Aan de slag met Starlink van SpaceX

Hoe goed werkt Elon Musks satellietinternet?

Satellietinternet: oud versus nieuw

Internet via satellieten is niet nieuw. Halverwege de jaren negentig, toen vrijwel de hele wereld nog via inbelmodems online ging, zagen de eerste aanbieders van satellietinternet het levenslicht. De daarvoor gebruikte satellieten bevonden zich in een geostationaire baan om de aarde. Bij zo'n baan, op 35.786km hoogte, volgt de satelliet precies de rotatie van de aarde, waardoor hij vanuit ons perspectief op een vast punt aan de hemel staat. Daardoor hoeft de schotel die gebruikt wordt voor de communicatie, niet te bewegen om de satelliet te volgen.

De werking van internet via satelliet is redelijk eenvoudig. Een gebruiker maakt via een schotelantenne verbinding met een van de satellieten van de provider, die het signaal vervolgens doorstuurt naar een van de grondstations van diezelfde provider. Dat grondstation is bekabeld aangesloten op internet. Als je dus vanuit Nederland via een satelliet een webpagina opvraagt vanaf een server in China, gaat slechts een klein deel van de hele roundtrip door de ruimte. Stel dat het grondstation in bijvoorbeeld Duitsland staat; enkel het stukje van jouw huis naar Duitsland gaat dan via de satelliet, daarna leggen de datapakketjes dezelfde weg af als bij een reguliere, bekabelde verbinding.

De werking van satellietinternet. Bron: Viasat

Een groot nadeel van dit type internet is de grote afstand tussen de aarde en de gebruikte satellieten. Omdat we data niet sneller dan met de snelheid van het licht kunnen versturen, is er een relatief hoge latency van ongeveer 550ms voor elke roundtrip van pakketjes tussen twee machines. Vergeleken met internet via de kabel of glasvezel is dat tientallen malen meer. Bij het opvragen van een webpagina zal die extra halve seconde wellicht niet storen, maar als je in real time wilt communiceren via geluid, beeld of allebei, of als je bijvoorbeeld online wilt gamen, zal het zeker opvallen.

Het grote verschil tussen traditioneel satellietinternet en dat van Starlink en zijn concurrenten is dat de satellieten in een veel lagere baan rond de aarde geplaatst worden, in een low earth orbit of leo. In plaats van over 35.000km hebben we het dan over grofweg 550km. Dat heeft als voordeel dat de minimale latency veel lager kan zijn, ervan uitgaande dat de rest van het netwerk en de grondstations goed geoptimaliseerd zijn. Het nadeel is echter dat er veel meer satellieten nodig zijn om de hele aarde te kunnen bedienen. De satellieten 'zien' vanuit hun lage baan immers een veel kleiner stukje aardoppervlak.

Ook anders ten opzichte van de traditionele opstelling is dat de satellieten niet meer synchroon met de aarde draaien, maar veel sneller. Een antenne op de grond blijft dus niet verbonden met een en dezelfde satelliet, maar zal constant naar opvolgende satellieten overschakelen terwijl deze voorbijkomen. Op dit moment heeft Starlink 1740 satellieten gelanceerd, maar SpaceX heeft al toestemming gevraagd aan de Amerikaanse instantie FCC om in totaal een kleine 12.000 van de kleine satellieten de ruimte in te sturen.

Op termijn wil SpaceX wellicht afstappen van de huidige opbouw van het netwerk en de communicatie zoveel mogelijk via de satellieten laten verlopen in plaats van via grondstations en bekabelde verbindingen. De satellieten communiceren hierbij onderling via lasers die lichtsignalen in het vacuüm van de ruimte versturen. Dat verloopt sneller dan op aarde over kabels mogelijk is. Het netwerk wordt dan veel minder afhankelijk van grondstations, wat gunstig is voor gebieden waar het lastig is om die stations te plaatsen. SpaceX voert hier momenteel al tests mee uit, maar geeft tegelijk aan dat de kosten hoog zijn en het is dus nog de vraag of en wanneer we dit op grote schaal toegepast zullen zien.

Botsingen

Hoewel het lanceren en beheren van 12.000 satellieten een technische prestatie is, staat niet iedereen te juichen. De mensheid heeft in de afgelopen paar decennia enorm veel objecten in een baan om de aarde gebracht, zowel geostationair als in leo. Zeker in die lage baan hebben satellieten een beperkte levensduur, omdat ze door de wrijving van de atmosfeer langzaam terug naar de aarde vallen. Daarom zijn ze uitgerust met kleine stuurrakketten die om de zoveel tijd een kleine koerscorrectie uitvoeren. De brandstof daarvoor is natuurlijk eindig en uiteindelijk vallen de satellieten terug naar de aarde. Volgens Starlink zal de hele satelliet hierbij opbranden in de atmosfeer, waardoor er geen stukken op aarde kunnen neervallen en er dus geen gevaar is voor mensen. De geschatte levensduur van een Starlink-satelliet is vijf à zeven jaar.

Een overzicht van alle Starlink-satellieten die zich nu in leo bevinden. Bron: Celestrak.com

Een ander gevaar neemt echter wel toe terwijl de satellieten nog gewoon in hun baan hangen. Hoe meer objecten in een baan om de aarde draaien, hoe groter de kans dat er botsingen plaatsvinden. Bij zo'n botsing van bijvoorbeeld twee satellieten worden honderden tot duizenden brokstukken gevormd, die vervolgens met andere objecten kunnen botsen. Die kettingreactie staat bekend als het Kessler-syndroom, vernoemd naar NASA-wetenschapper Donald J. Kessler. In het ergste geval kan dit betekenen dat de ruimte rondom de aarde zo vervuild wordt dat nieuwe lanceringen voor een tijd onmogelijk zijn.

Het weerwoord van SpaceX hierop is dat in tegenstelling tot bij geostationaire banen, waarin satellieten nadat ze niet meer gebruikt worden blijven 'rondhangen', de kleinere Starlink-satellieten na een aantal jaar opbranden in de atmosfeer. De hoeveelheid Starlink-satellieten rondom de aarde blijft na het voltooien van het netwerk constant doordat SpaceX de satellieten die end-of-life zijn, blijft vervangen. Daarnaast hebben de satellieten een autonoom systeem aan boord dat koerscorrecties uitvoert als er een ander object binnen een bepaalde afstand dreigt te passeren.

(Licht)vervuiling

Een ander kritiekpunt komt uit de hoek van de astronomie. Groepjes Starlink-satellieten zijn zelfs nu al te zien aan de hemel, terwijl het netwerk nog lang niet compleet is. Wetenschappers klagen dat dit hun astronomische waarnemingen verstoort en er zijn online verschillende voorbeelden te vinden van beelden waarop naast sterren ook duidelijk de 'treintjes' van Starlink-satellieten te zien zijn. Hoewel er op papier methoden zijn om hier omheen te werken, bijvoorbeeld door verscheidene foto's te maken zodat de snelbewegende Starlink-satellieten weggefilterd kunnen worden, ziet ook SpaceX de ernst en wordt er gekeken naar manieren om de satellieten minder reflectief en dus minder zichtbaar te maken.

Eerste pogingen werden gedaan met een speciale coating, maar uiteindelijk is gekozen voor een soort zonnescherm dat reflecties tegenhoudt, maar de radioverbinding niet verstoort. Mocht dat zonnescherm uiteindelijk de oplossing zijn, dan duurt het dus ongeveer vijf jaar voordat de Starlink-satellieten 'ververst' zijn met deze nieuwe uitvoering. Overigens werkt het scherm niet in de periode dat de satellieten zichzelf na een lancering naar de juiste baan manoeuvreren en met nog meer dan 10.000 satellieten te gaan wordt dit probleem dus op de korte termijn niet opgelost.

De VisorSat-schermen moeten reflecties tegengaan.

Tot slot zijn er naast de vervuiling met licht ook de normale vervuiling en de ecologische footprint van het geheel. Doordat de satellieten een levensduur hebben van zo'n vijf jaar, dragen ze, nadat het netwerk compleet is, niet bij aan de hoeveelheid ruimtepuin. Het maakt ze in feite tot wegwerpsatellieten, waarvan niets gerecyled kan worden en die met vervuilende raketten in een baan om de aarde worden gebracht, een proces waaraan vanwege de korte levensduur op papier geen einde komt. Tegenover de voordelen van een vrij toegankelijk internet overal op aarde staat dus een ecologische rekening.

• Volgende pagina 3. De hardware: opbouwen en instellen