På en måde kan man sige, at udviklingen frem til vore dages satellitbaserede samfund blev sat i gang for nøjagtigt 75 år siden af det lille engelske tidsskrift ’Wireless World’.
I udgaven for oktober 1945 bragte tidsskriftet en artikel med titlen ’Extra Terrestrial Relays’, der viste, hvordan tre rumstationer helt kunne ændre den måde, vi kommunikerer på.
Forfatteren var den senere så berømte forfatter Arthur C. Clarke (1917-2008), som i dag især huskes for filmen ’Rumrejsen 2001’.
Dengang var Clarke en ung radarspecialist i det engelske luftvåben. Han havde allerede i flere år været meget optaget af rumfarten og dens muligheder, og artiklen blev skrevet i hans sparsomme fritid.
I artiklen gav Clarke på bare fire sider en præcis beskrivelse af, hvordan kun 3 rumstationer i en bane 36.000 kilometer over ækvator kunne gøre det muligt at sende radio, telefon og måske endda fjernsyn til næsten hele verden. (Den Internationale Rumstation befinder sig 400 kilometer over Jorden).
Clarke har senere fortalt, at nogle på redaktionen på Wireless World havde sagt, at det jo ikke var deres opgave at publicere science fiction. Alligevel blev artiklen bragt, måske fordi man manglede stof. Mange af de mulige skribenter var jo stadig indkaldt eller ved at finde sig til rette efter hjemsendelse efter krigen.
Dengang Europa og USA kommunikerede under vandet
Da Clarke skrev sin artikel, var verden bestemt ikke global. Fjerne lande var virkeligt fjerne, og korrespondenter kunne have store problemer med at få nyhederne hjem til redaktionen, især hvis de befandt sig i et øde område.
Man kunne godt føre telefonsamtaler over lange afstande, men det var dyrt, og man skulle normalt bestille tid på forhånd. Og skete der noget i et fjernt land, så blev det optaget på film, hvorpå filmrullen blev sendt hjem med et fly, så man ofte først kunne se nyheden et par dage senere.
Kommunikation over store afstande var dengang noget, der blev klaret med lange kabler, som med stort besvær blev langt ned på havbunden. Således begyndte man i midten af 1800-tallet at lægge de første transatlantiske kabler til telegrafi mellem Europa og USA.
Telefonkabler kom meget senere, og den første telefonsamtale via kabel mellem London og New York blev først gennemført i 1926. Og da krigen brød ud, var der stadig kun fire telefonkabler mellem Europa og Amerika.
Det var naturligvis alt for lidt, så de fleste telefonsamtaler mellem Amerika og Europa blev ført via kortbølgeradio, der dog havde det problem, at kvaliteten af forbindelsen kunne være noget svingende.
Det var dette samfund, Clarkes artikel var med til at ændre med planen om 3 rumstationer anbragt i den såkaldte geostationære bane 36.000 kilometer over ækvator.
I denne bane har en satellit en omløbstid på et døgn, og den står derfor altid stille over samme punkt på Jorden.
Derfor så Clarke sine tre rumstationer som en slags antennemaster, hvorfra man kunne overskue det meste af jordkloden.
I dag omtales den geostationære bane også som 'Clarke-banen' for at markere betydningen af artiklen fra 1945. En artikel, som altså skulle komme til at ændre verden radikalt.
\ Om artiklens forfattere
Helle og Henrik Stub er begge cand.scient'er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.
I snart 50 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.
De står bag bogen 'Det levende Univers' og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet 'Stubberne'.
Clarkes pre-sputnik-plan er måske bare sci-fi
Det er ikke noget tilfælde, at Clarke i 1945 talte om 3 store rumstationer i stedet for de mange hundrede små, ubemandede satellitter, der anvendes i dag.
Forklaringen er den simple, at artiklen blev skrevet før opfindelsen af transistoren. Al elektronik var baseret på radiorør, som var store og små lufttomme glasrør fyldt med elektronik. Radiorørene opfattes i dag som en forløber for transistoren.
Alene størrelsen af radiorør sikrede, at elektronik dengang i 1945 var noget, som fyldte meget – og som helst skulle passes af folk med forstand på elektronik.
For radiorør havde ligesom datidens glødelamper den kedelige egenskab, at de kunne brænde ud.
Så det, Clarke forestillede sig, var en stor rumstation bemandet med en masse teknikere, der hele tiden skulle sørge for, at alt fungerede. Det ville kræve en jævnlig levering af nye radiorør og reservedele, for slet ikke at tale om forsyninger til de mange teknikere.
Man kan godt her mærke, at artiklen blev skrevet 12 år før opsendelsen af den første Sputnik, så Clarke havde ingen klar fornemmelse af, hvor dyrt og vanskeligt det ville være at opretholde ikke bare 1, men hele 3 rumstationer i en bane 36.000 kilometer over Jorden.
Selv i dag er er det ikke bare en simpel opgave at sende forsyninger til den internationale rumstation ISS, selv om den kun befinder sig 400 kilometer over Jorden.
Men han havde da ret i, at man med kun tre rumstationer anbragt jævnt fordelt i Clarke-banen kan se hele Jorden mellem 81 graders nordlig og 81 graders sydlig bredde. Og dengang var det jo stort se kun isbjørne og pingviner, som boede længere nordpå eller sydpå.
Transisteren opfindes, og rumfarten får fart
Clarkes oprindelige tanke om tre store rumstationer havde naturligvis ingen mulighed for at blive til virkelighed i en overskuelig fremtid, men så skete der noget uventet: Transistoren blev opfundet i 1947 på Bell-laboratorierne.
Det åbnede mulighed for, at man nu kunne bygge elektronik, som ikke fyldte så meget og heller ikke brugte ret meget strøm. Endnu vigtigere var, at man nu var ude over problemet med radiorørs ofte ret begrænsede levetid.
Man må nok indrømme, at uden transistoren var både Clarkes ide og mange andre planer for rumfart nok blevet glemt igen. For uden denne letvægtselektronik, og især de små computere, som transistoren var forudsætningen for, ville rumflyvninger være næsten umulige at gennemføre.
Mærkeligt nok diskuterede man mest raketter og meget mindre elektronik ved rumalderens begyndelse. Russernes forspring i store raketter efter Sputnik 1 blev tillagt en meget større betydning end det amerikanske forspring i mikroelektronik.
I 1959 publicerede Bell-firmaet en teknisk artikel med titlen ’Transoceanic Communications Via Satellites’, og den blev læst af en ung ingeniør ved navn Harold Rosen, der på det tidspunkt var ansat i flyfirmaet Hughes.
Rosen kunne med det samme se mulighederne for at bygge en lille satellit baseret på den nye transistor-teknik. Sammen med to kolleger foreslog han en kun 25 kilo tung satellit, som selv med datidens små raketter kunne sendes op til Clarke-banen og i hvert fald demonstrere muligheden for, at en satellit kunne virke som relæstation for signaler fra Jorden.
Hughes ville først ikke investere i projektet, men da den meget dygtige Rosen derefter luftede planer om bare at skifte til et andet firma, ændrede Hughes mening, og efter nogle forhandlinger med NASA blev Syncom-projektet skabt.
Hvad de olympiske lege lærte os
Syncom 1 i 1963 var mislykket, men Syncom 2 senere samme år var så vellykket, at man kunne se, at ideen var levedygtig. Og Syncom 3 blev opsendt i 1964, lige tids nok til at kunne transmittere fra de Olympiske Lege i Tokyo.
Teknisk set var transmissionen naturligvis en stor triumf, selv om Syncom 3 kun kunne sende en enkelt kanal i sort-hvid-fjernsyn. Det krævede endda store antenneanlæg både i Japan og USA, da sende- og modtageudstyret i den kun 39 kilo tunge satellit naturligvis var noget begrænsede.
Således var sendeeffekten såre beskedne 2 Watt – og det fra en satellit 36.000 kilometer ude i rummet.
Men amerikanerne udnyttede kun i ringe grad muligheden for at sende direkte. Det var på grund af tidsforskellen mellem Japan og USA, og dengang mente de fleste netværk, at deres seere ville sove trygt, når signalerne ankom. Men det har jo ændret sig meget siden da.
Kommunikationssatellitter bliver det nye sort
Og som man så siger: ’The Rest is History’.
Nu kunne både private firmaer, og selv regeringer, se værdien af kommunikationssatellitter ude i rummet.
Rosen blev leder af en hurtigt voksende afdeling af Hughes, der byggede satellitter. Der blev skabt en organisation, Intelsat, som selv opsendte satellitter. Formålet med Intelsat var at lade lande verden over hurtigt at få adgang til den nye teknik.
Da vi i 1980'erne besøgte den europæiske rumhavn Kourou i Fransk Guyana, så vi helt direkte betydningen af Intelsat, nemlig en enorm antenne, som sikrede dette noget øde jungleområde forbindelse med resten af verden.
Netop i sådanne områder lidt borte fra alfarvej har Intelsat spillet en enorm rolle. Desværre blev organisationen i 2020 erklæret konkurs.
På kort tid blev der i slutningen af det 20. århundrede skabt en hel industri til at bygge og opsende kommunikationssatellitter. Denne industri har i mange år været det store – og næsten eneste – eksempel på, at det er muligt at tjene store penge på rumfart.
Et uløseligt problem
Satellitter blev taget hurtigt i brug, og det er da også gået godt i mange år.
Men der er et uløseligt problem ved at bruge den geostationære bane: Satellitterne er 36.000 kilometer ude i rummet, og det betyder, at radiosignal fra Jorden skal tilbagelægge minimum 72.000 kilometer for at nå frem til satellitten og tilbage til Jorden igen.
Hvis satellitten ikke hænger lige over hovedet på senderen, bliver vejen naturligvis længere.
Det tager et radiosignal cirka 0,25 sekunder at bevæge sig 72.000 kilometer. Bruges radiopsignalet i en telefonsamtale, skal modtageren jo også svare på det, der bliver sagt. Det skal sendes ud til rumsonden - hvilket yderligere giver en forsinkelse på 0,25 sekunder.
Hvis man har lidt disciplin og lader være med at tale i munden på hinanden, så er problemet bestemt ikke værre, end man kan leve med det. Men helt kundevenlig er en forsinkelse på et halvt sekund jo ikke.
Rent teknisk taler man om en latenstid, som er tiden, fra vi sender et signal af sted, og til vi modtager et svar.
I den geostationære bane er latenstiden altså mindst 0,5 sekunder for en samtale, og mindst 0,25 sekunder hvis man bare skal i kontakt med satellitten.
I alle tilfælde betyder den lange latenstid, at banen ikke kan anvendes til internettet, da forsinkelserne i signalet er alt for store i forhold til den lynhurtige overførsel af data, som nettet er baseret på.
Vi kan se, hvor vigtig latenstid-begrebet er med Starlink-satellitterne fra SpaceX, hvis formål det er at skabe globalt internet.
For at holde latenstiden nede, kredser satellitterne i lave højder på under godt 500 kilometer. Men det betyder så, at man skal opsende tusinder af satellitter for at dække hele Jorden. Som vi har skrevet tidligere på Videnskab.dk, giver det så andre og meget store problemer.
Hertil kommer en anden udvikling, nemlig at især internettet har øget vores behov for at overføre enorme mængder data. Her har vi to metoder: Med kabler og med radiobølger.
Sky og regn baner vejen for kablernes genkomst
Høj frekvens svarende til korte bølgelængder giver hurtigere dataoverførsel, men Jordens atmosfære kan bremse for de høje frekvenser. Radiobølger generes nemlig af regn, hvis frekvensen er tilstrækkelig høj. For selv om satellitter hænger ude i rummet, så skal radiosignalerne jo i sidste ende ned gennem atmosfæren med skyer og regn.
Grænsen går ved 11 GHz, svarende til en bølgelængde på lidt under 3 centimeter, så hvis man vil undgå problemet med en dårlig dataoverførsel på grund af regn, skal man altså anvende større bølgelængder svarende til lavere frekvenser.
Her kan satellitter slet ikke konkurrere med fiberkabler, der sender signaler med lys, hvor frekvenserne er oppe omkring 1014 Hz, altså omkring 10.000 gange højere end de højeste frekvenser for radiobølger.
Det har ført til, at 99 procent af al kommunikation og data i dag overføres via fiberkabler. Et moderne fiberkabel kan overføre mange millioner telefonsamtaler på en gang, og det kan satellitter ikke konkurrere med. Desuden undgår man problemet med latenstid.
Der er nu 420 fiberkabler i verden, og den samlede længde af disse kabler er over en million kilometer. Kabelnetværket koncentrerer sig naturligvis om økonomiske centre som Singapore og New York, men selv små øer midt ude i Stillehavet har i mange tilfælde adgang til dette enorme kabelnetværk.
Hvis man nu ikke har adgang til fiberkabler, så er der jo stadig satellitterne. De kan ikke undværes, når man vil sende fjernsyn til vidtstrakte områder. Men også her er der ved at komme en ny tendens, nemlig det stadig stigende antal seere, der ser TV via internettet og derfor ikke har brug for TV-satellitter.
Fremtiden er fyldt med skrot
Clarkes ide fra 1945 er med rette berømt, fordi den både var visionær og samtidig gav en mulig løsning på nogle af de problemer med kommunikation, som man allerede kunne forudse i 1945.
Men tiderne har ændret sig. Og det kan man især se ved, at antallet af ordrer på nye, store TV-satellitter til brug i den geostationære bane er ved at falde. Markedet er ved at flytte sig, og vi kan forudse en udvikling, hvor Clarke-banen nok kommer til at spille en mindre rolle.
Satellitter har dog meget langt fra udspillet deres rolle, fordi stadig flere forbrugere ønsker at kunne komme i kontakt med nettet fra mobile stationer.
Og det med mobilitet er jo ikke fibernettets stærke side. Her behøver man bare at tænke på fly og skibe, der jo helt er henvist til satellitter.
Desuden er det stadig kun satellitter, der kan betjene områder, som ikke lige har adgang til fibernet.
Problemet med latenstid ved dataoverførsel vil dog føre til, at der bliver et stadig større behov for satellitter i lavere baner, både de helt lave baner, som Starlink anvender, og mellemhøje baner mellem 2.000 og 20.000 kilometer over Jorden.
De mellemhøje baner har visse fordele: De har en kortere latenstid end Clarke-banen, og samtidig behøver man ikke så mange satellitter til at dække Jorden.
Den store ulempe er, at satellitterne ikke hænger stille over samme punkt på Jorden, og det stiller krav om drejbare antenner på Jorden for at holde styr på, hvor satellitterne befinder sig.
En anden fordel er, at der er meget bedre plads til et stort antal satellitter i de mellemhøje baner end i de lave baner, hvor rumstationen ISS befinder sig. Risikoen for sammenstød mellem satellitter er markant højere i de lave baner, og det kan give uoverskuelige problemer med rumskrot.
