Satelliten

Ein Satellit (lat., Trabant, Begleiter) ist ein natürlicher oder künstlicher Himmelskörper, der sich um die Erde oder einen anderen Zentralkörper bewegt. Im engeren Sinne versteht man unter Satelliten künstliche Himmelskörper, die die Erde umrunden (Bild 1). Um die Erde bewegen sich inzwischen auf kreisförmigen bzw. elliptischen Bahnen eine große Anzahl von Satelliten mit den verschiedensten Aufgaben. Neben Forschungssatelliten gibt es z. B. Wettersatelliten, Nachrichtensatelliten oder Spionagesatelliten.
Eine spezielle Form sind geostationäre Satelliten zur Übertragung von Fernsehprogrammen und zur Nachrichtenübermittlung.

Die ersten Satelliten
Die Geschichte der Raumfahrt und damit auch die Geschichte von Erdsatelliten reicht bis in das 19. Jahrhundert zurück. In Russland entwickelte KONSTANTIN EDUARDOWITSCH ZIOLKOWSKI (1857-1935) wichtige theoretische Grundlagen des Raketenflugs. Er schlug u. a. vor, für Raketen flüssige Treibstoffe zu verwenden, propagierte das Prinzip der Mehrstufenrakete, entwarf Vorschläge für Raketentriebwerke und entwickelte Vorstellungen für Raumflüge.

In den USA entwickelte der Physiker ROBERT GODDARD (1882-1945) in langjähriger Arbeit eine Flüssigtreibstoffrakete, die 1926 erstmals erfolgreich erprobt wurde.
Die Rakete erreichte in 2,5 s eine maximale Flughöhe von 12,5 m.

In seinem 1923 erschienenen Buch "Die Rakete zu den Planetenräumen" wies der deutsche Forscher HERMANN OBERTH (1894-1989) nach, dass mit Raketen andere Planeten erreicht werden können und demzufolge auch Satelliten um die Erde möglich sind. Bereits 1927 wurde von einer kleinen Gruppe von Enthusiasten in Berlin der "Verein für Raumschifffahrt" gegründet. In ihm arbeiteten u. a. HERMANN OBERTH und WERNHER VON BRAUN (1912-1977) mit. BRAUN war auch maßgeblich an der Entwicklung der V 2 beteiligt (Bild 2). Diese für Kriegszwecke entwickelte Rakete hatte eine Länge von 14 m, eine Masse von 12,5 t, eine Nutzlast von etwa 1 000 kg, eine Reichweite von ca. 300 km und eine Höchstgeschwindigkeit von
5 000 km/h.
Am 3. 10. 1942 wurde mit einer solchen Rakete eine Höhe von 90 km und damit der Weltraum erreicht.

Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden vor allem in der USA und in der Sowjetunion die Forschungen zu Raketen fortgesetzt. Im Rahmen des 1954 verkündeten Internationalen Geophysikalischen Jahres, an dem sich 67 Staaten beteiligten und das für den Zeitraum vom 1. Juli 1957 bis 31. Dezember 1958 festgelegt wurde, planten sowohl die Sowjetunion als auch die USA den Start von Satelliten. So kündigte 1955 der amerikanische Präsident EISENHOWER für das Internationale Geophysikalische Jahr den Start von "kleinen, erdumkreisenden Satelliten für wissenschaftliche Zwecke" an.
24 Stunden später zog die Sowjetunion mit einer entsprechenden Erklärung nach.

Die Sensation gelang am 4. 10. 1957: An diesem Tag wurde in der Sowjetunion der Satellit "Sputnik 1" gestartet. "Sputnik 1" (Bild 3) war der erste künstliche Erdsatellit. Er hatte einen Durchmesser von 58 cm und eine Masse von 83,6 kg. Außen waren vier Stabantennen von 2,4 m bzw. 2,9 m Länge angebracht. Der Satellit bewegte sich auf einer elliptischen Bahn in Höhen von 228 km bis 947 km über der Erdoberfläche. Die Funktionsdauer der an Bord befindlichen Instrumente betrug etwa 3 Wochen, die Lebensdauer des Satelliten 92 Tage.

Für die westliche Welt, insbesondere für die USA, war es ein Schock, dass es den Russen als Ersten gelungen war, einen solchen Erfolg zu erzielen. Dieser Schock - man spricht auch vom Sputnikschock - vertiefte sich mit dem Start von "Sputnik 2" am 3. 11. 1957. Dieser zweite sowjetische Satellit hatte die Versuchshündin "Laika" in einem hermetisch abgeschlossenen Behälter an Bord. Der kegelförmige Satellit "Sputnik 2" war 4 m hoch und hatte einen Basisdurchmesser von 1,7 m. Er hatte eine Masse von 508 kg und war mit der 3 t schweren Raketenendstufe fest verbunden. Dies alles zeugte von einem klaren Vorsprung der Sowjetunion in der Trägerraketenentwicklung. Der Satellit umkreiste die Erde auf einer elliptischen Bahn in einer Höhe zwischen 224 km und 1661 km.
Sieben Tage lang funkte er Daten über den Gesundheitszustand der Hündin, über Innen- und Außentemperatur sowie andere physikalische Daten.

Am 31. 1. 1958 starteten die US-Amerikaner mit "Explorer 1" ihren ersten Satelliten. In der weiteren Entwicklung holte die USA aber schnell auf. So wurden 1962 mithilfe des amerikanischen Nachrichtensatelliten "TELSTAR" erstmals Fernsehbilder zwischen den USA (Bodenstation Andover) und Frankreich (Bodenstation Pleumeur-Bodou) in der Nähe der nordfranzösischen Atlantikküste) übertragen. Mit dem amerikanischen Satelliten "Syncom 1" erreichte 1963 der erste Nachrichtensatellit eine geostationäre Bahn.

Wettersatelliten
Heute existiert ein Netz von Wettersatelliten, die vom Weltraum aus das Wettergeschehen registrieren und Bilder zur Erde senden. Das Wettergeschehen über dem Atlantik und Europa wird gegenwärtig von einem geostationären Wettersatelliten vom Typ "Meteosat" beobachtet. Er übermittelt alle 30 Minuten ein Wetterbild von Europa (Bild 4).

Neben dem sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums werden auch andere Spektralbereiche, insbesondere der infrarote Bereich, untersucht. Diese Satellitenbilder sind eine wichtige Ergänzung zu den erdgebundenen Messungen. Insbesondere ist durch Einbeziehung von Satellitenbildern für größere Gebiete eine bessere Wettervorhersage möglich. Wettersatelliten vom Typ "Meteosat" sind zylindrische Körper mit einer Masse von 312,5 kg, einer Höhe von
3,20 m und einem Durchmesser von 2,10 m. Ihre mittlere Lebensdauer beträgt 3 Jahre.

Nachrichtensatelliten
Nachrichtensatelliten dienen dazu, von der Erde gesendete Informationen, darunter auch Fernsehprogramme, wieder zur Erde zurückzusenden und so den Empfang in einem Gebiet zu sichern
(Bild 5). Genutzt werden heute für die Übertragung von Fernsehprogrammen Satelliten vom Typ "Astra". Das sind geostationäre Satelliten, also Satelliten, die über dem Äquator stehen und die sich genau so schnell um die Erdachse bewegen wie die Erde selbst. Sie befinden sich damit stets genau über einem bestimmten Punkt der Erdoberfläche. Nur dadurch ist es möglich, die Satellitenantennen auf der Erde fest auszurichten. Die Höhe eines solchen geostationären Satelliten über der Erdoberfläche beträgt 35 800 km, sein Bahnradius also 42 170 km. Die Umlaufzeit beträgt ebenso wie die Umlaufzeit der Erde selbst 24 Stunden. Somit bewegt sich ein solcher Satellit mit einer Geschwindigkeit von 3,1 km/s.

Forschungssatelliten
Forschungssatelliten ermöglichen zahlreiche Untersuchungen, die von der Erdoberfläche aus nicht realisierbar sind. Das betrifft z. B. das großräumige Wettergeschehen, aber auch Untersuchungen zur Struktur der Erdoberfläche, zur Temperaturverteilung, zur Vegetationsverteilung, zur Dicke der Ozonschicht oder zur Verschmutzung der Atmosphäre.
Darüber hinaus ermöglichen Satelliten außerhalb der Erdatmosphäre auch genauere Untersuchungen zur Sonnenaktivität.
Ein besonders interessantes und wissenschaftlich überaus erfolgreiches Unternehmen ist das Hubble-Weltraumteleskop (Bild 6). Das 1990 gestartete Teleskop befindet sich in einer Erdumlaufbahn und kann Beobachtungen von Sternen ohne den störenden Einfluss der Erdatmosphäre durchführen. Durch das Teleskop erfolgen Beobachtungen im infraroten, sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich. Das Teleskop ist etwa 10 m lang und 12,5 t schwer. Sein Hauptspiegel hat einen Durchmesser von 2,4 m und eine Masse von 800 kg. 1993 erfolgte durch Linsen eine Korrektur des falsch geschliffenen Hauptspiegels, 1997 und 1999 wurden eine technische Wartung und ein Austausch von Instrumenten im Orbit vorgenommen. Bis zum Jahre 2000 ergab sich eine beeindruckende Bilanz: Das Teleskop lieferte über 270000 Einzelbeobachtungen mit faszinierenden Aufnahmen von Sternen, Galaxien, Quasaren und schwarzen Löchern. Die bisherigen Kosten für die Entwicklung, den Betrieb und die Wartung des Weltraumteleskops belaufen sich auf einige Milliarden Dollar.

Militärisch genutzte Satelliten
Seit Jahrzehnten gibt es eine große Anzahl von Satelliten, insbesondere der USA und Russlands, die militärisch genutzt werden. Ihr Aufbau und ihre Aufgaben sind meist geheim. Bekannt ist aber, dass viele von ihnen Spionagezwecken dienen. Mit spezialisierten militärischen Satelliten ist es heute möglich, auf der Erdoberfläche Objekte mit Abmessungen von 10 cm bis 20 cm zu erkennen. Militärische Satelliten dienen z. B. zur Erfassung von Raketenstellungen, der Verteilung von Truppen, Fahrzeugen und Flugzeugen. Sie werden zur Informationsübertragung, zur Ortung von Objekten und zur satellitengestützten Navigation (GPS) genutzt. Letzteres wird zunehmend auch im zivilen Bereich angewendet, etwa bei Navigationssystemen in PKW.