Satellittkommunikasjon SATCOM

Våren 1945 utgav Arthur C. Clarke en artikkel i «Wireless World» som beskrev et system av satellitter i geostasjonær bane, 36.000 kilometer over ekvator som skulle distribuere TV-signaler. Fra denne posisjonen kan en satellitt dekke 1/3 av jordoverflaten, og med tre satellitter kan man dermed oppnå global dekning dersom en ikke regner med polområdene.

I 1954 presenterte John R. Pierce (AT&T’s Bell Telephone Laboratories) en ny artikkel hvor han utdypet nytten ved bruk av kommunikasjonssatellitter i geostasjonær bane hvor han antok at en satellitt ville gi en kapasitet på 1.000 samtidige samtaler for 1/10 av kostnaden ved bruk av sjøkabel. På samme tid hadde den første transatlantiske kabelen for telefoni (­TAT-1) en kapasitet på 36 samtidige telefonsamtaler. Den 6. april 1965 ble COMSAT’s (senere Intelsat) første satellitt «Early Bird» skutt opp fra Cape Canaveral og epoken for global satellittkommunikasjon hadde ­startet. I februar 1976 sendte COMSAT opp en ny type satellitt for mobile tjenester, MARISAT. Med støtte fra UN International Maritime Organisation, ble Inmarsat etablert i 1979. I begynnelsen leaset Inmarsat MARISAT av Comsat, og i 1990 sendte Inmarsat opp sin egen satellitt for mobile tjenester, Inmarsat II-F1.

Norge var relativt tidlig ute med å ­utnytte ­mulig­hetene som satellittkommunikasjon gir. ­Tanumshede Teleport ble etablert i 1971 som en Intelsat-teleport og var et samarbeid mellom tele­forvaltningene i ­Danmark, Finland, Sverige og Norge. Televerket bygget i 1986 sin egen Satellitt Teleport i Nittedal og flyttet mesteparten av tjenestene fra Tanum til Nittedal. ­Allerede i 1976 etablerte Televerket Eik Teleport utenfor ­Stavanger og startet tester med MARISAT. Eik Teleport ble den første europeiske stasjonen for det ­nyetablerte ­Inmarsat. Eik Teleport ble også meget viktig i ­etableringen av satellitt basert kommunikasjon til ­olje­virksomheten i Nordsjøen samt telekommunikasjons­link til Svalbard via Isfjord Radio.

På 1950–60 tallet benyttet NATO «Troposfærisk Scatter» for langdistanse samband (ACE HIGH). Dette var et meget ressurskrevende system og egnet seg dårlig til datasamband og krypterte linker. Behovet for stabil kommunikasjon med forutsigbar kvalitet og høyere kapasitet var sterkt økende, og NATO SATCOM ble etablert. Eggemoen satellittstasjon ble åpnet i 1972 som den første «NATO Satellite Ground Station» (NATO SGS) i Norge. I 1983 ble nok en NATO SGS åpnet i Bjerkvik. Bjerkvik satellittstasjon ble senere stengt i 2005. Eggemoen satellittstasjon var frem til 2004 kun et satellittanker for NATO SATCOM, og i 2004 var Forsvarets Satellittstasjon på Eggemoen (FSAT) ferdig etablert for ankring av nasjonal trafikk over militære og kommersielle satellitter. Frem til 2004 benyttet Forsvaret kommersielle tjenester over leide kapasiteter via Nittedal og Eik Teleport. Et lite unntak var trafikk fra deployeringen i Libanon som ble ankret på antenner som ble satt opp ved daværende Distriktskommando Østlandet (DKØ) på Åker gård på Hamar.

Kategorier av SATCOM

Det finnes forskjellige måter å dele eller kategorisere satellittbaserte kommunikasjonstjenester. I militær sammenheng er det mest vanlige å skille mellom ­strategisk og taktisk bruk, hvor strategiske systemer typisk har en høyere beskyttelsesgrad og er statiske installasjoner. Eksempel på dette er det amerikanske «Advanced Extremely High Frequency» (AEHF). For taktisk bruk skiller vi gjerne mellom bredbånd og smalbånd. For sivile satellittsystemer benyttes tradisjonelt benevnelsen Fixed Satellite Services (FSS) for bredbånd, og Mobile Satellite Services (MSS) for smalbånd. Den tekniske utviklingen både på satellittsegmentet og på brukerterminaler gjør imidlertid at de tradisjonelle skillene mellom FSS og MSS viskes ut.

Forsvaret har tradisjonelt benyttet bredbånd satellitttjenester både til utenlandsdeployeringer med relativt stasjonære terminaler og til maritime enheter. Det er blitt utført tester med ­bredbåndsterminaler montert på kjøretøy for å kunne tilby bredbånd kommunikasjonstjenester under forflytning på land (Communication On The Move, COTM), men denne type terminaler benyttes ennå ikke av Forsvaret. De mest benyttede leverandørene av satellittkapasitet på sivile frekvensbånd er Intelsat og Eutelsat. For militære frekvensbånd benyttes Airbus (Skynet-flåten) samt at forsvarssektoren har inngått avtale med USA om deltagelse i Wideband Global SATCOM (WGS) samarbeidet som tilbyr kapasitet både på det militære X- og Ka-bånd.

Smalbåndsterminaler er vesentlig mindre og har en lavere vekt, noe som gir økt mobilitet og som gjør at brukeren kan bære med seg terminalene f.eks i en ryggsekk. Sivile smalbåndsterminaler er ­standardisert hyllevare og tjenesten er SIM-kort basert og kan sammenlignes med mobiltelefoni. Tjenesten leveres i hovedsak av Inmarsat, Iridium og Thuraya. ­Tjenestene benyttes av Forsvaret både i land- og i ­maritime- ­operasjoner, og kan også benyttes på fly. UHF TACSAT er den tradisjonelle militære satellittbaserte smalbåndstjenesten for tale og data.

Utviklingen innenfor de sivile satellittjenester er drevet av høye kostnader både på satellittkapasitet og på brukerterminaler. Resultatet av dette er blitt en økende standardisering av terminaler og at satellitt­kapasiteten deles av mange brukere. Satellittene bygges som «High Throughput Satellitter» (HTS) med høykapasitetsstråler mot hub-stasjonen, og bruker­terminaler knytter seg til hub’en via punktstråler med relativt liten dekning. Nabostråler opererer på ­forskjellig frekvens for å unngå interferens, og frekvensspekteret kan gjenbrukes på stråler med tilstrekkelig geografisk spredning. Man oppnår dermed at den totale kapasiteten til hver enkelt HTS-satellitt økes dramatisk, samt at prisen som brukerne må betale reduseres betydelig. Dette konseptet er også basert på at sannsynligheten for at brukerne skal benytte sin kapasitet samtidig er liten (statistisk multipleksing), og er derfor avhengig av et stort volum av terminaler og et stort volum av kapasitet for at tjenesten skal oppleves som tilfredsstillende. En konsekvens av HTS-­arkitektur er at tjenesteoperatører og kunder må benytte satellitt­operatørenes gateway-stasjoner og må transportere trafikken hjem til sine egne nettverk. HTS-satellitter er derfor best egnet til å tilby brukerne internettilgang og er i mindre grad egnet til «lukkede» nettverk.

Nye SATCOM-­prosjekter

Det er flere pågående prosjekter med statlig finansiering som har ambisjon om å etablere nye satellittbaserte kommunikasjonsplattformer. Flere nasjoner er i startfasen i å fornye sine eksisterende satellittsystemer. Storbritannia har gjennomført sin Beyond-Line-Of-Sight (BLOS) studie. USA avsluttet nylig sin WideBand Analysis of Alternatives (WB AoA). Canada har besluttet å investere i sitt Enhanced Satellite Communications Project – Polar (ESCP-P). Det er også eksempler på «Public Private Partnership» (PPP) hvor statlig og kommersielle krefter går sammen om å investere i satellittprosjekter, f.eks SES og Luxembourg (LuxGovSat).

Space Norway AS har siden 2015 arbeidet med å etablere satellittbasert kapasitet for bredbånd­kommunikasjon i nordområdene. Space Norway sitt prosjekt baserer seg på en løsning med to satellitter i høy elliptisk bane (HEO), som vil gi dekning 24 timer i døgnet i området nord for 65. breddegrad. Satellittene har en forventet levetid på 15 år. Om alt går etter planen, skal satellittene være operative i 2023. For Norge vil dette legge til rette for en mer effektiv overvåkning, bedre myndighetsutøvelse og suverenitets­hevdelse. På denne måten vil Space Norway bidra til å dekke både statlige og kommersielle behov i nordområdene. Forsvarssektoren er med på prosjektet til Space Norway og vil finansiere en X-bånd nyttelast. Endelig konfigurasjon er ennå ikke bestemt.

SATCOM og New Space

I den senere tid har begrepet «New Space» dukket opp. Romindustrien var dominert av regjeringer og store selskaper finansiert av offentlige kontrakter. «New Space»-selskaper utfordrer den gamle måten å gjøre ting på, ved å redusere barrierer for å delta i rom­industrien ved å satse på prosjekter som vil senke kostnadene, øke tilgangen til rommet for bedrifter og enkeltpersoner, inspirere til innovasjon og skape en sunn rombasert økonomi som for bare 20 år siden ikke var tenkelig. Selskaper som Virgin Galactic, SpaceX, Blue Origin er ­eksempler på dette. For satellittkommunikasjons­området ser vi ­eksempler på de nye planlagte satellittkonstellasjonene som typisk vil operere i en mye lavere satellittbane (MEO/LEO) enn den tradisjonelle geostasjonære banen. Brukerne vil oppleve tjenesten som betydelig bedre da tidsforsinkelsen på signalene vil være vesentlig lavere samt at bredbåndstilknytning til internett vil bli tilgjengelig på steder som i dag ikke dekkes av geostasjonære satellitter eller er utenfor dekning av bakkebasert bredbånd infrastruktur. OneWeb og LeoSat er to eksempler på fremtidige kommersielle satellitt konstellasjoner.

OneWeb

OneWeb-konstellasjonen vil bestå av mer enn 600 satellitter. Hver satellitt veier ca. 150 kg, og selskapet produserer ca. 40 satellitter i måneden. De seks første satellittene ble skutt opp med den samme raketten 28. februar 2019. Senere vil det være opptil 30 ­satellitter per oppskytning. OneWeb tilbyr tjenester fra 2020 og vil ha full global dekning fra 2021. Selskapet vil tilby opp til 50 Mbps til hver brukerterminal. Det er planer om bortimot å firedoble antall satellitter i systemet ved å sende opp ytterligere 1972 satellitter.

LEOSAT

Dette systemet består av opptil 108 satellitter i en bane på ca. 1.400 km. Hver satellitt i LeoSat-konstellasjonen benytter optiske intersatellittilkoblinger (ISLer) for å koble seg til satellittene rundt seg, og skaper fiberlignende symmetrisk tilkobling med hastigheter på opptil 1,6 Gbps og til og med 5,2 Gbps når det er nødvendig. Kunder bruker LeoSat-terminalen til å koble seg til nærmeste satellitt hvor dataene blir viderekoblet av onboard prosessorer (OBP) via LeoSats rombaserte optiske backbone, til dataene når destinasjonssatellitten som kobles til kundens destinasjonsterminal. I motsetning til HTS-løsninger, er gatewayer ikke en forutsetning for at LeoSat kan operere sitt nettverk. For kunder gir denne bruken av teknologi muligheter til å kommunisere direkte mellom terminaler. LeoSat planlegger å kunne tilby tjenester i slutten av 2019 og systemet vil være fullt utbygd i 2022. Leosat hevder å kunne tilby fra 50 Mbps opp til 1.6Gbps pr brukerterminal.

LEOSAT

Dette systemet består av opptil 108 satellitter i en bane på ca. 1.400 km. Hver satellitt i LeoSat-konstellasjonen benytter optiske intersatellittilkoblinger (ISLer) for å koble seg til satellittene rundt seg, og skaper fiberlignende symmetrisk tilkobling med hastigheter på opptil 1,6 Gbps og til og med 5,2 Gbps når det er nødvendig. Kunder bruker LeoSat-terminalen til å koble seg til nærmeste satellitt hvor dataene blir viderekoblet av onboard prosessorer (OBP) via LeoSats rombaserte optiske backbone, til dataene når destinasjonssatellitten som kobles til kundens destinasjonsterminal. I motsetning til HTS-løsninger, er gatewayer ikke en forutsetning for at LeoSat kan operere sitt nettverk. For kunder gir denne bruken av teknologi muligheter til å kommunisere direkte mellom terminaler. LeoSat planlegger å kunne tilby tjenester i slutten av 2019 og systemet vil være fullt utbygd i 2022. Leosat hevder å kunne tilby fra 50 Mbps opp til 1.6Gbps pr brukerterminal.

LeoSat satellitter

Satellittbaserte kommunikasjonssystemer har unike egenskaper som gjør det mulig å kommunisere i områder hvor det ikke finnes sammenlignbare alternativer med tanke på båndbredde og tilgjengelighet. Dette gjelder særskilt for maritime brukere og for brukere i områder hvor annen teknologi ikke er tilgjengelig. Satellittkommunikasjon er også et godt alternativt for å skape hybride, robuste kommunikasjonsløsninger ­sammen med annen kommunikasjons infrastruktur. Det er nå en stor vilje til å investere i nye systemer, både innen offentlig og kommersiell sektor. For Norge vil det være viktig å søke samarbeidspartnere som kan tilby tjenester i tillegg til de systemene vi selv vil etablere.