- Der mittlere Erdorbit bezeichnet eine spezifische Region des Weltraums zwischen dem niedrigen Erdorbit (LEO) und dem geostationären Orbit (GEO).
- MEO-Satelliten befinden sich in einem Höhenbereich zwischen 2.000 und 36.000 Kilometern (1.243 bis 22.300 Meilen) über der Erdoberfläche.
- MEO-Satelliten sind vor allem für ihre wichtige Rolle in globalen Navigationssystemen bekannt, das bekannteste Beispiel ist das Global Positioning System (GPS).
Ein Satellit im mittleren Erdorbit (MEO) umkreist die Erde in einer Höhe, die höher ist als die eines Satelliten im niedrigen Erdorbit (LEO) und niedriger als die eines Satelliten im geostationären Orbit (GEO). Der MEO-Orbit, auch als Intermediate Circular Orbit (ICO) bezeichnet, bietet eine breite Palette von Optionen für Satellitenbetreiber und stellt ein Gleichgewicht zwischen den Kosten von Konstellationen in höheren Höhen und der Abdeckung von Satelliten in niedrigen Umlaufbahnen her. MEO-Satelliten operieren in Höhen zwischen 1.000 und 22.000 Meilen und umkreisen die Erde mindestens zweimal täglich.
Einige haben perfekt kreisförmige Umlaufbahnen, während anderen elliptischen Bahnen folgen, aber alle folgen kontinuierlich derselben Umlaufbahn, sobald sie eingerichtet ist.
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Definition des MEO-Orbits
Der mittlere Erdorbit (MEO) bezeichnet die Region des Weltraums zwischen dem niedrigen Erdorbit (LEO) und dem geostationären Orbit (GEO), die sich in der Regel zwischen 2.000 und 36.000 Kilometern (1.243 bis 22.300 Meilen) über der Erdoberfläche befindet.
MEO-Satelliten sind essenziell für globale Navigationssysteme wie das Global Positioning System (GPS). Diese Satelliten bilden eine Konstellation, die eine globale Abdeckung gewährleistet und präzise Ortungs-, Navigations- und Zeitmessdienste bereitstellt. Durch die Übertragung von Signalen mit genauen Zeitinformationen können GPS-Empfänger am Boden ihre Position, Geschwindigkeit und die Zeit mit hoher Genauigkeit triangulieren, da von jedem Punkt der Erde aus mehrere MEO-Satelliten sichtbar sind.
Es wird weniger Energie benötigt, um Satelliten auf ihrer MEO-Bahn zu halten, aufgrund der geringeren Gravitationsanziehung der Erde und des reduzierten atmosphärischen Widerstands.
„Das Stationhalten ist in MEO einfacher als in LEO und erfordert weniger Treibstoff“, bemerkt Gregory Henning, Projektleiter für Weltraumschrottsimulationen bei der Aerospace Corporation.
Neben dem geringeren Treibstoffverbrauch ist einer der Hauptvorteile des MEO-Orbits, dass die Satelliten einen höheren Beobachtungspunkt haben als solche im LEO, was bedeutet, dass weniger Satelliten benötigt werden, um eine vollständige Abdeckung der Erde zu gewährleisten. Dies macht den MEO-Orbit ideal für Navigationssatelliten. Er beherbergt das Global Positioning System (GPS) der USA sowie Galileo, GLONASS und BeiDou, die europäischen, russischen und chinesischen Versionen des GPS.
„Wenn man versuchen würde, die GPS-Mission im LEO durchzuführen, wäre die Anzahl der benötigten Satelliten enorm“, sagt Henning. Im Vergleich zu Tausenden von Satelliten im LEO hat der MEO-Orbit weniger als 200.
„Der Kompromiss ist, dass der Sendeleistungsstrahl umso stärker sein muss, je weiter man sich von der Erde entfernt; folglich sind die Ausrüstung größer und der Satellit größer, was den Start (von MEO-Satelliten) im Allgemeinen teurer macht als im LEO“, bemerkt Kerstyn Auman, Analystin für Weltraumlageerfassung (SSA) bei der Aerospace Corporation.
Ein weiterer, ganz einzigartiger Kompromiss des MEO-Orbits betrifft die beiden Zonen energiereicher geladener Teilchen über dem Äquator, die als Van-Allen-Strahlungsgürtel bekannt sind. Satelliten, die diese Gürtel durchqueren, müssen eine spezielle Abschirmung haben, um Schäden an ihren elektronischen Systemen zu vermeiden.
Zusammen mit LEO ist der MEO-Orbit das Ziel eines neuen Warn-, Verfolgungs- und Raketenabwehrprogramms, das derzeit beim Space Systems Command entwickelt wird. Es wird die vorhandenen SBIRS-Satelliten (Space-Based Infrared) im geosynchronen Orbit ergänzen und eine zusätzliche Widerstandsfähigkeit für die weltraumgestützten Erkennungsfähigkeiten des Landes bieten.
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Wie sind MEO-Satelliten entstanden?
Sie sind kein neues Konzept in der Satellitenwelt. Der erste Telekommunikationssatellit, Telstar, der 1962 gestartet wurde, war ein Satellit im mittleren Erdorbit, der für die Übertragung von Hochgeschwindigkeitstelefonsignalen konzipiert war. Nach seinem Start zeigte sich schnell, dass ein einzelner MEO-Satellit im All nicht ausreichte, da er nur 20 Minuten lang transatlantische Telefonsignale auf jeder etwa 2,5-stündigen Umlaufbahn lieferte. Das Konzept von Satellitenkonstellationen aus mehreren MEO-Satelliten war geboren.
Was sind die Vorteile von MEO-Satelliten?
MEO-Satelliten stellen ein Gleichgewicht zwischen den Eigenschaften von LEO- und GEO-Satelliten her. LEO-Satelliten, die normalerweise in einem kreisförmigen Muster um den Äquator kreisen, benötigen etwa zwei Dutzend Einheiten, um eine kontinuierliche Abdeckung zu gewährleisten.
MEO-Satelliten umkreisen die Erde in größeren Höhen und bieten eine größere Abdeckung. Mit 24 MEO-Satelliten können vier zu jeder Zeit jeden Punkt der Erde abdecken, was Dienstanbietern hilft, Kommunikationsunterbrechungen aufgrund von Wetterbedingungen oder Hindernissen zu vermeiden. LEO-Satelliten haben jedoch den Vorteil, klarere Überwachungsbilder zu liefern und weniger Energie für die Datenübertragung zu benötigen.
GEO-Satelliten operieren in viel größeren Höhen und bieten eine erweiterte Abdeckung. Sie umkreisen die Erde in 24 Stunden und erscheinen relativ zur Erde stationär, was ideal für konsistente Kommunikationsrelais ist. Theoretisch könnten drei GEO-Satelliten, die um 120 Grad versetzt sind, eine kontinuierliche globale Abdeckung bieten. Allerdings bergen die begrenzten Orbitalpositionen für Satelliten, die dieselbe Funkfrequenz nutzen, Risiken von Interferenzen oder Kollisionen.
Darüber hinaus erfordert das Platzieren eines Satelliten in einem GEO-Orbit, der 22.300 Meilen (35.800 km) hoch ist, eine große Rakete und eine erhebliche Menge Treibstoff an Bord. Satelliten erreichen diese Umlaufbahn in der Regel indirekt, indem sie zuerst in eine geosynchrone Transferbahn eintreten und dann zu einem bestimmten Zeitpunkt die Triebwerke zünden, um sich auf die gewünschte Höhe zu heben.
MEO-Satelliten bieten einen Kompromiss zwischen den Vor- und Nachteilen von LEO- und GEO-Satelliten. Obwohl MEO-Satelliten längere Umlaufbahnen als LEO haben, scheinen sie sich aus Sicht eines irdischen Beobachters immer noch zu bewegen. Eine MEO-Satellitenkonstellation benötigt weniger Einheiten als LEO, aber mehr als GEO, was die Bau- und Einsatzkosten ausgleicht. Ihre niedrigere Höhe im Vergleich zu GEO reduziert auch die Latenz.
Darüber hinaus können MEO-Satelliten in niedrigeren Höhen schwächere Signale empfangen als GEO-Satelliten. Ihre Sendeleistung und Antennengröße bieten eine goldene Mitte zwischen den bescheidenen Anforderungen von LEO und den erheblichen Anforderungen von GEO.
Was sind die Anwendungen von MEO-Satelliten?
Neben Anwendungen in der Verteidigungsindustrie sind MEO-Satelliten hervorragend für den Einsatz zu Kommunikationszwecken geeignet. Sie werden am häufigsten für GPS-Tracking und mobile Telefonkommunikation verwendet, obwohl ihr erfolgreicher Einsatz sie zunehmend als potenzielle Lösung für die wachsenden Anforderungen des asynchronen Transfermodus (ATM) und anderer Breitbandkommunikationsnetze in Betracht ziehen lässt.
Navigationssysteme bleiben die häufigste Verwendung von MEO-Satelliten. Zu den aktuellen Einsätzen gehören das Global Positioning System (GPS) und das russische System Glonass. Ein für die Europäische Union vorgeschlagenes MEO-Navigationssystem namens Galileo sollte seinen Betrieb im Jahr 2013 aufnehmen.