Erwartungen versus Realität: Kommerzielle Satellitenkonstellationen

Veröffentlichungsdatum : 06 October 2024

Verfasst von : Sanya Mehra

Angesichts der jüngsten technischen Fortschritte, gesunkener Kosten und des verbesserten Zugangs zu Finanzmitteln besteht weiterhin ein wachsendes Interesse am Bau und Start kommerzieller Satellitenkonstellationen. Der Rückgang im Jahr 2022 fiel deutlich geringer aus als erwartet, während die Kapitalzuflüsse gleichzeitig einen Rekordwert erreichten. Er war jedoch nicht so gravierend, wie einige Branchenanalysten nach dem Höchststand der öffentlichen Investitionen in die Raumfahrt im Jahr 2021 prognostiziert hatten, obwohl diesbezüglich große Bedenken bestanden hatten. Die Begeisterung für kommerzielle Satellitenkonstellationen beschränkt sich nicht auf einen einzelnen Sektor. Unternehmen prüfen ein breites Anwendungsspektrum, von der inneren Sicherheit und der Klimabeobachtung bis hin zur Verbesserung der Lebensqualität auf der Erde. Wir führten 2021 eine Analyse durch, um zu überprüfen, ob die Betreiber der Konstellationen ihre ambitionierten Pläne hinsichtlich der Anzahl der Satelliten und deren Starts realisieren konnten. Die Ergebnisse zeigten, dass bei mehr als der Hälfte der angekündigten Konstellationen noch kein einziger Satellit in den Orbit gebracht worden war. Um festzustellen, ob das Interesse an Satellitenkonstellationen weiterhin hoch ist und ob die Betreiber ihre Ziele erfolgreicher erreichen, haben wir die Analyse Anfang 2023 aktualisiert. Drei Ergebnisse sind dabei besonders hervorzuheben:

• Das Interesse an diesem Sektor wächst weiterhin. Mittlerweile wurden mehr als 300 Satellitenkonstellationen angekündigt, gegenüber etwa 250 Anfang 2019.
• Die Realität hinkt den Erwartungen noch hinterher. Bei den bestätigten Satellitenkonstellationen haben etwa 45 % bisher keine Satellitenstarts verzeichnet, und 10 % weisen weiterhin ein langsames Wachstum auf, definiert als keine Starts seit mehr als einem Jahr.
• Diese Entwicklung hat zunehmend an Dynamik gewonnen. Obwohl viele Betreiber in den letzten Jahren nur geringes Wachstum verzeichnen konnten, haben im vergangenen Jahr fast 30 % der Satellitenkonstellationen Satelliten gestartet, verglichen mit nur etwa 15 % Anfang 2021.

Das anhaltende Interesse an kommerziellen Satellitenkonstellationen ist erfreulich, führt aber oft zu Plänen, die die Möglichkeiten der Betreiber angesichts von Zeitplanentwicklungen, Kundennachfrage und verfügbarem Kapital übersteigen. Da Kapital jedoch deutlich schwieriger zu beschaffen ist als noch vor wenigen Jahren, haben sich einige Unternehmen als Vorreiter etabliert. Diese Unternehmen entwickeln effektive, detaillierte Pläne auf Basis von Daten, die beschreiben, wie sie die Kundennachfrage nach Satellitendiensten durch ihre solide Vorbereitung steigern und das notwendige Kapital für ihre Konstellationsziele aufbringen können. Ihre kontinuierlichen Fortschritte beim Start von Satelliten, die ihr Engagement und ihre Kompetenz belegen, werden nach einer Finanzierungsrunde weitere Investitionen anregen. Wir gehen davon aus, dass sich bestehende Konstellationen, wie beispielsweise Megakonstellationen in synchronen Umlaufbahnen, die die Kommunikation ermöglichen, bis Ende 2023 weiterentwickeln und einige neue entstehen werden. Gleichzeitig werden weitere Konstellationen entweder durch formelle Ankündigung oder aufgrund mangelnden Fortschritts reduziert. Branchenexperten, die diese Entwicklungen verfolgen, können möglicherweise Einblicke in die Erfolgsfaktoren erfolgreicher Konstellationen gewinnen.

Aktueller Stand der Weltraumforschung

Kommerzielle Kommunikationssatelliten werden für kommerzielle, akademische, nichtstaatliche oder zivile Zwecke und nicht primär für militärische Zwecke im Rahmen eines kommerziellen Vertrags hergestellt und verkauft. Um die Erde abzubilden, durchsuchen Fernerkundungssatelliten verschiedene Bereiche des Spektrums, beispielsweise Licht, Infrarot und Radiofrequenzen. Den größten Anteil amkommerziellen Weltraummarkt halten Satellitendienste, darunter Kommunikations-, Breitbandinternet-, Direktfernseh-, Radio- und Bildgebungsdienste. Für Satellitendienste werden Bodenstationen und Empfänger benötigt. Fernerkundungssatelliten scannen das gesamte Spektrum von Licht über Infrarot bis hin zu Radiofrequenzen, um die Erde zu beobachten. Eine Satellitenkonstellation (oder ein Satellitenschwarm) ist ein Netzwerk identischer oder ähnlicher künstlicher Einheiten mit demselben Zweck und gemeinsamer Steuerung. Diese Gruppen kommunizieren weltweit über Bodenstationen, teilweise auch untereinander. Sie sind Teil eines Systems und ergänzen sich gegenseitig. Eine Gruppe künstlicher Satelliten, die in ein System integriert sind, bildet eine Satellitenkonstellation. Eine Satellitenkonstellation kann im Vergleich zu einzelnen Satelliten eine permanente globale oder nahezu globale Abdeckung gewährleisten, sodass zu jedem Zeitpunkt mindestens ein Satellit überall auf der Erde sichtbar ist.

Es gibt drei Arten von Satellitenkonstellationen:

• GEO-Satellitenkonstellationen – GEO steht für geostationäre oder äquatoriale Umlaufbahn, in der sich derzeit Hunderte von Satelliten befinden. Der Name „geostationäre Satellitenschwärme“ leitet sich von der Erdrotation ab: Die Satelliten richten sich nach der Bewegung unseres Planeten aus und verharren permanent an einem festen Punkt. Eine typische Umlaufbahn für Wettersatellitenkonstellationen der Erde ist die GEO-Umlaufbahn. Andere Satelliten senden Fernsehsendungen und bieten Telekommunikationsdienste mit niedriger Geschwindigkeit an.
• LEO-Satellitenkonstellationen – In Höhen von 500 bis 1200 km bilden die LEO-Satellitenschwärme die höchste Satellitendichte im Weltraum. Regierungen sowie kommerzielle und gemeinnützige Organisationen nutzen die gewonnenen Daten in großem Umfang.
• MEO-Satellitenkonstellationen – MEO ist ein Akronym für Schwärme von Satelliten mittlerer Erdumlaufbahn, die in Höhen von 5 bis 20.000 Kilometern operieren und dort üblicherweise als Navigationshilfen eingesetzt werden.

Große Satellitenkonstellationen: Minderung von Umweltauswirkungen und anderen Effekten

Satelliten dienen seit Jahrzehnten als GPS-, Kommunikations- und Fernerkundungsinstrumente. Mit dem Start Tausender weiterer Satelliten zur Bereitstellung von Internetzugang hat sich die Satellitenflotte in jüngster Zeit stark vergrößert. Ein solcher Anstieg birgt jedoch Risiken. Er könnte zudem zu vermehrtem Weltraumschrott führen, der die bestehenden, im kommerziellen oder sicherheitsrelevanten Dienst eingesetzten Satelliten zerstören könnte. Um potenzielle Auswirkungen zu minimieren, haben wir die verfügbaren Technologien und Werkzeuge sowie mögliche Probleme bei der Risikominderung, wie unklare Regelungen und fehlende Technologien, untersucht. Wir haben politische Handlungsoptionen erarbeitet, um Entscheidungsträger bei der Erreichung verschiedener Ziele zur Bewältigung dieser Herausforderungen zu unterstützen.

Was hat RNPL herausgefunden?

Im Frühjahr 2022 befanden sich fast 5.500 aktive Satelliten im Orbit, und Schätzungen gehen davon aus, dass bis 2030 bis zu 57.000 Satelliten gestartet werden. Haupttreiber dieses Wachstums ist die massive Konstellation von Satelliten in der erdnahen Umlaufbahn. Satelliten sind eine wichtige Quelle für Dienstleistungen, doch dieser Trend könnte auch Auswirkungen auf die Umwelt und andere Bereiche haben.

RNPL bewertete Technologien und Ansätze zur Beurteilung und Minderung der folgenden potenziellen Auswirkungen:

• Der Weltraumschrott nimmt zu – Satelliten können durch Trümmer im Weltraum beschädigt oder zerstört werden, was sich auf kommerzielle Operationen, wissenschaftliche Informationen und die Sicherheit des Landes auswirkt.
• Emissionen aus der oberen Atmosphäre – Durch Raketenstarts und Satellitenwiedereintritte entstehen Partikel und Gase, die die Lufttemperatur beeinflussen und die Ozonschicht schädigen können. Die Auswirkungen ließen sich verringern, indem der Einsatz von Raketentriebwerken, die bestimmte schädliche Emissionen erzeugen können, eingeschränkt wird.
• Störungen der Astronomie – Satelliten können Sonnenlicht absorbieren und Signale aussenden, die die Beobachtung von Naturphänomenen beeinträchtigen. Im November 2021 erreichten viele Betreiber von Satellitenkonstellationen ihre ursprünglichen Ziele noch immer nicht, obwohl die Anzahl der in den letzten Jahren zum Verkauf angebotenen Konstellationen stetig und deutlich gestiegen war.

Abschluss:

In den letzten Jahren sind kommerzielle Raumfahrtprojekte immer attraktiver geworden, da die Investitionen zehnmal schneller gestiegen sind als noch vor zehn Jahren. Obwohl Weltraumtourismus und Weltraumstarts die größten Schlagzeilen machen, zeichnet sich ein ähnlicher Trend bei den Plänen für den globalen Ausbau von Satellitenkonstellationen ab, die von Betreibern weltweit organisiert werden. Mehr als 250 neue Konstellationen sollen in den nächsten Jahren von Satellitenbetreibern weltweit gestartet werden, etwa 150 davon wurden in den letzten Jahren angekündigt. Analysen zeigen, dass immer mehr Betreiber ehrgeizige Zeitpläne für Starts und die Gesamtzahl der Konstellationen verfolgen, nur um dann festzustellen, dass die verfügbaren Mittel und die Marktnachfrage dies verhindern. Dies gilt trotz des Kapitalzuflusses, den die kommerzielle Raumfahrtindustrie seit Jahren verzeichnet. Mehr als die Hälfte der angekündigten Konstellationen haben noch keine Satelliten im Orbit. Im vergangenen Jahr erreichten weniger als 5 Prozent ihr Ziel, eine bestimmte Anzahl von Satelliten zu betreiben, während nur 12 Prozent neue Konstellationen hinzufügten. Wenn Satellitenkonstellationen stagnieren, erreichen sie in der Regel weniger als 20 % und in vielen Fällen sogar weniger als 10 % ihrer geplanten Größe, gemessen an der Anzahl der Satelliten. Darüber hinaus können viele kommerzielle Satellitenbetreiber den ursprünglichen Zeitrahmen nicht einhalten, da sie die erforderliche Konstellationsgröße nicht erreichen.