Když padají hvězdy aneb Satelitní komunikace

Internet | 01.07.99

Zajímá vás, jak fungují satelitní komunikační systémy? Jak se v praxi osvědčilyInmarsat a Iridium? Nechcete se již dál nechávat ohlupovat plytkými propagačními řečmi, ale podívat ...





Zajímá vás, jak fungují satelitní komunikační systémy? Jak se v praxi osvědčily
Inmarsat a Iridium? Nechcete se již dál nechávat ohlupovat plytkými
propagačními řečmi, ale podívat se na skutečné pozadí satelitních komunikace?

Nejdůležitější je nápad
Koncem války roku 1945 přišel jeden mladý muž se smělou myšlenkou využít
umělých družic pro komunikační účely. Ten muž se jmenoval Arthur Charles
Clarke. Z realizace své vize nikdy neviděl ani cent, neboť britský patentový
úřad dodnes vyžaduje dva funkční exempláře patentovaného zařízení. Dnes nám nad
hlavami krouží tisíce komunikačních družic. Nehledě na tisíce dalších satelitů,
které provádějí měření geografických dat, zkoumají vesmír, nebo slouží ke
špionáži.

Kde všechny ty satelity jsou?
Jednou z nejvýhodnějších oběžných drah, jakou může komunikační družice
zaujmout, je dráha geostacionární, na níž družice oběhne Zemi za stejnou dobu,
jako se planeta otočí kolem své osy. Vůči pozemnímu pozorovateli se jeví tak,
jako by se vůbec nepohybovala a stála na jednom místě (viz rámeček).
Geostacionární dráha se nachází ve výšce 36 000 km a lze z ní přehlídnout
přibližně 1/3 povrchu Země. Geostacionární dráha je tak výhodná, že bylo nutné
zavést pořadníky na obsazování volných pozic, neboť místo na této jedné ideální
dráze není neomezené. Přes mnohé klady má tato dráha (kterou používá vedle
drtivé většiny televizních a rádiových společností také systém satelitních
telefonů Inmarsat) i své zápory. Vyšší zeměpisné šířky (nad 70? jižní a severní
šířky) nejsou pokryté signálem, neboť geostacionární družice jsou jednoduše pod
horizontem, a tudíž nedostupné. Druhou, nezanedbatelnou nevýhodou je vzdálenost
vysílače od družice. I když se elektromagnetické vlnění pohybuje závratnou
rychlostí 300 000 km/s, urazí úsek od vysílače k družici a dále k přijímači za
více než 0,2 vteřiny, zpětná odezva vám tak nemůže přijít dříve než za cca 0,5
vteřiny. To většinou nevadí, avšak v některých případech může být i takovéto
prodlení kritické. Velká vzdálenost družice od vysílače/přijímače si vynucuje
použití plošných či parabolických antén.
Již v roce 1965 byly v bývalém SSSR vypuštěny telekomunikační družice Molnija
na nižší, eliptické dráhy (LEO Low Earth Orbit) proto, aby bylo možné pokrýt
polární oblasti televizním signálem. O mnoho let později ze stejných důvodů
využívá tento způsob pokrytí celé planety signálem společnost Iridium. Vedle
pokrytí skutečně celého prostoru zemského glóbu je významnou výhodou
nízkoorbitální dráhy možnost zachycení družicového signálu krátkou prutovou
anténou, která se dá namontovat do malého mobilního telefonu.

Dvojí princip mobilní satelitní komunikace
Cílovou skupinou mobilních satelitní systémů jsou v současné době cestující
profesionálové ze společností, které se bez celosvětového kontaktu neobejdou.
Mezi ně patří byznysmeni potřebující být neustále ve spojení s centrálou,
výzkumníci v terénu, expediční výpravy do nejrůznějších končin naší planety,
záchranáři a zdravotníci na místech, kde zničená infrastruktura nedovoluje
komunikovat jinými prostředky, a nakonec samozřejmě novináři. Ti všichni nyní
mohou využívat dvou celosvětových satelitních systémů: staršího Inmarsatu
(International Maritime Satellite organization) a nového Iridia.
Inmarsat využívá čtyř družic s geostacionární dráhou, které s výjimkou pólů
pokrývají signálem celý zemský povrch. Svět je z jejich pohledu rozdělen na
čtyři oceánské regiony: východní a západní Atlantický oceánský region (AOR-E a
AOR-W), Indický oceánský region (IOR) a Pacifický oceánský region (POR), z
nichž každý pokrývá plochu cca 210 milionů km2. Signály z družic se překrývají,
nejhustěji je pokryta euroatlantická oblast. Ze středoevropského prostoru jsou
tak dostupné hned tři družice Inmarsat (AOR-E, AOR-W, IOR).
Naproti tomu družice systému Iridium obíhají kolem země po šesti nízkých
orbitálních drahách LEO ve výšce 780 kilometrů, s inklinací 86,4 ?. Původně se
plánovalo 7 orbitálních drah se 77 družicemi, nyní se využívá 66 družic na
šesti drahách. Název systému je odvozen z názvu prvku s atomovým číslem 77,
iridia, které bylo dávno před tím pojmenováno chemiky podle řecké bohyně Iris
(jejím znamením byla duha) pro rozmanitost zbarvení jeho sloučenin. Každá z 66
družic systémů pokrývá signálem plochu 28 milionů km2, jež je rozdělena do 48
buněk. Pokud dojde vlivem pohybu stanice či družice k přesunu signálu ven z
buňky, systém mu automaticky přidělí nejbližší možnou buňku, třeba i jiného
satelitu. Na rozdíl od systému Inmarsat spolu mohou jednotlivé satelity
komunikovat přímo, bez použití pozemní brány, což nemusí být v praxi vždy
výhodné, jak vyplyne z následujících řádků.

Kosovská krize satelitních telefonů
Do análů společnosti Iridium bude kosovská krize zapsána černým písmem. Ne snad
pro rozměr lidské tragédie, ale proto, že se jedná o první masovější využití
jejích telefonů a reference na ně odtud nejsou právě lichotivé. Proč? Jeden
příklad za všechny. Norský reportér Stephansen, vyskytující se v oblasti
albánsko-jugoslávské hranice, se popáté zkouší dovolat své dceři. Když se mu to
nakonec podaří, spojení spadne po třech minutách. Nediví se, je to tady běžné.
Zkouší to znovu, a napodruhé se mu spojení podaří navázat... Jeho kolegové
novináři mají velmi podobné zkušenosti. Od mnoha uživatelů z Albánie přicházejí
informace o tom, že Iridium zřídkakdy funguje v budovách. Problémy také
nastávají při spojení z ulic měst.
Uživatelé se domnívají, že spojení padá v okamžiku, kdy se signál přenáší z
jednoho satelitu na druhý; společnost Iridium tvrdí, že se tak děje zejména
proto, že albánské hory blokují signál. Při pohledu na mapu snadno zjistíme, že
hory na albánsko-kosovské hranici dosahují velikosti Vysokých Tater. Když
vezmeme tužku, papír, kalkulačku a vyzbrojíme se znalostmi ze základní školy
(Pythagorova věta, funkce sinus a cosinus), během několika minut dojdeme k
nepříjemnému zjištění. Pokud jste obklopeni horami, nesmí být průměrné stoupání
větší než 14 stupňů, jinak poté, co jedna družice odletí, druhá ještě nebude na
dohled (!) a spojení samozřejmě spadne. A doba, po kterou je jedna družice
dostupná, se počítá na minuty.
Ale právě pracovníci humanitárních organizací, záchranné týmy a novináři jsou
jednou z cílových skupin společnosti Iridium, která prodává svůj systém s
označením "neomezená celosvětová komunikace". V materiálech firmy se lze
dozvědět, že satelitní komunikace nefunguje uvnitř budov. Většina uživatelů si
však telefony za více než 2 800 USD zakoupila na základě propagačních informací
o komunikaci "kdekoli a kdykoli", s tím, že Iridium LLC uvádí, že se jedná o
přístroje vhodné k použití v případě krize. Předpokládají snad, že v období
krize budou lidé vyhledávat střechy budov, volná prostranství či vyvýšené body
v krajině, kde se mohou snadno stát snadným terčem útoku jen kvůli tomu, aby
zachytili signál? Dozajista ne.
Pro využití satelitních mobilních telefonů Iridium i v případě stínění budovou
byly do telefonu začleněny prvky standardu GSM a společnost Iridium uzavřela
roamingové smlouvy prakticky po celém světě. Avšak v případě Albánie toto
řešení nefunguje, byl zde totiž vypnut GSM roaming z důvodů přetížení sítě
prudkým nárůstem zahraničních hovorů. Některé problémy by se daly Iridiu
odpustit, ale pokud na vaší komunikaci závisí život či velké peníze, a dáte za
ni hodně přes 100 000 Kč, tak dozajista chcete, aby fungovala a těžko budete
někomu něco promíjet.

Konzervativní řešení
Lidé, kteří jsou nuceni v Albánii komunikovat s domovskou základnou novináři a
vládní úředníci ze západních zemí dávají přednost konkurenčnímu systému
Inmarsat. Ten nabízí několik druhů služeb s rozličný druhem určení, velikostí
přenášených dat a hmotností zařízení (systémy A, B, C, M, mini-M), a
nejmobilnější z nich je systém mini-M. To, že Inmarsat využívá stacionárních
družic, přináší samozřejmě výše zmíněné nevýhody, jako je delší odezva, větší
hmotnost zařízení a rozměrná anténa (v případě mini-M hmotnost 2,4 kg a anténa
o ploše 26 x 26 cm). Ale to, co se z jedné strany jeví jako nevýhoda, je z
jiného pohledu přesně to, co potřebujete právě tento systém poskytuje
spolehlivé, robustní a jednoduché spojení s "nehybným" satelitem, v případě
Kosova se dvěma stacionárními satelity nad Atlantským a Indickým oceánem.
Anténa se dá na družici nasměrovat na okenním rámu a je s přístrojem propojena
třímetrovým kabelem. V Kosovu je jen jeden malý problém družice Inmarsatu,
které jsou v současné době tažným koněm satelitní komunikace v Albánii, jsou
velmi zatíženy, a na navázání spojení je třeba čekat okolo půl minuty.
Komunikační koordinátor Světového potravinového programu při OSN, který
využíval Inmarsat i Iridium, pan Bruni, říká: "Myšlenka systému Iridium je
nádherná. Ale je to nová technologie. Nepracuje přesně tak, jak chtěli."

Co se bude dít dál
Satelitní komunikace je v současné době pro většinu běžných uživatelů velmi
drahá. Někteří profesionálové, kteří používají satelitní komunikaci, uvažují v
dlouhodobějším horizontu o tom, že od ní možná odstoupí a budou komunikovat
přes Internet s pomocí lokálního rádiového připojení protože dnes je i v
takových zemích, jako je Albánie, dobrá internetová infrastruktura. Myšlenka
komunikace "kdykoli a kdekoli" je jistě lákavá, avšak zdá se, že se neuživí.
Společnost Iridium uzavírá postupně strategické smlouvy s hotelovými řetězci a
dopravními společnostmi a povedl se jí i kontrakt s Informační agenturou
Ministerstva obrany Spojených států DISA ve výši 219 milionů USD, ale je
otázka, zda to systém vzhledem k hrozivým ekonomickým ztrátám a pomalému
nárůstu uživatelů zachrání. Jednou a zřejmě jedinou cestou, jak vyjít z
problémů, je udělat tuto technologii dostupnou větší části populace snížit
ceny. To se bude muset stát dříve nebo později. Zvláště až na tento trh
nastoupí další společnost, GlobalStar.

Další zdroje informací:
www.nasa.gov
www.inmarsat.org
www.iridium.com
www.gsoc.dlr.de/satvis
www.paegas.cz
www.mobil.cz
www.satelit.cz

9 0423/JL


Dráha geostacionární a ty ostatní
Pro všechny družice je velmi důležité, po jaké dráze obíhají. Podle fyzikálních
zákonů platí, že čím nižší oběžnou dráhu družice má, tím silnějšímu
gravitačnímu poli Země je vystavena, a tím musí mít vyšší rychlost, aby
přitažlivou sílu FG vyrovnala silou odstředivou FZ. To znamená, že čím nižší je
oběžná dráha, tím kratší dobu trvá družici její oblet kolem Země. Princip
popisuje III. Keplerův zákon z počátku sedmnáctého století. Z jeho upravené
verze dostaneme pro naši planetu Zemi vztah
T = 84,49÷((R + h)/R)3
[kde T je oběžná doba v minutách, R poloměr Země v km (6 378 km) a h výška
družice nad zemským povrchem]. Pokud do tohoto vztahu dosadíme obvyklé výšky,
ve kterých družice operují, 200-400 km nad zemským povrchem, případně výšky
oběžných drah družic systémů Iridium (780 km) či Inmarsat (35 887 km),
dostaneme hodnoty oběžných dob uvedených v tabulce.
Z tabulky je patrné, že pokud je vzdálenost družice přibližně 36 000 km, trvá
jí jeden oblet Země 24 hodin, tedy přesně takovou dobu, za jakou se naše
planeta otočí kolem své osy. Družice se pak jeví, pokud obíhá Zemi v rovině
rovníku, jako by na obloze stála. Takovéto družice se nazývají geostacionární.
Dalším důležitou charakteristikou oběžné dráhy je kromě její výšky inklinace.
Je to úhel, jejž svírá rovina dráhy družice s rovinou rovníku. Jak bylo uvedeno
výše, inklinace geostacionárních družic je 0 o , naproti tomu družice, jež by
prolétávala nad oběma póly (po takzvané polární dráze), má inklinaci 90 o.

Výška dráhy Doba oběhu
200 km 88,50 minut
400 km 92,57 minut
780 km 100,47 minut
35887 km 24 hodin


Vlahé letní večery
Družice systému Iridium vám možná nepomohou lépe komunikovat, ale zato mohou
navodit romantickou atmosféru. Vezměte vaši vyvolenou na večerní procházku,
ukažte jí hvězdné nebe, slibte jí, že pro ni necháte spadnout hvězdu. Kouzlu
mít nějaké přání neodolá žádná žena. A vy přeci víte, kdy hvězdy padají. Že ne?
Pak to budete vědět po přečtení následujících řádků.

Iridium flares
Nebudeme samozřejmě předpovídat pády skutečných hvězd, ale záblesky družic
Iridium (Iridium flares). Na družice kroužící okolo Země dopadá sluneční
světlo, které se odráží, a jako známé "prasátko" ze zrcátka dopadá na Zem. Na
Internetu existují mnohá místa, popisující kdy a kam bude dopadat odražené
světlo například z ruského MIRu či Iridia. Věnujme se nepropracovanější službě
na adrese: www.gsoc.dlr.de/satvis. Zde určíte lokalitu, ze které budete
pozorovat, tak že zadáte její geografické souřadnice, nebo si v případě, že
bydlíte ve městě, to své vyberte z databáze (jež obsahuje i vesničky o několika
desítkách stavení) a server vygeneruje seznam záblesků družic Iridium podle
vaší volby pro nejbližších 24 či 48 hodin, nebo dokonce sedm dní. Samozřejmě s
časem záblesku přesným na sekundy a s jasností záblesku, která se udává v tzv.
magnitudách. Magnituda (hvězdná velikost) je jednotka jasnosti hvězd, rozdíl
pěti magnitud znamená stonásobný rozdíl jasnosti. Čím nižší magnituda, tím
vyšší jasnost pozorovaného objektu. Pro srovnání tabulka jasností známých
objektů:

Objekt Magnituda
Polárka +2
Jasné hvězdy (například Velký vůz či Orion) +1 až 0
Sírius (nejjasnější hvězda) -1,6
Venuše v konjunkci (při největším přiblížení) -5
Měsíc v úplňku -12,6
Satelity Iridium +2 až -8 , nejčasněji -5

Jak vidět, odražené sluneční světlo z družic systému Iridium je velmi jasné to
pro jejich nízkou oběžnou dráhu.
Avšak nejen záblesky družic Iridia vyplňují letní oblohu.
Každé léto bývá maximum jasného meteorického roje s názvem Perseidy, letos
připadá na noc ze 12. na 13. srpna, a bude možno pozorovat několik desítek
jasných meteorů za hodinu.
Až budete stát s hlavou zakloněnou a hledět na povětroně, vzpomeňte na slova
Jaroslava Seiferta:
...
Věže katedrály dole na obzoru
byly jako vystřižené
z matného staniolu,
ale vysoko nad nimi se potápěly hvězdy.
Támhle je! Už ji vidíš?
Ano, vidím!
V chomáčích jisker, které nehasly,
Hvězda se nenávratně ztrácela.
...
(Jaroslav Seifert, Halleyova kometa)


Základní přehled mobilních přístrojů a cenových programů
Inmarsat
Nabízí celou škálu mobilních přístrojů, od těch určených pro montáž na loď nebo
do auta přes přenosné 14kilogramové cvalíky s výkonem desítek wattů, až po
osobní Nera WorldPhone Office. Ceny uváděné v Kč jsou při nákupu přístroje v
síti Paegas, ceny v USD pak jsou platné po celém světě.

Nera WorldPhone Office
Velikost (š x v x h) 26 x 26 x 5,7 cm (celý transportní balík)
Hmotnost 2,4 kg (bez antény 1,4 kg)
Provozní doba 3 h
Pohotovostní doba 50 h
Výkon 0,8 W příjem dat, 12 W vysílání
Rychlost přenostu dat 4,8 Kb/s hlas, 2,4 Kb/s fax a data
Cena přístroje 147 620 Kč
SIM karta 1220 Kč
Jednorázový doplatek za připojení 65 USD
Měsíční poplatek 15 USD
Volání (sazba za minutu) na pevnou linku nebo mobilní telefon (1.
oceán. region) 2,9 USD
pevnou linku
nebo mobilní telefon (2. oceán. region) 3,4 USD
satelitní
telefon 4,9 USD

Iridium
Pro konsorcium Iridium vyrábějí telefony jeho členové, společnosti Motorola a
Kyocera. V současné době má již Iridium v ČR licenci na provoz, avšak přístroje
nejsou zatím homologované a tudíž ani v prodeji. Proto veškeré ceny vycházejí
ze zahraničních údajů. Motorola Dual Mode v sobě slučuje jak satelitní, tak
klasický mobilní telefon.

Motorola DualMode
Velikost (š x v x h) 14,6 x 6,2 x 6,8 cm
Hmotnost 380 g (jen satelitní část), 430 g komplet
Provozní doba 2-5,5 h (dle baterií)
Pohotovostní doba 24-48 h (dle baterií)
Výkon 0,64 W
Rychlost přenostu dat 2,4 Kb/s hlas, data a fax
Cena přístroje 2 850 USD
SIM karta v ceně přístroje spolu s dalším příslušenstvím (baterie, adaptér, atd.)
Jednorázový doplatek za připojení 500 USD
Měsíční poplatek 200 USD
Volání (sazba za minutu) 6,75 USD












Komentáře

K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.