatellitter fandtes allerede i 1960, men ville blive forbedret med tiden. Den grundlæggende kommunikationskomponent i satellitten var thr traveling-wave-tube (TWT). Disse var blevet opfundet i England af Rudoph Kompfner, men de var blevet perfektioneret på Bell Labs af Kompfner og J. R. Pierce. Alle tre tidlige satellitter anvendte TWT’er, der var bygget af en af Bell Labs’ tidligere elever. Disse tidlige rør havde en effekt på helt ned til 1 watt. TWT’er med højere effekt (50-300 watt) er i dag tilgængelige til standard-satellittjenester og til direkte udsendelser. En endnu vigtigere forbedring var brugen af antenner med høj forstærkning. At fokusere energien fra en 1-watt-sender på jordens overflade svarer til at have en 100-watt-sender, der stråler i alle retninger. Hvis man fokuserer denne energi på det østlige USA, svarer det til at have en 1000-watt-sender, der udstråler i alle retninger. Den vigtigste effekt af denne forøgelse af den faktiske og effektive effekt er, at jordstationer ikke længere er 100 fods parabolreflektorer med kryogenskølede maserforstærkere, der koster op til 10 millioner dollars (1960 dollars) at bygge. Antenner til normale satellittjenester er typisk 15-fods parabolreflektorer, der koster 30.000 dollars (1990 dollars). Antenner til direkte udsendelse vil kun være en meter i diameter og koster et par hundrede dollars.

Mobile tjenester

I februar 1976 lancerede COMSAT en ny slags satellit, MARISAT, med henblik på at levere mobile tjenester til den amerikanske flåde og andre maritime kunder. I begyndelsen af 1980’erne lancerede europæerne MARECS-serien for at levere de samme tjenester. I 1979 støttede FN’s Internationale Søfartsorganisation oprettelsen af den internationale søfartssatellitorganisation (INMARSAT) på samme måde som INTELSAT. INMARSAT lejede i første omgang MARISAT- og MARECS-satellitternes transpondere, men i oktober 1990 opsendte den den første af sine egne satellitter, INMARSAT II F-1. Den tredje generation, INMARSAT III, er allerede blevet opsendt.

En luftfartssatellit blev foreslået i midten af 1970’erne. Der blev indgået en kontrakt med General Electric om at bygge satellitten, men den blev annulleret – INMARSAT leverer nu denne tjeneste. Selv om INMARSAT oprindeligt var tænkt som en metode til at levere telefontjenester og trafikovervågningstjenester på skibe til søs, har den leveret meget mere. Journalisten med en mappetelefon har været allestedsnærværende i nogen tid, men Golfkrigen bragte denne teknologi frem i offentlighedens søgelys.

Den amerikanske og canadiske regering har i nogen tid drøftet en nordamerikansk mobilsatellit. I løbet af det næste år vil den første MSAT-satellit, som AMSC (USA) og TMI (Canada) samarbejder om, blive opsendt og give hele Nordamerika mobiltelefontjeneste via satellit.

Konkurrence

I 1965, da EARLY BIRD blev opsendt, gav satellitten næsten 10 gange så stor kapacitet som de undersøiske telefonkabler til næsten en tiendedel af prisen. Denne prisforskel blev opretholdt indtil udlægningen af TAT-8 i slutningen af 1980’erne. TAT-8 var det første fiberoptiske kabel, der blev lagt over Atlanterhavet. Satellitter er stadig konkurrencedygtige i forhold til kabler til punkt-til-punkt-kommunikation, men den fremtidige fordel kan ligge hos fiberoptiske kabler. Satellitter har stadig to fordele i forhold til kabel: de er mere pålidelige, og de kan bruges til punkt-til-multipunkt-kommunikation (udsendelse).

Cellulære telefonisystemer er blevet en udfordring for alle andre former for telefoni. Det er muligt at placere et cellulært system i et udviklingsland til en meget rimelig pris. Langdistanceopkald kræver en anden teknologi, men det kan være enten satellitter eller fiberoptisk kabel.

De LEO-systemer

Cellulær telefoni har bragt os et nyt teknologisk “system” – det personlige kommunikationssystem (PCS). I det fuldt udviklede PCS vil den enkelte person bære sin telefon med sig. Denne telefon kan bruges til tale eller data og vil kunne bruges overalt. Flere virksomheder har forpligtet sig til at levere en version af dette system ved hjælp af satellitter i lave kredsløb om jorden (LEO). Disse baner er betydeligt lavere end TELSTAR/RELAY-banerne fra begyndelsen af 1960’erne. De tidlige “low-orbit”-satellitter befandt sig i elliptiske baner, der førte dem gennem det nedre van Allen-strålingsbælte. De nye systemer vil befinde sig i baner på ca. 500 miles under dette bælte.

Det mest ambitiøse af disse LEO-systemer er Iridium, der sponsoreres af Motorola. Iridium planlægger at opsende 66 satellitter i polære kredsløb i en højde på ca. 400 miles. Hver af de seks baneplaner, der er adskilt med 30 grader omkring ækvator, vil indeholde 11 satellitter. Iridium havde oprindeligt planlagt at have 77 satellitter – deraf navnet. Element 66 har det mindre behagelige navn dysprosium. Iridium forventer at kunne levere kommunikationstjenester til håndholdte telefoner i 1998. De samlede omkostninger ved Iridium-systemet er langt over tre milliarder dollars.

Ud over de “store LEOS” som Iridium og Globalstar findes der flere “små LEOS”. Disse selskaber planlægger at tilbyde mere begrænsede tjenester, typisk data og radiodeterminering. Typisk for disse er ORBCOM, som allerede har opsendt en forsøgssatellit og forventer at tilbyde begrænsede tjenester i en meget nær fremtid.

Prospekt og tilbageblik

Arthur C. Clarke havde i 1945 en vision om et system med tre “bemandede” satellitter placeret over de største landmasser på jorden, som skulle levere direkte fjernsyn i bredformat. Satellitkommunikationens iboende “broadcast”-karakter har gjort direkte udsendelse til et tilbagevendende tema – som dog aldrig er blevet ført ud i livet. Problemerne er ikke tekniske – de er politiske, sociale og kunstneriske. Hvad vil folk være villige til at betale for? Det er spørgsmålet – især nu, hvor der findes 120-kanals kabelsystemer. Hughes er tilsyneladende ved at gå ind på dette område og vil måske tilskynde andre til at gøre det samme. Først da vil Clarke’s profetiske vision blive opfyldt.

Der er i øjeblikket seks selskaber, der leverer faste satellittjenester til USA: GE Americom, Alascom, AT&T, COMSAT, GTE og Hughes Communications. De driver 36 satellitter med en nettoformue på over fire milliarder dollars. De jordstationer, der kommunikerer med disse satellitter, er utallige og kan have en tilsvarende nettoformue. INTELSAT har siden 1986 haft konkurrence på det internationale marked fra Pan American Satellite. Orion Satellite forventes at påbegynde sin internationale tjeneste i 1994. Siden Canada begyndte indenlandsk satellittjeneste i 1972, har landet fået selskab af USA (1974), Indonesien (1976), Japan (1978), Indien (1982), Australien (1985), Brasilien (1985), Mexico (1985) og mange andre. Hvert år opsendes 10-20 kommunikationssatellitter til en værdi af ca. 75 mio. dollars hver. De løfteraketter, der bringer dem i kredsløb, har en tilsvarende værdi. Både satellitter og løfteraketter er milliardforretninger. Jordstationsbranchen er lige så stor. Endelig er selve kommunikationstjenesterne en milliardforretning. John R. Pierce havde ret – det ville være en milliard dollars værd.

En selektiv kronologi for kommunikationssatellitter

  • 1945 Arthur C. Clarke artikel: “Extra-Terrestrial Relays”
  • 1955 John R. Pierce artikel: “Extra-Terrestrial Relays”
  • 1955 John R. Pierce artikel: “Orbital Radio Relays”
  • 1956 Første transatlantiske telefonkabel: TAT-1
  • 1957 Sputnik: Rusland opstiller den første jordsatellit.
  • 1960 1. vellykkede DELTA-løfteraket
  • 1960 AT&T ansøger FCC om licens til eksperimentel satellitkommunikation
  • 1961 Formel start af TELSTAR-, RELAY- og SYNCOM-programmerne
  • 1962 TELSTAR og RELAY opsendes
  • 1962 Communications Satellite Act (U.S.)
  • 1963 SYNCOM opsendt
  • 1964 INTELSAT dannet
  • 1965 COMSAT’s EARLY BIRD: 1. kommerciel kommunikationssatellit
  • 1969 INTELSAT-III-serien giver global dækning
  • 1972 ANIK: 1. indenlandsk kommunikationssatellit (Canada)
  • 1974 WESTAR: 1. U.Indenlandsk kommunikationssatellit i USA
  • 1975 INTELSAT-IVA: 1. anvendelse af dobbeltpolarisation
  • 1975 RCA SATCOM: 1. operationel kropsstabiliseret kommunikationssatellit
  • 1976 MARISAT: PALAPA: Tredje land (Indonesien) til opsendelse af indenlandsk kommunikationssatellit
  • 1979 INMARSAT dannet.
  • 1988 TAT-8: 1. fiberoptisk transatlantisk telefonkabel