Když padají hvězdy aneb Satelitní komunikace

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 × 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 × 26 × 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 × 6,2 × 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