Globális falu lehetséges

by David J. Whalen

500 év múlva, amikor az emberiség visszatekint az űrutazás hajnalára, talán az Apollo 1969-es Holdra szállása lesz az egyetlen esemény, amelyre emlékeznek. Ugyanakkor azonban Lyndon B. Johnson, aki maga is lelkes támogatója volt az űrprogramnak, úgy érezte, hogy a felderítő műholdak önmagukban is igazolják az űrkutatásra költött minden egyes pennyt. Az időjárás-előrejelzés forradalmi változáson ment keresztül a geostacionárius meteorológiai műholdak képeinek elérhetősége miatt – olyan képek, amelyeket nap mint nap látunk a televízióban. Mindezek fontos aspektusai az űrkorszaknak, de a műholdas kommunikáció valószínűleg a többinél nagyobb hatással volt az átlagemberre. A műholdas kommunikáció az egyetlen valóban kereskedelmi célú űrtechnológia, amely évente több milliárd dollárt termel a termékek és szolgáltatások értékesítéséből.

A milliárd dolláros technológia

1945 őszén Arthur C. Clarke, a RAF elektronikai tisztje és a Brit Bolygóközi Társaság tagja írt egy rövid cikket a Wireless World-ben, amelyben leírta a magasan a világ szárazföldi tömegei felett 24 órás pályán keringő, emberesített műholdak használatát a televíziós műsorok terjesztésére. Cikke nyilvánvalóan kevéssé volt tartós hatással, annak ellenére, hogy Clarke megismételte a történetet az 1951/52-es The Exploration of Space című művében. Talán John R. Pierce, az AT&T’s Bell Telephone Laboratories munkatársa volt az első, aki alaposan felmérte a műholdas kommunikáció különböző technikai lehetőségeit és a pénzügyi kilátásokat. 1954-ben egy beszédében és 1955-ben egy cikkében kifejtette egy űrbeli kommunikációs “tükör”, egy közepes pályán keringő “ismétlő” és egy 24 órás pályán keringő “ismétlő” hasznosságát. Összehasonlítva egy műhold kommunikációs kapacitását, amelyet 1000 egyidejű telefonhívásra becsült, és az első transzatlanti telefonkábel (TAT-1) kommunikációs kapacitását, amely 30-50 millió dolláros költséggel 36 egyidejű telefonhívást tudott bonyolítani, Pierce azon tűnődött, hogy egy műhold megérne-e egymilliárd dollárt.

A Szputnyik I 1957-es fellövése után sokan elgondolkodtak a műholdas kommunikációval járó előnyökön, nyereségen és presztízsen. A “duplikációtól” való kongresszusi félelmek miatt a NASA a “tükrös” vagy “passzív” kommunikációs műholdakkal (ECHO) végzett kísérletekre szorítkozott, míg a védelmi minisztérium volt felelős az “átjátszó” vagy “aktív” műholdakért, amelyek a műholdon felerősítik a fogadott jelet – sokkal jobb minőségű kommunikációt biztosítva. 1960-ban az AT&T engedélyt kért a Szövetségi Hírközlési Bizottságtól (FCC) egy kísérleti távközlési műhold felbocsátására egy működőképes rendszer gyors megvalósítása céljából. Az amerikai kormány meglepődve reagált– nem volt olyan politika, amely segítette volna az AT&T javaslatával kapcsolatos számos döntés végrehajtását. 1961 közepére a NASA versenypiaci szerződést kötött az RCA-val egy közepes pályán (4000 mérföld magasan) keringő aktív kommunikációs műhold (RELAY) építésére; az AT&T saját közepes pályán keringő műholdat (TELSTAR) épített, amelyet a NASA költségtérítéses alapon indított volna; és a NASA kizárólagos forrásból szerződést kötött a Hughes Aircraft Company-val egy 24 órás (20 000 mérföld magasan keringő) műhold (SYNCOM) építésére. A katonai programot, az ADVENT-et egy évvel később törölték az űreszköz összetettsége, a hordozórakéta késedelmes rendelkezésre állása és a költségtúllépés miatt.

1964-ig két TELSTAR, két RELAY és két SYNCOM működött sikeresen a világűrben. Ez az időzítés szerencsés volt, mert az 1962. évi kommunikációs műholdakról szóló törvény eredményeként megalakult Communications Satellite Corporation (COMSAT) éppen az első műholdra vonatkozó szerződéskötés folyamatában volt. A COMSAT 200 millió dolláros kezdeti tőkéjét elegendőnek tartották egy több tucat közepes pályán keringő műholdból álló rendszer kiépítéséhez. Számos okból, többek között a költségek miatt, a COMSAT végül úgy döntött, hogy elutasítja az AT&T/RCA közös ajánlatát egy olyan közepes pályájú műholdra, amely a TELSTAR és a RELAY legjobb tulajdonságait tartalmazza. Az első két rendszerükhöz a Hughes Aircraft Company által felajánlott 24 órás pályára állított (geoszinkron) műholdat, a harmadik rendszerükhöz pedig a TRW geoszinkron műholdját választották. A COMSAT első műholdját, az EARLY BIRD-et 1965. április 6-án indították Cape Canaveralról. Megkezdődött a globális műholdas kommunikáció.

A globális falu: A TELSTAR, a RELAY és a SYNCOM kísérletei során már bepillantást nyerhettünk a globális faluba

. Ezek közé tartozott az 1964-es tokiói olimpia egyes részeinek televíziós közvetítése. Bár a COMSAT és a kezdeti hordozóeszközök és műholdak amerikaiak voltak, más országok is részt vettek a kezdetektől fogva. Az AT&T kezdetben tárgyalt európai telefonkábeles “partnereivel”, hogy földi állomásokat építsenek a TELSTAR kísérletekhez. A NASA ezeket a tárgyalásokat kiterjesztette a RELAY és SYNCOM kísérletekre is. Az EARLY BIRD indításakor már léteztek kommunikációs földi állomások az Egyesült Királyságban, Franciaországban, Németországban, Olaszországban, Brazíliában és Japánban. Az 1963-ban és 1964-ben folytatott további tárgyalások eredményeként egy új nemzetközi szervezet jött létre, amely végül átvette a műholdak tulajdonjogát és a globális rendszer irányításának felelősségét. 1964. augusztus 20-án aláírták azokat a megállapodásokat, amelyek létrehozták a Nemzetközi Távközlési Műholdas Szervezetet (INTELSAT).

1965 végére az EARLY BIRD 150 telefonos “féláramkört” és 80 óra televíziós szolgáltatást nyújtott. Az INTELSAT II sorozat az EARLY BIRD valamivel nagyobb teljesítményű és hosszabb élettartamú változata volt. A COMSAT/INTELSAT rendszer korai felhasználásának nagy részét a NASA kommunikációs hálózatának (NASCOM) áramkörökkel való ellátása tette ki. Az INTELSAT III sorozat volt az első, amely az Indiai-óceán lefedettségét biztosította a globális hálózat teljessé tétele érdekében. Ez a lefedettség néhány nappal azelőtt fejeződött be, hogy félmilliárd ember látta az APOLLO 11 holdraszállását 1969. július 20-án.

Az 1965-ben néhány száz telefonkörből és néhány tagból álló INTELSAT mára olyan rendszerré nőtte ki magát, amelynek több tagja van, mint az ENSZ-nek, és amely több százezer telefonkört képes biztosítani. A szolgáltatók áramkörönkénti költsége közel 100 000 dollárról néhány ezer dollárra csökkent. A fogyasztók költsége percenként több mint 10 dollárról kevesebb mint 1 dollárra csökkent. Ha az infláció hatásait is figyelembe vesszük, ez óriási csökkenés! Az INTELSAT az egész világnak nyújt szolgáltatásokat, nem csak az iparosodott országoknak.

Hello Guam: Belföldi kommunikáció

1965-ben az ABC egy belföldi műholdas rendszert javasolt a televíziós jelek terjesztésére. A javaslat az átmeneti feledés homályába merült, de 1972-ben a TELESAT CANADA elindította az első hazai kommunikációs műholdat, az ANIK-ot, amely a hatalmas kanadai kontinentális területet szolgálta ki. Az RCA azonnal bérelt áramköröket a kanadai műholdon, amíg saját műholdat nem tudott indítani. Az első amerikai belföldi távközlési műhold a Western Union WESTAR I volt, amelyet 1974. április 13-án bocsátottak fel. A következő év decemberében az RCA elindította az RCA SATCOM F-1-et. 1976 elején az AT&T és a COMSAT elindította az első COMSTAR sorozatot. Ezeket a műholdakat hang- és adatátvitelre használták, de nagyon hamar a televíziózás lett a fő felhasználó. 1976 végére 120 transzponder állt rendelkezésre az USA felett, amelyek mindegyike 1500 telefoncsatornát vagy egy TV-csatornát tudott biztosítani. Nagyon gyorsan elérhetővé váltak a “filmcsatornák” és a “szuperállomások” a legtöbb amerikai számára. A kábeltelevíziózás drámai növekedése nem lett volna lehetséges a videó terjesztésének olcsó módszere nélkül.

Az ezt követő két évtizedben történt néhány változás: Az AT&T még mindig műhold-üzemeltető, de már nem működik együtt a COMSAT-tal; a GTE, amely eredetileg a hatvanas évek elején a Hughes-szal együttműködve globális rendszert épített és üzemeltetett, ma már jelentős hazai műhold-üzemeltető. A televíziózás még mindig dominál a hazai műholdas kommunikációban, de az adatforgalom óriási mértékben nőtt a nagyon kis apertúrájú terminálok (VSAT) megjelenésével. A kisméretű antennák, legyenek azok csak TV-vevő (TVRO) vagy VSAT-antennák, mindennapos látványt nyújtanak az egész országban.

Új technológia

Az első nagy geoszinkron műholdas projekt a védelmi minisztérium ADVENT kommunikációs műholdja volt. Ez nem forgó, hanem háromtengelyes stabilizált volt. Olyan antennával rendelkezett, amely a rádióenergiát a Földre irányította. Meglehetősen kifinomult és nehéz volt. Az 500-1000 font súlyú műholdat csak az ATLAS- CENTAUR hordozórakétával lehetett felbocsátani. Az ADVENT soha nem repült, elsősorban azért, mert a CENTAUR fokozat 1968-ig nem volt teljesen megbízható, de a műholddal kapcsolatos problémák miatt is. Amikor a programot 1962-ben törölték, azt a geoszinkron műholdak, a háromtengelyes stabilizálás, az ATLAS-CENTAUR és általában a komplex kommunikációs műholdak halálos ítéletének tekintették. A geoszinkron műholdak 1963-ban váltak valósággá, és 1965-ben váltak az egyetlen választássá. A következő években a többi ADVENT jellemző is általánossá vált.

A hatvanas évek elején átalakított interkontinentális ballisztikus rakétákat (ICBM) és közepes hatótávolságú ballisztikus rakétákat (IRBM) használtak hordozórakétaként. Mindegyiknek volt egy közös problémája: arra tervezték őket, hogy egy tárgyat a földfelszínre juttassanak, nem pedig arra, hogy egy tárgyat pályára állítsanak. A felső fokozatokat úgy kellett megtervezni, hogy a pályára állításhoz a delta-Vee (sebességváltozás) a csúcsponton körkörös pályára álljon. A DELTA hordozórakéták, amelyek az összes korai távközlési műholdat pályára állították, THOR IRBM-ek voltak, amelyek a VANGUARD felső fokozatot használták ennek a delta-vee-nek a biztosítására. Felismerték, hogy a DELTA viszonylag kicsi, és megkezdték a CENTAUR, az ATLAS ICBM nagy energiájú felső fokozatának kifejlesztésére irányuló projektet. Az ATLAS-CENTAUR 1968-ban vált megbízhatóvá, és az INTELSAT műholdak negyedik generációja ezt a hordozórakétát használta. Az ötödik generáció az ATLAS-CENTAUR-t és egy új hordozórakétát, az európai ARIANE-t használta. Azóta más belépők, köztük az orosz PROTON hordozórakéta és a kínai LONG MARCH is megjelent a piacon. Mindegyik képes az EARLY BIRD súlyának csaknem harmincszorosát kitevő műholdak indítására.

A hetvenes évek közepén több műholdat építettek háromtengelyes stabilizálással. Ezek bonyolultabbak voltak, mint a pörgettyűk, de több despun felületet biztosítottak az antennák felszereléséhez, és lehetővé tették nagyon nagy napelemtáblák telepítését. Minél nagyobb a tömeg és a teljesítmény, annál nagyobbnak tűnik a háromtengelyes stabilizáció előnye. A stabilizálás e formájának sikerét talán a legbiztosabban az jelzi, hogy a pörgő műholdakkal szorosan azonosított Hughes az 1990-es évek elején áttért a stabilizálás e formájára. A SYNCOM gyártóinak legújabb termékei nagyon hasonlítanak az 1950-es évek végén lejáratott ADVENT konstrukcióra.

A távközlési műholdak technológiájának nagy része már 1960-ban is létezett, de idővel továbbfejlesztették. A műhold alapvető kommunikációs eleme az utazó-hullámcső (TWT) volt. Ezeket Rudoph Kompfner Angliában találta fel, de a Bell Labs-ben Kompfner és J. R. Pierce tökéletesítette. Mindhárom korai műhold a Bell Labs egyik munkatársa által épített TWT-t használt. Ezeknek a korai csöveknek a teljesítménye mindössze 1 watt volt. Ma már nagyobb teljesítményű (50-300 watt) TWT-k állnak rendelkezésre a szabványos műholdas szolgáltatásokhoz és a közvetlen műsorszóró alkalmazásokhoz. Még ennél is fontosabb előrelépés volt a nagy nyereségű antennák használata. Egy 1 wattos adó energiájának a földfelszínre történő összpontosítása egyenértékű egy 100 wattos, minden irányba sugárzó adóval. Ha ezt az energiát az USA keleti részére összpontosítjuk, az olyan, mintha egy 1000 wattos adó sugározna minden irányba. A tényleges és effektív teljesítmény növekedésének fő hatása az, hogy a földi állomások már nem 100 láb magas tányérreflektorok, amelyek kriogénnel hűtött maszererősítőkkel rendelkeznek, és amelyek megépítése 10 millió dollárba (1960-ban) kerül. A szokásos műholdas szolgáltatásokhoz használt antennák jellemzően 15 láb magas parabolaantennák, amelyek ára 30 000 dollár (1990-ben). A közvetlen műsorszóró antennák csak egy láb átmérőjűek és néhány száz dollárba kerülnek.

Mobil szolgáltatások

1976 februárjában a COMSAT egy újfajta műholdat, a MARISAT-ot indította el, hogy mobil szolgáltatásokat nyújtson az Egyesült Államok haditengerészetének és más tengeri ügyfeleknek. Az 1980-as évek elején az európaiak elindították a MARECS sorozatot, hogy ugyanezeket a szolgáltatásokat nyújtsák. 1979-ben az ENSZ Nemzetközi Tengerészeti Szervezete támogatta a Nemzetközi Tengerészeti Műholdszervezet (INMARSAT) létrehozását az INTELSAT-hoz hasonló módon. Az INMARSAT kezdetben a MARISAT és a MARECS műholdak transzpondereit bérelte, de 1990 októberében elindította az első saját műholdját, az INMARSAT II F-1-et. A harmadik generációt, az INMARSAT III-at már elindították.

A hetvenes évek közepén javasoltak egy repülési műholdat. A General Electricnek szerződést kötöttek a műhold megépítésére, de azt törölték – ezt a szolgáltatást most az INMARSAT nyújtja. Bár az INMARSAT-ot eredetileg a tengeren lévő hajók telefonszolgáltatásának és forgalomfigyelő szolgáltatásainak biztosítására tervezték, ennél sokkal többet nyújtott. Az aktatáskás telefonnal rendelkező újságíró egy ideje már mindenütt jelen van, de az Öbölháború hozta ezt a technológiát a közvélemény elé.

Az Egyesült Államok és Kanada egy ideig tárgyalt egy észak-amerikai mobil műholdról. A következő évben felbocsátják az első MSAT műholdat, amelyben az AMSC (USA) és a TMI (Kanada) együttműködik, és amely műholdas mobiltelefon-szolgáltatást nyújt egész Észak-Amerikában.

Verseny

1965-ben, amikor az EARLY BIRD-et elindították, a műhold a tengeralatti telefonkábelek kapacitásának majdnem tízszeresét biztosította majdnem tizedannyiért. Ez az árkülönbség egészen a TAT-8 1980-as évek végi fektetéséig fennmaradt. A TAT-8 volt az első üvegszálas kábel, amelyet az Atlanti-óceánon keresztül fektettek le. A műholdak még mindig versenyképesek a kábellel a pont-pont kommunikációban, de a jövőben az üvegszálas kábelek előnye lehet. A műholdaknak még mindig két előnyük van a kábellel szemben: megbízhatóbbak, és pontról pontra (műsorszórás) is használhatók.

A cellás telefonrendszerek minden más típusú telefonálással szemben kihívásként léptek fel. Egy fejlődő országban nagyon kedvező áron lehet cellás rendszert elhelyezni. A távolsági hívásokhoz más technológiára van szükség, de ez lehet műhold vagy optikai kábel.

A LEO-rendszerek

A mobiltelefonálás egy új technológiai “rendszert” hozott számunkra – a személyes kommunikációs rendszert (PCS). A teljesen kiépített PCS-ben az egyén magával hordaná a telefonját. Ez a telefon hang- vagy adatátvitelre is használható, és bárhol használható lenne. Több vállalat is elkötelezte magát e rendszer alacsony Föld körüli pályán (LEO) keringő műholdakkal működő változatának biztosítása mellett. Ezek a pályák lényegesen alacsonyabbak, mint az 1960-as évek elejének TELSTAR/RELAY pályái. A korai “alacsony pályán” keringő műholdak elliptikus pályán keringtek, amely az alsó van Allen sugárzási övön keresztül vitte őket. Az új rendszerek körülbelül 500 mérföldes pályán, az öv alatt fognak keringeni.

A legambiciózusabb ilyen LEO-rendszer a Motorola által támogatott Iridium. Az Iridium 66 műholdat tervez poláris pályára állítani, körülbelül 400 mérföldes magasságban. Az Egyenlítő körül 30 fokkal elválasztott hat pályasík mindegyike tizenegy műholdat tartalmaz majd. Az Iridium eredetileg 77 műholdat tervezett – innen a neve. A 66-os elem a kevésbé kellemes Diszproszium nevet viseli. Az Iridium arra számít, hogy 1998-ban kommunikációs szolgáltatásokat nyújt majd a kézben tartott telefonok számára. Az Iridium rendszer teljes költsége jóval meghaladja a hárommilliárd dollárt.

A “nagy LEOS-ok”, mint az Iridium és a Globalstar mellett számos “kis LEOS” is létezik. Ezek a cégek korlátozottabb szolgáltatásokat, jellemzően adatátvitelt és rádiódeterminációt terveznek nyújtani. Tipikusan ilyen az ORBCOM, amely már felbocsátott egy kísérleti műholdat, és a közeljövőben várhatóan korlátozott szolgáltatást fog nyújtani.

Tekintély és visszatekintés

Arthur C. Clarke 1945-ös víziója egy három “emberes” műholdból álló rendszerről szólt, amelyek a Föld nagyobb szárazföldi tömegei felett helyezkednek el, és közvetlen széleskörű televíziózást biztosítanak. A műholdas kommunikáció eredendő “broadcast” jellege miatt a közvetlen műsorszórás visszatérő téma volt – de soha nem valósult meg. A problémák nem technikai jellegűek, hanem politikai, társadalmi és művészeti jellegűek. Mi az, amiért az emberek hajlandóak lesznek fizetni? Ez a kérdés – különösen a 120 csatornás kábelrendszerek elérhetősége mellett. Úgy tűnik, hogy Hughes hamarosan belép erre a területre, és talán másokat is erre ösztönöz. Csak akkor teljesülhet be Clarke prófétai látomása.

Jelenleg hat vállalat nyújt vezetékes műholdas szolgáltatást az Egyesült Államokban: GE Americom, Alascom, AT&T, COMSAT, GTE és Hughes Communications. Ezek 36 műholdat üzemeltetnek, nettó értékük meghaladja a négymilliárd dollárt. Az e műholdakkal kommunikáló földi állomások száma megszámlálhatatlan, és hasonló nettó értékűek lehetnek. Az INTELSAT-nak 1986 óta konkurenciát jelent a nemzetközi piacon a Pan American Satellite. Az Orion Satellite várhatóan 1994-ben kezdi meg a nemzetközi szolgáltatást. Mióta Kanada 1972-ben megkezdte a belföldi műholdas szolgáltatást, az országhoz csatlakozott az Egyesült Államok (1974), Indonézia (1976), Japán (1978), India (1982), Ausztrália (1985), Brazília (1985), Mexikó (1985) és sokan mások. Évente 10-20 távközlési műholdat bocsátanak fel, egyenként mintegy 75 millió dollár értékben. Az ezeket pályára állító hordozórakéták hasonló értékűek. Mind a műholdak, mind a hordozórakéták több milliárd dolláros vállalkozások. A földi állomások üzletága is hasonlóan nagy. Végül maguk a kommunikációs szolgáltatások is több milliárd dolláros üzletágak. John R. Pierce-nek igaza volt – ez egymilliárd dollárt érne.

Egy szelektív kommunikációs műhold kronológia

  • 1945 Arthur C. Clarke cikke: “
  • 1956 Az első transzatlanti telefonkábel: TAT-1
  • 1957 Szputnyik: Oroszország fellövi az első földi műholdat.
  • 1960 1. sikeres DELTA hordozórakéta
  • 1960 AT&T kísérleti műholdas távközlési engedélyért folyamodik az FCC-hez
  • 1961 A TELSTAR, RELAY és SYNCOM programok hivatalos kezdete
  • 1962 TELSTAR és RELAY indítása
  • 1962 Communications Satellite Act (U.S.)
  • 1963 SYNCOM indítása
  • 1964 INTELSAT megalakulása
  • 1965 COMSAT EARLY BIRD: 1. kereskedelmi távközlési műhold
  • 1969 INTELSAT-III sorozat globális lefedettséget biztosít
  • 1972 ANIK: 1. hazai távközlési műhold (Kanada)
  • 1974 WESTAR: 1. U.S.USA belföldi távközlési műholdja
  • 1975 INTELSAT-IVA: a kettős polarizáció 1. alkalmazása
  • 1975 RCA SATCOM: 1. működő teststabilizált kommunikációs műhold
  • 1976 MARISAT:
  • 1976 PALAPA: 3. ország (Indonézia) indít hazai kommunikációs műholdat
  • 1979 Megalakult az INMARSAT.
  • 1988 TAT-8: 1. optikai szálas transzatlanti telefonkábel

.