3.1 A FŐ SZOLGÁLTATÁSI TERÜLETEK RÖVID ÁTTEKINTÉSE
* Fix műholdas szolgálatok:
Ez a terület a teljes, ún. klasszikus űrhírközlés, annak minden részét
felöleli. Az alkalmazási céloktól, vagyis a szolgáltatás pontos jellegétől
függetlenül közös jellemzője, hogy a műholdak - ma már műszakilag nagyon
fejlett - átjátszókat (transzpondereket) hordoznak, amelyek vagy távoli
pontok közötti (pont-pont jellegű stb.) hírátvitelt (információ átvitelt),
vagy a műhold által "belátott" területen (régión) belüli hír-, információ
átvitelt biztosítanak. E téren egy évtizeddel ezelőtt egyrészt az átjátszók
(transzponderek) számának nagymértékű növekedését, másrészt a nem-műholdas
optikai (kábeles) átvitel és a műholdas átvitel kiélezett konkurrencia
harcát jeleztük előre. - Ebből az átjátszók számának igen gyors növekedése
megtörtént. Mára ezer körüli átjátszó számmal lehetett kalkulálni. (Egy
átlagos műholdas transzponder kb. 36 MHz sávszélességű és százas
nagyságrendben visz át telefoncsatornát.) A növekedés gyorsabb a vártnál, s
a jelentős műszaki fejlődés következtében mind az FSS műholdak száma, mind
az egy műholdra telepített illetve telepíthető átjátszók száma még a vártnál
is gyorsabban nő. A távközlési igények rendkívül gyors növekedése
következtében a globális szolgáltatások mellett regionális vagy dominánsan
egy régióra orientált szolgáltatások is megjelentek. Példaként az EUTELSAT
európai űrhírközlési szolgáltató cég 1995-ben kezdte meg a Hot Bird műhold-
sorozat telepítését. 1998-ban a sorozat ötödik tagja repül fel az űrbe. Csak
e műholdcsalád eddig mintegy 100 átjátszót működtet, s e műholdak csak egy
nagyobb, dominánsan európai régiót szolgálnak ki, ezért mind a keleti
hosszúság 13. foka táján vannak geoszinkron pályán. Ráadásul ezen régió
kiszolgálásában más szolgáltatók és műholdrendszerek is résztvesznek
(Intelsat, SES az Astra holdakkal stb.). Az említett műholdak a régebben
szokásosnál nagyobb adóteljesítményekkel működnek, azaz csökkentik a
különbséget az ún. professzionális, azaz szigorúan FSS szolgáltatás és a
közvetlen fogyasztót kiszolgáló (BSS és PSCS) szolgáltatás között. Így ma
már bizonyos, hogy a korábbi helyzetképben [2] 2000-re előrejelzett
transzponder-számot a valóság felülmúlja, hiszen csak az EUTELSAT Hot Bird
műholdjai 1998-ban 100 körüli átjátszójukkal a korábban 2000-re várt
1500-1600 globális átjátszó mennyiség 7-10%-át elérik. E gyors fejlődés
következtében már közelebb kerültünk a globális átjátszószámban majd várható
telítődéshez, azonban a következő tíz évben ez még nem érhető el, mivel a
Föld nagyon nagy régiói még igen távol vannak távközlési alapszolgáltatásban
a telítődéstől. A lassan telítődő európai, északamerikai és ausztrál
régióban viszont kiéleződik a konkurrencia harc, az árverseny. Az új
fejlemény, hogy a technológiai fejlődés következtében ma már csökken a
fedélzeti adóteljesítmény növelésének árfelhajtó szerepe, s a nagyobb
fedélzeti adóteljesítmény műszakilag realizálható. Ezért új jelenségként a
jövőben az FSS és BSS szolgáltatások közeledése várható. Más szóval
ugyanazon átjátszók klasszikus távközlési célra is és műsorszórási célra is
felhasználhatók lesznek a bérlő (a szolgáltatás igénybevevője) aktuális
céljától függően. - A másik meghatározónak jelzett trend az optikai kábeles
és a műholdas távközlés (hírközlés) éles piaci versenye volt azzal a
várakozással, hogy különösen rövidebb (600 km - 2000 km-es) távolságokon az
optikai kábeles szolgáltatásnak a futási idő rövidsége, a kábelre rálépés
egyszerűsége stb. miatt jelentős piaci előnye van a műholdas megoldással
szemben. Ebből az éles verseny valóban kialakult. Azonban az űrszegmens nem
szorult háttérbe. Ennek oka részben az űripar árbeli versenyképességének
gyors növekedése, részben a gyorsan mozgatható és telepíthető, illetve
relatíve nagyon olcsó földi adó-vevő végállomások megjelenése volt. Ennek
következtében ma a kétféle műszaki megoldás és szolgáltatás együtt él, s
mindkettő nagy profitot termel. A következő években e téren érdemi változás
nem várható. - Ugyanakkor a műszaki fejlesztés következményeként a belátható
jövőben (kb. 10 év) még folyamatosan csökken a berendezések mérete, miközben
a jelkezelési és sugárzási teljesítmények változatlanok maradnak illetve
növekszenek. Példaként említem, hogy csak az egyszerű fedélzeti tápegység-
méret térfogatban 1984 és 1996 között a kiinduló érték 15-20%-ra csökkent
(pl. a Hughes-nál). Ugyanez a fejlődés a többi egység területén is
lejátszódott és a folyamat nem áll meg. Így az egyes holdak műszaki
bonyolultsága és a fedélzeten megvalósítható intelligens szolgáltatások
mennyisége tovább növekszik. Tovább javul az űrtávközlési rendszerek
megbízhatósága. Ez a változás természetesen nem korlátozódik csak az FSS
területére, hanem jellemzi a BSS-t is, és látványos lesz a PSCS területen.
* Műsorszóró műholdas szolgálatok:
Műszaki, K+F szempontból ez a terület nagymértékben hasonló helyzetben
van, mint a már tárgyalt FSS. Ma még az átjátszók adóteljesítménye
értékelhető különbséget teremt a BSS célra is alkalmas műholdas átjátszók és
a csak FSS célra alkalmas átjátszók között. A jövőben azonban ez a különbség
csökken, majd eltűnik, kapcsolódva az egész hírközlés-távközlés
átalakulásához. Magát a BSS területet a gyors fejlődés mellett a stabil és
bővülő piac jellemzi globálisan. E folyamatot azonban nagy-régiónként eltérő
társadalmi folyamatok mozgatják. Az északi ipari övezetben és Ausztráliában
a növekvő fizetőképes kereslet mögött a nagy TV műsorszórási igény, a TV-
társaságok éles és növekvő versenye húzódik meg. A Föld más területein,
amire India talán a legjobb példa, a társadalom működtetésének és a
fenntartható társadalom biztosításának kényszere a meghatározó tényező. A
felhozott példára gondolva, például a társadalom informálása mellett az
elemi szintű és korhatár független közoktatás biztosítása. Ennek célja az
adott esetben az elemi higiéniai szabályok megismertetése és elfogadtatása
társadalmi szinten (pl. ivóvíz tisztántartása, tisztálkodás), a földművelés
néhány alapfogásának megtanítása (pl. a termőföld megforgatása mintegy
arasznyi mélységben), a kiterjedtebb és más infrastruktúrával alig ellátott
terület alapfokú egységes irányítása stb. E folyamatok egyelőre bővülő BSS
piacot jelentenek régiónként eltérő űripari háttérre támaszkodva és eltérő
szolgáltatási igényt kielégítve. - A műszaki fejlődés ezen a téren a
hullámterjedési és antenna-tervezési területeken sajátos, amit a
szolgáltatást igénybe vevő TV-társaságok igényein túlmenően a nemzetközi
szabályozás valamint a frekvencia-tartomány végessége és jobb
kihasználhatósága is kényszerít. Az egyik feladat egy-egy átjátszó sugárzási
nyalábja földi "lábnyomának" megtervezése, a kívánatos alak, azaz területi
fedés biztosítása mind az elsőosztályú, mind a másodosztályú jelszinttel
ellátott zónát értve ez alatt, s a zónákban a jelszint garantálása különféle
időjárási-légszennyezettségi helyzetekben az igénybevételi idő meghatározott
és ma már igen nagy részében. A másik feladat a műholdak és átjátszók nagy
száma miatt az ugyancsak különféle időjárási helyzetekben az áthallások,
interferencia-zavarok előírt szint alatt tartása. Mindkét feladat
természetesen nagy fejlesztést igényelt és igényel ma is a fentieken
túlmenően a műholdak fedélzeti szolgálati rendszereiben, különösen a
fedélzeti időszolgálatuk pontossága és a pályastabilitásuk biztosításában,
továbbá a tájolási és antenna-vezérlési rendszereiknél is.
* Személyes műholdas távközlési szolgáltatás vagy a globális mobil
távközlés:
Jelenleg e téren zajlik a robbanásszerű változás. A cél valódi és teljes
globális fedéssel a bárhonnan bármikor bárhová kapcsolást kisméretű,
hordozható (mobil) készülékekkel biztosító távközlési rendszer létesítése. A
valódi és teljes globális fedés, valamint a kis, személyi előfizetői
készülékek követelménye új műholdas távközlési rendszer-filozófia
kialakításához vezetett. E rendszerek előfutárai voltak a katonai mobil
műholdas rendszerek, de a "civil" változat igényei minőségi ugrást
követeltek meg, nem utolsó sorban a szolgáltatás várható áraiban és ebből
adódóan kikerülhetetlenül a műszaki megoldásokban, hiszen a fizetőképes
kereslet kell eltartsa ezt a szolgáltatást. Ez a terület a következő néhány
év űrtevékenységének "nagy bulija". Hatásai az egész űrtevékenységre
jelentősek.
A jelzett követelményekből adódik, hogy a feladat a szokott módon,
geoszinkron pályán lévő műholdakkal nem oldható meg. A BSS és FSS
szolgáltatás szempontjából a magas északi és déli szélességek legfeljebb
másodlagos fontossággal bírnak. Ezért e szolgálatok geoszinkron pályán lévő
műholdakkal működhetnek, legfeljebb egy-két Molnyija-tipusú műholddal
kiegészítve. Az új szolgálat azonban a sarki régiókban is, az óceánokon is
teljesértékű szolgáltatást kell nyújtson. Így, bármennyire is kellemes a
geoszinkron pálya (GEO), hiszen a hold az egyenlítő egy helye fölött "áll",
s így a földi antennáknak nem kell követni, mégis más megoldást kell
keresni. Az alacsony magasságú pályákon (LEO) és a közepes magasságú
pályákon (MEO illetve ICO) keringő műholdak a teljes föld-felszín felett
bárhol lehetnek, azaz biztosíthatnak valódi globális fedést, de mozognak a
felszínhez képest, követni kell mozgásukat, vagy nem-irányított antennával
kell dolgozzon a felszíni, azaz az előfizetői készülék. A hold használhat
irányított antennát, többet is, de azok felszíni fedése (lábnyoma) a
felszínen fut. Mivel ezek a lábnyomok az új mobil szolgálat celláit hozzák
létre (egy nyom több cellát), a holdhoz kapcsolt cellák mozognak a
felszínen. Így bármely előfizető, akár áll, akár mozog a Földhöz képest, e
távközlési rendszerben mozgónak minősül. Az alacsonyabb pályáknak van előnye
is, hiszen így a jel futási ideje a föld-űr-föld útvonalon akár 20 ms körüli
értékre is csökkenhet, szemben a GEO-pálya esetén tipikus 500 ms-mal. LEO
(és MEO) pályák esetén a földi adóteljesítmény szükséglet is jóval kisebb,
mint GEO holdaknál, illetve a műhold által a felszínen létrehozott
térerősség is nagyobb, egyszerűbb vevővel lehet venni. Ezek a tényezők az
egyszerű, olcsó és kisméretű egyéni előfizetői készülék használatát segítik
elő. Így ma a legtöbb társaság, amelyik e piacot (részben) megszerezni
akarja, LEO vagy MEO holdak alkalmazásával alakítja ki rendszerét. Viszont
ebből adódik az is, hogy alacsonyabb pályák használata esetén a Föld egész
felszíne nem fedhető le, nem sugározható be néhány műholdról. A teljes fedés
biztosításához nagyszámú műholdból álló rendszer(eke)t kell telepíteni.
Megjegyzendő, hogy egy-két esetben - korábbi rendszer-determinációból is
következően - GEO és MEO holdak kombinációját is, illetve Molnyíja-tipusú
műholdpályák használatát is tervezik.
A rendszer maga három fő részből áll. Az egyik az előfizetői készülék,
természetesen nagy számban a Föld felszínén szétszórtan. A másik rész az
űrszegmens, azaz a műholdak együttese. A harmadik rész a rendszer
irányítását is ellátó földi nagyállomások hálózata, amelyek fő feladata ezen
műholdas hálózat és a hagyományos földi távközlési hálózatok összekapcsolása
(gateway-ek). A műholdas szolgáltatóknak persze a saját bevétel növelése a
céljuk. Ezért olyan rendszerek kialakítására törekszenek, amelyekben a saját
előfizetőik közötti hívások lehetőleg egyáltalán ne használjanak hagyományos
földi hálózatot, s a saját előfizetői készülékek és más (hagyományos földi
stb.) hálózatban üzemelő készülékek közötti hívások a lehető legkisebb
mértékben vegyék igénybe a nem saját rendszert. Így a díjmegosztásból ők
részesednek nagyobb mértékben. Ezért viszont nagyszámú kapu, azaz gateway
telepítése szükséges, s a műholdak fedélzetén intelligens vezérlő
rendszernek és kapcsolóközpontoknak is működni kell, továbbá az egy-egy
rendszer műholdjai közötti űr-űr átvitel kikerülhetetlen. Ez utóbbi igény az
egyébként is gyorsan fejlődő optikai hírközlés hullámterjedési és
berendezés-fejlesztési részét egyaránt fellendítette. Új fedélzeti opto-
elektronikai egységek születtek meg, s meg kellett oldani a műhold-műhold
optikai átvitelben a stabil kapcsolat biztosítását, ami az optikai nyalábok
nagy irányítottsága következtében elég nehéz feladat. De a földi oldal
fejlesztése sem kisebb feladat. Például a hullámterjedési problémákat is
olyan szinten kell megoldani, hogy garantálni lehessen akár folyamatos eső
esetén is (trópusi viszonyok, tartós hóviharok stb.) egy-egy földi végpont
(gateway) zavarmentes, elsőosztályú térerősségi viszonyok melletti működését
az idő 99,95%-ban, ami ma a BSS rendszerekben nincs meg, s az FSS
rendszereknél is gondot okoz. Az ár mellett a szolgáltatás megbízhatóságának
kérdései is előtérbe kerültek.
E rendszerek kiépítői ma már egyidejűleg törekszenek a globális
távközlési szolgáltatás és a legkorszerűbb információs világhálózatok
megvalósítására is. Más szóval a kiépülő rendszerek ezt igénylő előfizetőnek
eleve legalábbis ISDN, B-ISDN szolgáltatást tudnak nyújtani, általában
azonban többet is. E folyamatra visszatérünk. Példaként vegyük az egyik
rendszert, amelyik jelenleg a fejlesztés záró és a holdak építésének kezdő
szakaszában tart, a Skybridge-rendszert. A rendszer induló állapotában 64
LEO szolgálati műholdból áll, amelyek mellett tartalék holdak is lesznek
folyamatosan pályán, mivel a szolgáltatás műhold-meghibásodás miatt nem
csorbulhat átmenetileg sem. Az átmeneti kieséseket ugyanis a mai fizetőképes
kereslet már nem viseli el, akkor az előfizető más szolgáltatóhoz fordul. A
holdak tervezett élettartama 8 év! A műholdak felbocsájtása 2001 és 2002
folyamán történik meg. A rendszert alapvetően a 16 kb/s előírások szerint
építik ki. Így normál felhasználóknál 2 Mbps a gateway-hez a visszaút, míg
60 Mbps a terminál a felhasználó felé. De professzionális termináljaiknál
nagyobb sebesség is elérhető. A holdak tervezett pályamagassága mindössze
1457 km, amivel egy hold földi lábnyoma 3000 km sugarú a felszínen. Egy-egy
hold tömege 800 kg alatt marad, amiből 300 kg a távközlési hasznos teher
(37,5%). A távközlési rész fogyasztása - ami a fedélzeti adóteljesítmény
forrása is - 2,5 kW alatt marad, azaz 8,3 W/kg, a szokásos űrelektronikai
fogyasztásnak majd tízszerese! A holdak az előfizetőkkel a kapcsolatot a Ku
sávban (11/14 GHz) tartják, míg a gateway-ekkel a nagysebességű
összeköttetést a Ku illetve a Ka (20/30 GHz) sávban. Mivel az FSS és BSS GEO
holdakkal interferencia léphet fel, ezért a rendszer azon holdjairól a kapuk
(gateway-ek) más holdra lépnek át, amelyek átmenetileg egy GEO holdhoz
10º-os látószögnél közelebb kerülnek a földről nézve. A rendszerben az
indulásnál 250 gateway (kapu) működik majd, a remélt piac több, mint 90%-át
már kezdetben kiszolgálva. Az adatok mutatják a léptékváltás tényét és
méretét.
2. sz. Táblázat
┌──────────────┬──────────┬──────────────┬──────────────┐
│ CCI │ Iridium │ Odyssey │ Globalstar │
┌───────────────┼──────────────┼──────────┼──────────────┼──────────────┤
│ műhold-szám │ 46 │ 66 │ 12 │ 48 │
├───────────────┼──────────────┼──────────┼──────────────┼──────────────┤
│ h (km) │ 2000 │ 780 │ 10000 │ 1414 │
├───────────────┼──────────────┼──────────┼──────────────┼──────────────┤
│tarifa ($/perc)│ 0,25-1 │ 3 │ 0,65 │ 0,35-0,5 │
├───────────────┼──────────────┼──────────┼──────────────┼──────────────┤
│ szolgáltatás │csak rendsze- │teljes díj│csak rendsze- │csak rendsze- │
│ tartalma │ren belüli díj│ │ren belüli díj│ren belüli díj│
├───────────────┼──────────────┼──────────┼──────────────┼──────────────┤
│ start │ 1997 végétől │ 1997-ben │ 1998 végétől │ 1997 végétől │
├───────────────┼──────────────┼──────────┼──────────────┼──────────────┤
│ nyaláb/hold │ 32 │ 48 │ 37 │ 16 │
├───────────────┼──────────────┼──────────┼──────────────┼──────────────┤
│ összköltség │ 1,7 │ 3,37 │ 2,5 │ 1,6 │
│ (millirád $) │ │ │ │ │
├───────────────┼──────────────┼──────────┼──────────────┼──────────────┤
│előf. készülék │ 1500 │ 2500 │ 300-500 │ 400-500 │
│ ára ($) │ │ │ │ │
├───────────────┼──────────────┼──────────┼──────────────┼──────────────┤
│ műhold tömeg │ <500 │ 700 │ -1952 │ <700 │
│ (kg) │ │ │ │ │
└───────────────┴──────────────┴──────────┴──────────────┴──────────────┘
A következőkben táblázatosan (2. sz. Táblázat) bemutatom a legmarkánsabb
és már épülő rendszereket. A megcélzott felhasználói kör kezdetben e
rendszerek esetén a ma még ellátatlan terültek lakossága, az üzleti élet
szereplői, a kormányzati szolgálatok és a tehetősebb utazó réteg -
természetesen a Föld egészén! A rendszerek sok szempontból hasonlóak,
közülük három LEO holdakat, míg egy MEO holdakat használ. A tarifa ma
átlagos távközlési, telefonálási helyzetet véve alapul, amikor is
szükségképpen ki kell lépni a klasszikus távközlési hálózatokba, mert csak
az egyik fél beszél globális mobil állomásról, a néhány $ (kb. 3-5 $)
percenként, vagyis 700-1100 Ft/perc mai árfolyamon. Vagyis lesz magyar
előfizetői része is e szolgáltatásnak, már a kezdeti időszakban is. Így
például a MATÁV is tervezi e szolgáltatáshoz csatlakozását valamelyik
szolgáltatóval megfelelő szerződés keretében. Várható a piac felfutásával
párhuzamosan a tarifa nem gyors csökkenése illetve a szükségképpen egyre
szélesebb megcélzott potenciális előfizetői réteg lehetőségeihez igazítása
is.
Sajátos helyzetben van az előző helyzetképben már kiemelten említett, a
tengeri forgalom-irányító és hajózás-segítő távközlési rendszert létrehozó
Inmarsat. Az eredeti rendszerük kizárólag GEO holdakkal működik. Hamar
elhatározták a globális mobil szolgálat kiépítését, s meg is kezdték a
megvalósítását [11, 12]. A teljes globális fedést biztosító műholdrendszer
felbocsájtása 1998-tól esedékes, kiegészítve a Föld nagyrészét lefedő GEO
holdjaik rendszerét. Mivel GEO holdakkal indultak, a fejlesztési irányuk is
más, lényeges újat hoznak az űrtávközlésbe. Ugyanis első lépésként az új GEO
holdak fedélzetére nagyon nagy irányítottságú antennákat telepítettek,
amelyek így rendkívül keskeny nyalábot (spot beam) sugároznak. Ezzel együtt
jár természetesen a hold pozicionálási és az antenna irányzási
stabilitásának rendkívüli megnövelése. Az Inmarsat-3 műholdak (GEO) ezt már
tudják. A szolgáltatás kezdetben, másfél évtizeddel ezelőtt hajókra
telepíthető, nagyméretű és drága földi készülékeket használt beszéd és lassú
adat, fax stb. illetve opcionálisan 64 kbit/s átvitelt biztosítva (35
e$/készülék). 1997 óta már használhatók az Inmarsat-3 műholdakon keresztül
távközlésre és adatátvitelre a mindössze laptop méretű, 2 kg tömegű és 3 e$
árú Mini-M készülékek; s a tarifa ma a teljes távközlési útra 3-5,5 $/perc.
Mivel pedig az Inmarsat eredeti szolgáltatása, a tengeri forgalomirányítás
eleve tartalmazta a mentési igényt is, így földi előfizetői készülékei
csatlakoztathatók a globális földi illetve műholdas navigációs rendszerekhez
(Decca, Loran C, Glonass, GPS, Transit). Sajátos előnyük, hogy a GEO holdak
rendszerben tartása következtében az azok által ellátott területeken
műszakilag kevés kapura (gateway-re) van szükségük, azok számát kizárólag a
más hálózatoknak átadódó forgalom-mennyiség csökkentése határozza meg,
vagyis nem műszaki, hanem kizárólagosan gazdasági döntés. Ma az Inmarsatnak
globálisan már több tízezer felhasználója van, s a piaca gyorsan bővül.
2005-re legalább egy millió előfizetővel számolnak. A most bevezetendő új,
legkisebb készülékük pedig már csak akkora, mint egy 450 MHz-es sávú mobil
telefon, s az ára is mindössze 1500 $, tömege 0,5 kg. Az Inmarsat is
természetesen bevezeti a korszerű szolgáltatásokat (ISDN, HSD, B-ISDN stb.).
- Érdemes megjegyezni, hogy például a leginkább a BSS szolgáltatásban aktív
EUTELSAT nemcsak az FSS felé nyitott, hanem nyit a PSCS felé is: diszpécser
szolgálat bevezetését tervezi járművek részére...
A PSCS megjelenése következtében az egyszerű (és olcsó) előfizetői
készülékek adási frekvenciája megnő. De valamennyivel megnövekszik e kézi
készülékek adóteljesítménye is. Így meg kell gyorsuljon a fej (agyvelő)
által elnyelt összes elektromágneses dózis hatásának kutatása, részben a
szolgáltatást veszélyeztető hiedelmek elterjedése megelőzésére, részben a
valóban fellépő hatások tisztázására és ezek kivédése technikájának
kidolgozására. Ugyanis az bizonyos, hogy a kisugárzott teljesítmény egy
(kicsi) része a koponyában elnyelődik, s időben a dózis halmozódik.
A világ-falu kialakulása megállíthatatlan, s ennek létrehozója és
fenntartója az űrtevékenység. A következőkben néhány markáns új jelenséget
veszünk számba e folyamattal kapcsolatban.