Starlink-satellieten voor internettoegang
Een gigantisch netwerk van laagvliegende satellieten moet afgelegen oorden kunnen voorzien van internet. Niet iedereen is daar blij mee: astronomen maken zich er druk over.
Op veel plaatsen ontbreekt een snelle internettoegang, en dan vooral daar waar geen zendmasten en 4Gnetwerken beschikbaar zijn. Bijvoorbeeld op zee, in woestijnen of grote bossen – of een afgelegen boerderij op het Brabantse platteland of in de Belgische Kempen. Het gigantische satellietnetwerk Starlink is bedoeld om de gaten in de toegang tot het terrestrische netwerk op te vullen. Meer dan 30.000 satellieten zullen in een baan om de aarde worden gebracht voor die zogenaamde megaconstellatie. Er hagen er al 715.
LAGE BANEN VOOR MINDER LATENTIE
Starlink is een project van het privébedrijf SpaceX, bekend om zijn herbruikbare hulpraketten genaamd Falcon en om de uiterst ambitieuze ruimtevaartprojecten zoals het kolonialiseren van Mars. De oprichter van het bedrijf, Elon Musk, presenteerde in januari 2015 het idee van een wereldwijd satellietnetwerk. Het is bedoeld om overal goedkope snelle internettoegang te bieden, zelfs op plaatsen waar voorheen geen internetverbinding was. Op de lange termijn is Starlink bedoeld om een volledige netwerkstructuur in de ruimte op te bouwen.
Daartoe moeten duizenden satellieten in lage banen om de aarde draaien – de zogenaamde LEO’s (Low Earth Orbit) op een hoogte van ongeveer 550 kilometer. Dergelijke omloopbanen slaan twee vliegen in een klap: het lanceren van de satellieten kost minder en gebruikers profiteren van een kortere afstand tot de satellieten door de aanzienlijk kortere voortplantingstijden van de signalen in vergelijking met andere satellieten. Het huidige satellietinternet maakt voornamelijk gebruik van geostationaire satellieten in banen op een hoogte van 35.786 km. Die enorme afstand veroorzaakt een signaalvertraging van 700 milliseconden. Dat is te veel voor bijvoorbeeld videoconferenties of VoiceoverIP. Bij Starlink moeten de pingtijden tussen de 20 en 50 milliseconden liggen. Dat is op hetzelfde niveau als de terrestrische vertragingen.
Wat er beloofd wordt klinkt goed en zou gevestigde internetproviders kunnen doen vrezen voor hun businessmodel. Daar hoeven ze volgens Elon Musk echter niet bang voor te zijn: Starlink is niet geschikt voor internettoegang in dichtbevolkte regio’s omdat de bandbreedte van de satellieten wordt verdeeld over het aantal gebruikers in het ontvangstgebied. Starlink is dan ook van meet af aan ontworpen om dunbevolkte gebieden te bedienen, waarvoor kabels leggen of zendmasten bouwen niet lonend is. Volgens Musk vult Starlink een niche die niemand ooit eerder heeft willen opvullen. Dat kan de boeren op het platteland misschien een beetje opvrolijken, want Musk wil de dienst ook in Europa aanbieden.
De testfase begon al in juni, aanvankelijk alleen bedrijfsintern. SpaceX heeft momenteel lancerings en exploitatievergunningen voor in totaal 11.943 satellieten, en dat worden er naar verwachting circa 30.000, waarvan sommige oudere zullen vervangen.
ZELFDE DOELEN, ANDERE PLANNEN
Hoewel de vele verschillende getallen die op internet over het project circuleren verwarrend zijn, is de opzet van het project alleen in details gewijzigd: hier en daar zijn er koersaanpassingen en een nieuwe technologie die nog hogere datasnelheden moet opleveren – en wordt er gesleuteld aan de veel te hoge zichtbaarheid in de nachtelijke hemel. Vanaf eind 2020 zullen de satellieten laserterminals krijgen waarmee ze ook hun onderlinge dataverkeer kunnen afhandelen.
Dat is op zich een belangrijke stap, omdat Starlink een eigen autonome infrastructuur geeft voor het routeren van datapakketten van de zender naar de ontvanger. Op dit moment zijn de grondstations nog steeds verantwoordelijk voor de routering, omdat sommige satellieten nog geen laserterminals aan boord hebben, en vooral ook omdat het Starlinknetwerk nog incompleet is.
De satellieten zijn nu in massaproductie en SpaceX bouwt er momenteel zeven per dag. Ze zouden ongeveer vijf jaar moeten meegaan. Een enkele satelliet kost ongeveer 500.000 dollar, plus nog eens lanceringskosten van dezelfde orde van grootte.
Elke satelliet weegt 260 kilo. Ze worden aangedreven door een ionenmotor die gebruik maakt van het Halleffect. Die biedt een hoge stuwkrachtefficiëntie en kan langdurig worden ingezet. De motor maakt gebruik van kryptongas en niet van het veelgebruikte xenon. Krypton is iets zwaarder, maar kost slechts een tiende daarvan. Met behulp van optische meetinstrumenten, bekend als startrackers, richten de satellieten zich op de aarde en oriënteren ze zich op heldere sterren. Door gebruik te maken van optische sensoren en door toegang tot de NASAdatabase van ruimteschroot kunnen de satellieten objecten in hun baan vermijden. Generatie V 1.0 gebruikt de Kuband (12 tot 18 gigahertz) en ook de Kaband (26,5 tot 40 gigahertz), waardoor de zendcapaciteit vergroot wordt. De Amerikaanse telecommunicatieautoriteit FCC heeft het gebruik van de Vband (40 tot 75 gigahertz) al goedgekeurd voor nieuwere generaties. De signalen worden gebundeld door vier antennes, zogenaamde phasedarrays. Dat is zelfs op aarde een effectief middel om een goede richtingsgevoeligheid te bereiken.
Momenteel worden – in de eerste fase – 1584 Starlinksatellieten volgens het plan op een hoogte van ongeveer 550 kilometer gebracht. Ze zullen draaien op banen met een helling van 53 graden ten opzichte van de evenaar. Medio augustus waren er al tien lanceringen voltooid van Falcon 9raketten met de nieuwe generatie V 1.0satellieten. Daarbij ging het steeds om 60 satellieten, behalve bij drie lanceringen waarbij andere payloads een deel van de capaciteit innamen. Samen met de testsatellieten van generatie V 0.9 draaiden er medio augustus al 653 Starlinksatellieten in een baan om de aarde. Acht exemplaren waren ondertussen niet meer in omloop, oftewel opgebrand bij terugkeer in de dampkring, en enkele functioneerden niet goed.
Volgens de beschikbare aanvragen wilde SpaceX eerst nog eens 2825 satellieten in veel hogere banen brengen, tussen 1110 en 1325 kilometer hoogte met
hellingen van 53,8 tot 81 graden ten opzichte van de evenaar. SpaceX is echter van gedachten veranderd en de satellieten gaan nu in een baan om de aarde draaien tussen 540 en 570 kilometer hoogte, met hellingen van 53,2 tot 97,6 graden, en bestrijken dus ook gebieden die verder naar het noorden liggen. In een tweede fase is het bedrijf van plan om nog lagere banen te voorzien van in totaal 7518 satellieten die rond 340 kilometer boven ons cirkelen.
De tijdsdruk is enorm. Tegen het einde van 2024 zou het bedrijf immers precies de helft van de als eerste aangevraagde hoeveelheid in een baan om de aarde moeten hebben, oftewel 5972 Starlinksatellieten. Met de Falcon 9raket zou dat 100 lanceringen van 60 satellieten per stuk vereisen. Met één of twee lanceringen per maand mag er dan nauwelijks iets misgaan. Daarom moeten de nieuwe raketten Starship en Super Heavy voor meer marge zorgen en binnenkort 400 Starlinksatellieten per keer lanceren. Maar het is de vraag of de nieuwe transportraketten op tijd klaar zullen zijn.
LANCERINGEN WORDEN ROUTINE
Ongeacht de voortdurende aanpassingen zijn de lanceringen nu net zo routinematig geworden als het aanzetten van de koffieautomaat ’s ochtends: twee en een halve minuut na de lancering schakelt de eerste trap van de Falcon 9raket uit en snelt terug naar het aardoppervlak, afgescheiden van de tweede trap en de satellieten.
Iets meer dan drie minuten na het opstijgen werpt de tweede trap de behuizing af. Na zeven minuten stopt de motor van de eerste trap, die weer richting aarde vliegt, en na iets minder dan negen minuten landt hij op een schip en kan hij worden hergebruikt. Tegelijkertijd worden ook de motoren uitgeschakeld van de tweede trap, die de satellieten naar hun eindbestemming brengt.
Bij sommige lanceringen zijn naast de Starlinksatellieten ook andere satellieten betrokken, die dan onderweg afgezet worden. Na 45 minuten wordt de hele batterij van maximaal 60 Starlinksatellieten in een voorlopige baan om de aarde losgelaten, ongeveer 300 kilometer boven het aardoppervlak, allemaal tegelijk. Ze ontvouwen hun zonnepanelen en ontsteken hun Kryptonionenstuwraketten om te klimmen naar de beoogde hoogte van hun huidige drie reguliere banen.
In de huidige fase worden de satellieten verdeeld over 72 banen met elk 22 satellieten, op een hoogte van 550 kilometer. Eenmaal in hun banen bewegen ze zich geleidelijk aan verder uit elkaar, totdat na enkele dagen het parelsnoer aan de hemel zijn definitieve vorm heeft bereikt.
ZICHTBAAR RESULTAAT
Op sommige avonden – bij voorkeur kort na een lancering – kan men al echte treintjes van satellieten voorbij zien komen in de nachtelijke hemel. Die formatievluchten vallen zoals beschreven na enkele dagen uiteen. Nu echter steeds meer banen geleidelijk aan gevuld raken, verschijnen er al foto’s van de nachtelijke hemel met een streepjespatroon. De oorzaak daarvan is het licht dat door de satellieten wordt gereflecteerd.
Veel mensen ergeren zich daar aan, vooral astronomen. Zij zien de ‘lichtvervuiling’ van de Starlinksatellieten als een drastische verslechtering van de waarnemingsmogelijkheden. SpaceX test coatings op zijn satellieten en gaf eerder dit jaar een satelliet genaamd DarkSat een donkerder oppervlak als test, maar dat veroorzaakte thermische problemen. Starlink L7 kreeg een soort schild dat het zonlicht afschermt. Alle satellieten die na half augustus zijn gelanceerd, zouden minder fel moeten schijnen. De kritiek van de astronomen is daardoor echter niet minder geworden. Ze klagen ook over het feit dat SpaceX pas laat in de projectfase en pas na massale protesten met sterrenkundige onderzoeksinstellingen is gaan praten.
Een tweede probleem, zo zeggen critici van het project, is dat het grote aantal satellieten het risico op een botsing met andere hemellichamen sterk kan vergroten. Als ergste gevolg daarvan vrezen ze het zogenaamde Kesslereffect. Daarbij maken verdere botsingen als gevolg van rondvliegend puin nieuwe lanceringen praktisch onmogelijk. De internationale ruimtevaartagentschappen verplichten de satelliet
exploitanten dan ook om hun satellieten aan het einde van de levensduur veilig uit de omloopbaan terug te brengen. Daarom moeten de Starlinksatellieten voldoende brandstof aan boord hebben om ze snel naar de atmosfeer te brengen, waar ze zullen opbranden. Drie Starlinksatellieten zijn op die manier al aan hun einde gekomen.
Een derde golf van kritiek heeft betrekking op het feit dat SpaceX, een individueel bedrijf zonder internationale overeenkomsten, een groot deel van de waardevolle LEObanen min of meer in beslag heeft genomen door middel van een verrassingsaanval. Lage baanhoogtes zijn ook zeer aantrekkelijk voor andere doeleinden, zoals aardobservatie, astronomie en weersatellieten. Bovendien vindt niet elke regering het misschien prettig dat Starlink internettoegang biedt die buiten de regelgeving valt. Dat betekent dat ongewenste inhoud niet zomaar kan worden geblokkeerd. Andersom geldt ook dat SpaceX zelf gevoelig is voor filterpraktijken en dat het als Amerikaans bedrijf ook volledige toegang moet geven aan de Amerikaanse geheime diensten.
DE CONCURRENTIE WORDT WAKKER
Starlink is niet de enige satellietenconstellatie, maar wel de meest geavanceerde. OneWeb, een bedrijf gevestigd in Londen, wilde een soortgelijk concept lanceren met 1980 satellieten, maar vroeg in maart faillissement aan. Er waren al 74 van de OneWebsatellieten met succes gelanceerd. Eind juli nam een BritsIndiaans consortium OneWeb over.
Ook over het Kuiperproject is al tijdens de planningsfase veel ophef geweest, waarschijnlijk omdat Amazon er achter zit. In totaal zullen 3236 satellieten in een baan om de aarde worden gebracht. Samsung kondigde in 2015 een plan aan voor een constellatie van 4600 satellieten, maar lijkt daar op teruggekomen te zijn. Het heeft de afgelopen tijd daar niets meer over laten horen. Ook rond Facebooks project Athena is het stil geworden.
Het Canadese bedrijf Telesat wil een constellatie van 117 satellieten in een baan om de aarde sturen op een hoogte van ongeveer 1000 kilometer. De Chinese autofabrikant Geely plant ook een eigen satellietnetwerk, maar dat is meer gericht op het besturen van autonome voertuigen.
VOORUITZICHTEN
Het netwerk van Starlinksatellieten wordt steeds dichter en dichter, dat is een feit. Het netwerk wordt een ernstige bedreiging voor de investeringsbereidheid van netwerkoperators in minder centraal gelegen gebieden. Voor de nabije toekomst zal iedereen die daar internettoegang nodig heeft een beroep moeten doen op Starlink. Het valt nog te bezien hoe gereguleerd de internettoegang via de satelliet zal zijn en hoe het bedrijf gaat reageren op verzoeken van geheime diensten en opsporingsinstanties die inbreuk kunnen maken op de privacy van gebruikers.
Literatuur
[1] Michael Link en Noud van Kruysbergen, Weg met de rotzooi, Ruimteafval raakt iedereen, c’t 3/2020, p.64