Die Pandemie beschleunigt das Internetrennen im Weltraum

In weiten Teilen der Vereinigten Staaten und der Welt gibt es Millionen von Menschen, die keinen zuverlässigen Internetzugang haben. Diese Menschen befinden sich nicht nur in weit entfernten Gegenden wie dem ländlichen Amerika, Neuseeland oder Afrika südlich der Sahara. Es gibt viele Menschen, die in dichten Stadtzentren leben und nur begrenzten Zugang zu erschwinglichen Breitbandanschlüssen haben. Die Covid-19-Pandemie hat der Herausforderung, alle Menschen an das Internet anzuschließen, neue Dringlichkeit verliehen, und während Unternehmen wie Google und Facebook weitreichende Ideen zur Lösung des Problems entwickelt haben, ist die vielversprechendste Internettechnologie auch eine, die sich bereits bewährt hat: Satellitenbreitband.

Anfang März, nur wenige Tage, bevor Städte in den USA wegen der Pandemie geschlossen wurden, gab Elon Musk die neuesten Details zu seinem Plan bekannt, einen Satellitenbreitbanddienst namens Starlink aufzubauen. In einer Rede auf einer Satellitenkonferenz in Washington, DC, beschrieb Musk, wie eine Konstellation von Starlink-Satelliten „blinken“ wird, wenn sie in eine niedrige Erdumlaufbahn eintreten. So wie sie beschrieben werden, klingen sie fast wie glitzernde Streifen am Nachthimmel oder wie magische Bänder mit fliegenden Geräten, die Internet an jeden Ort der Welt übertragen können.

In Kombination mit Verbesserungen bestehender Technologien wie DSL, Kabel und Glasfaser – ganz zu schweigen von 4G- und 5G-Mobilfunknetzen – kann das futuristische Satellitenbreitband die digitale Kluft in den USA und anderswo überbrücken. Und da die Pandemie eine explosionsartige Nachfrage nach einer besseren, breiter verfügbaren Internetverbindung ausgelöst hat, scheint ein schneller Fortschritt unvermeidlicher denn je.

Musks neue Satelliten gingen Anfang September online und bieten Beta-Testern Download-Geschwindigkeiten, die mit denen des terrestrischen Breitbands konkurrieren. SpaceX hat in den letzten 16 Monaten 700 Starlink-Satelliten in die Umlaufbahn gebracht und plant, in den nächsten Jahren bis zu 30.000 weitere zu liefern. Mehr Satelliten bedeuten mehr Bandbreite und höhere Geschwindigkeiten, und schließlich, so SpaceX, könnten seine Satellitenkonstellationen in der niedrigen Erdumlaufbahn die gesamten USA mit Hochgeschwindigkeitsinternet versorgen. Amazon, Facebook und mehrere Start-ups haben in den letzten Jahren ähnliche Versprechungen gemacht.

Das Konzept der satellitengestützten Internetdienste ist eigentlich schon Jahrzehnte alt. Die innovative Satellitentechnologie in der niedrigen Erdumlaufbahn, die von SpaceX und anderen entwickelt wird, könnte jedoch für alles von der Telemedizin bis zum Fernunterricht an Orten, die noch nicht angeschlossen sind, von grundlegender Bedeutung sein, wenn nicht sogar eine Umwälzung bewirken.

Satellitenbreitband könnte auch für das Unternehmen, das es als erstes herausfindet, sehr profitabel sein. Man könnte sich vorstellen, dass Amazon Satellitenbreitband nutzt, um sein Geschäft mit Amazon Web Services (AWS) anzukurbeln, oder dass Facebook es nutzt, um sicherzustellen, dass mehr Menschen auf seine Plattform kommen. Und wenn es nach Musk geht, werden seine Starlink-Konstellationen Milliarden von Dollar einbringen, um seine Mission zur Besiedlung des Mars zu finanzieren.

Das alles klingt futuristisch, aber Satellitenbreitband ist bereits eine sehr reale Sache. Wenn Sie jemals in einem Flugzeug oder auf einem Kreuzfahrtschiff eine Wifi-Verbindung hergestellt haben, haben Sie sie wahrscheinlich auch schon genutzt. Die Grundidee ist, dass Bodenstationen, die mit dem Internet verbunden sind, so genannte Gateways, Daten an einen Satelliten senden können, der diese Daten dann an Antennen irgendwo anders am Boden – oder auf einem Schiff oder in einem Flugzeug – weiterleitet.

Das Problem bei dieser technischen Meisterleistung ist, dass sie sehr teuer ist. Es kann Hunderte von Millionen Dollar kosten, Satelliten ins All zu schießen, und dabei ist noch nicht einmal berücksichtigt, was es braucht, um die behördlichen Hürden zu überwinden. Viele Unternehmen haben in den letzten 20 Jahren versucht, das Geschäftsmodell zu knacken, und sind dabei gescheitert. Doch plötzlich hat sich das Spiel um das Internet im Weltraum verändert.

„Die Covid-19-Krise hat die Aufmerksamkeit und die Investitionen in die Satellitentechnologie erheblich gesteigert“, sagte Babak Beheshti, Dekan des College of Engineering and Computing Sciences am New York Institute of Technology, gegenüber Recode. Beheshti fügte hinzu, dass sich die Zahl der Starts vom letzten Jahr auf dieses Jahr verzehnfacht hat. „Warum? Weil Schulen, Kommunalverwaltungen und andere plötzlich einen Breitband-Internetzugang in Gebieten brauchten, in denen es eigentlich keine Infrastruktur gab.“

Das mag wie ein Beweis dafür klingen, dass Satelliten-Breitband endlich auf dem Weg ist, die digitale Kluft zu überwinden, aber die Situation ist nach wie vor prekär. Während SpaceX mit dem Start seiner Starlink-Satelliten begann, erhielt Amazon im Juli von der Federal Communications Commission (FCC) die Genehmigung zum Start von 3.236 Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn für eine eigene Konstellation namens Project Kuiper. In der Zwischenzeit gelingt es den langjährigen Marktführern der Satellitenbreitbandbranche wie Viasat nicht, neue Satelliten schnell genug in den Himmel zu bringen, um mit der Nachfrage Schritt zu halten. Und nebenbei verspricht die Bundesregierung Milliarden von Dollar an Subventionen für Unternehmen, die das ländliche Amerika mit Breitband versorgen.

In mancher Hinsicht war der Traum, alle Menschen auf der Erde zu verbinden, noch nie so nah. In anderer Hinsicht ist es schwer zu sagen, ob die neuesten innovativen Ideen die gleichen Tücken aufweisen werden wie die der vergangenen Jahre.

Satellitenbreitband, kurz erklärt

Satellitenbreitband ist genau das, wonach es klingt: Breitband-Internetzugang über Satellit. Die Grundidee hat sich seit der Blütezeit des Satellitenfernsehens in den späten 90er Jahren kaum verändert. Damals strahlten die Unternehmen den Internetzugang über dieselbe Schüssel aus, die auch das HBO-Signal empfing, und zwar mit Geschwindigkeiten, die zwar schneller waren als die Einwahl, aber immer noch langsamer als das heutige Breitband.

Im Jahr 2020 gibt es im Wesentlichen zwei Möglichkeiten, wie Unternehmen Satellitenbreitband anbieten. Der Hauptunterschied besteht darin, in welcher Höhe die Satelliten kreisen. Geosynchrone Satelliten, die in einer Höhe von etwa 22.000 Meilen über einem festen Ort auf der Erdoberfläche kreisen, sind eine ältere Technologie, die Unternehmen wie Viasat für Breitbandverbindungen nutzen. Wahrscheinlich haben Sie diese Technologie schon für das WLAN im Flugzeug genutzt.

Dann gibt es Konstellationen mit niedriger Erdumlaufbahn, die aus Hunderten, wenn nicht Tausenden von kleineren Satelliten bestehen, die in einer Höhe von 300 bis 1.200 Meilen über der Erde kreisen. Dies ist der Ansatz, der in letzter Zeit in aller Munde ist und den SpaceX und Amazon verfolgen.

Geosynchrone Satelliten sind die ausgereiftere und bewährtere Technologie. Viasat und ein Unternehmen namens Hughes, die frühere Muttergesellschaft von DirecTV, gibt es schon seit Jahrzehnten. (DirecTV nutzte seine Schüsseln und Infrastruktur, um Ende der 90er Jahre einen Satelliteninternetdienst namens DirecPC anzubieten.)

Viasat und Hughes sind auch die beiden Unternehmen, die derzeit am ehesten Satellitenbreitband in abgelegenen Teilen der USA anbieten. Wenn Sie in der Wildnis von New Hampshire leben, wo es keine terrestrischen Breitbandoptionen gibt, können Sie eine DSL-Variante bekommen, die über bestehende Kupfertelefonleitungen funktioniert und im Wesentlichen so langsam ist wie eine Einwahlverbindung. Oder Sie können sich für geosynchrones Satellitenbreitband über Viasat oder Hughes anmelden und erhalten Geschwindigkeiten, die mit einfachem Breitband vergleichbar sind: etwa 25 Megabit pro Sekunde. Die Tarife beginnen bei 40 bis 50 Dollar pro Monat und werden teurer, wenn Sie mehr Bandbreite wünschen.

Obwohl sie zuverlässig sind, haben diese geosynchronen Satellitensysteme einige Probleme. Das Hauptproblem ist die Latenzzeit. Die Satelliten befinden sich Tausende von Kilometern über der Erdoberfläche, so dass die Daten eine gewisse Zeit brauchen, um sich fortzubewegen – und das kann eine leichte Verzögerung zwischen Senden und Empfangen bedeuten. Das ist kein Problem, wenn Sie nur im Internet surfen. Es ist jedoch ein erhebliches Problem, wenn Sie versuchen, Videospiele zu streamen oder Videogespräche zu führen, was wir alle mehr als je zuvor tun. Denken Sie nur an die Fernsehnachrichtenkorrespondenten, die einen halben Takt warten müssen, bis sie die Frage des Moderators im Studio hören, weil das Signal zu einem Kommunikationssatelliten aufsteigt und dann wieder zur Erde zurückkehrt.

Konstellationen in der erdnahen Umlaufbahn, wie die, die SpaceX und Amazon bauen, versprechen, das Latenzproblem zu lösen. Da sich die Satelliten näher am Boden befinden, müssen die Daten nicht so weit reisen. Musk zufolge bedeutet dies, dass die Starlink-Satelliten von SpaceX, die in einer Umlaufbahn in einer Höhe von etwa 340 Meilen über der Erde kreisen werden, eine geringe Latenzzeit aufweisen und damit das Risiko einer Verzögerung verringern werden. Die Frage der Latenzzeit ist übrigens für die FCC und ihre Entscheidung, Milliarden von Dollar an Subventionen zu verteilen, von großer Bedeutung. Die Behörde sagt, dass sie bei der Vergabe von Fördermitteln Netze mit niedrigen Latenzzeiten bevorzugen wird.

Allerdings gibt es noch weitere offene Fragen darüber, wie schnell und zuverlässig neu konzipierte Konstellationen in der erdnahen Umlaufbahn sein werden. Im Gegensatz zu geosynchronen Satelliten, die fest über einem Punkt positioniert sind, umkreisen erdnahe Satelliten die Erde alle 90 bis 120 Minuten. Sie sind so konzipiert, dass sie mit der Bodenstation und dem Endnutzer in Verbindung bleiben, indem sie untereinander in Verbindung bleiben, aber wenn diese Kette unterbrochen wird, wird die Verbindung unterbrochen. Diese Konstellationen bestehen außerdem aus Tausenden von relativ kleinen Satelliten – die Starlink-Satelliten wiegen weniger als 600 Pfund -, was bedeutet, dass sie mehrfach gestartet werden müssen, was teuer ist.

„Je mehr Satelliten aufsteigen, desto mehr wird die Netzwerkarchitektur optimiert“, erklärt Manny Shar, Leiter der Analyseabteilung bei Bryce Space and Technology. „In den nächsten Jahren sollten wir in ländlichen Gebieten, in denen es nur begrenzte Möglichkeiten gibt, deutliche Verbesserungen sehen, und es gibt nur wenig Wettbewerb, um das zu verbessern. Zumindest wird es also eine alternative Option geben, die diese ländlichen Nutzer nutzen können.“

Shars Hinweis auf den begrenzten Wettbewerb ist ein wichtiger Punkt. In vielen Teilen der Vereinigten Staaten gibt es beispielsweise dank der Telefonleitungen Zugang zu langsameren DSL-Verbindungen, aber da die Aufrüstung dieser Infrastruktur so teuer ist, haben die Telekommunikationsunternehmen, die diese Gebiete bedienen, oft wenig Anreiz, dies zu tun. Daher sind die Bewohner auf eine Mischung aus schlechten Kabelverbindungen und oft lückenhaften Mobilfunknetzen angewiesen.

Neue Technologien wie 5G könnten angeblich schnellere Mobilfunkgeschwindigkeiten in abgelegene Gebiete bringen, aber auch hier kostet der Aufbau dieser Infrastruktur Zeit und Geld. Satellitenbreitband hingegen kann einen schnellen, zuverlässigen und potenziell erschwinglichen Internetzugang an fast jeden Ort der Erde bringen. Auch dies erfordert Zeit und Geld, aber wir sehen im Jahr 2020, dass die Pandemie alle Arten von Investitionen in diese Technologie anzieht, was bedeutet, dass mehr Satelliten gestartet werden.

Sowohl geosynchrone als auch erdnahe Satellitenbreitbandsysteme haben Vor- und Nachteile. Ersteres ist bereits praktikabel, wenn auch nicht perfekt. Letzteres ist vielversprechend, wenn auch noch nicht ganz ausgereift. Aber um das Ziel zu erreichen, mehr Menschen anzuschließen, wird es auf das Geld ankommen.

Der langsame Marsch des Fortschritts

Die Zukunft des satellitengestützten Breitbands hängt weitgehend davon ab, wer die meiste Bandbreite für den geringsten Geldbetrag ins All bringen kann. Da jeder einzelne Satellit nur eine begrenzte Bandbreite bieten kann, bauen die Unternehmen entweder viele Satelliten, um sie gleichzeitig zu starten – wie SpaceX – oder sie investieren in technologische Verbesserungen und starten alle paar Jahre neue Satelliten. Dies ist die Strategie von Viasat. Das Unternehmen plant, im nächsten Jahr einen neuen Satelliten namens Viasat 3 zu starten, der sein Netzwerk erheblich verbessern soll. Dieser und andere Satelliten wiegen Zehntausende von Pfund, so dass diese Starts teuer sind.

Man könnte den Reiz erkennen, viele kleinere Satelliten im Laufe der Zeit zu starten, vor allem, wenn man ein Unternehmen wie SpaceX ist und seine eigenen Raketen besitzt. Amazon und sein Projekt Kuiper haben den Vorteil, dass sie Jeff Bezos gehören, der auch Eigentümer des Raketenherstellers Blue Origin ist. Es ist jedoch unklar, wie Blue Origin in das Projekt Kuiper eingebunden werden könnte. Tatsächlich hat Amazon nur sehr wenig über das Projekt verraten, außer dass es plant, einen erschwinglichen Hochgeschwindigkeits-Internetdienst mit niedriger Latenzzeit über Satelliten in der niedrigen Erdumlaufbahn anzubieten.

„Es gibt immer noch zu viele Orte, an denen der Breitbandzugang unzuverlässig ist oder gar nicht existiert“, sagte Dave Limp, Senior Vice President von Amazon, in einer Erklärung nach der Genehmigung des ersten Starts von Project Kuiper durch die FCC. „Unsere 10-Milliarden-Dollar-Investition wird Arbeitsplätze und eine Infrastruktur in den Vereinigten Staaten schaffen, die uns helfen wird, diese Lücke zu schließen.“

Der Verkauf von erschwinglichem Satellitenbreitband an Einzelkunden in ländlichen Gebieten wird nicht genügend Einnahmen bringen, um die benötigten Satelliten ins All zu schicken. Auch hier kostet jeder Start Hunderte von Millionen Dollar, und der Verkauf von Diensten für 40 Dollar pro Monat an einzelne Haushalte kann die Anlaufkosten nicht decken. Und selbst dann kann sich nicht jeder, der einen Internetzugang benötigt, diesen Preis leisten. Diese wirtschaftliche Herausforderung ist einer der Gründe, warum der Traum, jedem Menschen auf der Erde satellitengestütztes Internet – oder irgendeine andere Art von zuverlässigem Hochgeschwindigkeitsinternet – anbieten zu können, so schwer zu verwirklichen ist.

Dies ist auch der Grund, warum Unternehmen, die beim Aufbau satellitengestützter Breitbandnetze erfolgreich waren, die Herausforderung aus unterschiedlichen Blickwinkeln angegangen sind. Viasat zum Beispiel hat jahrelang ein Unternehmensgeschäft aufgebaut und Bandbreite an das Militär und Regierungen verkauft, ganz zu schweigen davon, dass es Ihnen geholfen hat, WLAN in Flugzeugen zu bekommen. Jetzt sagt das Unternehmen, dass die Nachfrage auf dem Verbrauchermarkt gestiegen ist und seit der Pandemie einfach explodiert ist. Und diese Nachfrage kommt nicht unbedingt aus den entlegensten Gebieten.

„Es hat sich herausgestellt, dass ein Großteil der Nachfrage eher in den großen Ballungsgebieten besteht“, so Viasat-CEO Mark Dankberg. „In den Märkten mit der höchsten Nachfrage – im Mittleren Westen und im Südosten – haben wir seit zwei Jahren keine Bandbreite mehr. Wir können also nicht mehr so viele Kunden haben, bis wir unseren nächsten Satelliten bekommen.“ Dankberg fügte hinzu, dass Viasat eine Technologie entwickelt, bei der die vorhandenen geosynchronen Satelliten mit den eigenen Satelliten in der niedrigen Erdumlaufbahn sowie mit Mobilfunknetzen verbunden werden, um schnellere Verbindungen mit geringeren Latenzzeiten zu ermöglichen.

Wie Emily Stewart von Recode kürzlich erklärte, ist der Breitbandzugang nicht nur im ländlichen Montana ein Problem. Selbst in den Stadtzentren und Vororten ist die Infrastruktur für einen Hochgeschwindigkeits-Internetzugang entweder nicht vorhanden oder für viele Menschen zu teuer, um sie sich leisten zu können. Das bedeutet, dass neue Optionen, einschließlich des Internets aus dem Weltraum, Millionen von Amerikanern schneller anschließen könnten, als es nötig wäre, die bestehende terrestrische Infrastruktur auszubauen.

Das macht die Versorgung der Menschen in weit entfernten Regionen nicht weniger wichtig, und staatliche Subventionsprogramme tragen dazu bei, dass dies geschieht, wenn auch langsam. Zufälligerweise hat die FCC gerade zu dem Zeitpunkt, als die Pandemie das Land zum Stillstand brachte, ihren Rural Digital Opportunity Fund ins Leben gerufen, der Telekommunikationsunternehmen, die den Internetzugang in ländlichen Gebieten ausbauen, bis zu 16 Milliarden Dollar zur Verfügung stellen wird. SpaceX hat eine Finanzierung beantragt, muss jedoch nachweisen, dass sein Dienst die von der Behörde geforderten niedrigen Latenzzeiten und hohen Geschwindigkeiten bietet, um das Geld zu erhalten. Viasat erhielt im vergangenen Jahr 87,1 Mio. USD aus einem ähnlichen FCC-Programm.

Auch in Ermangelung staatlicher Mittel sind Unternehmen wie SpaceX und Amazon in einer einzigartigen Position, um die Führung in der Satellitenbreitbandbranche zu übernehmen, denn der Aufbau einer solchen Infrastruktur wird sich aus anderen Gründen als nützlich erweisen. SpaceX ist in einer führenden Position, um seine Satelliten in eine erdnahe Umlaufbahn zu bringen. Der Vorteil eines eigenen Satelliten-Breitbandnetzes von Amazon liegt ebenfalls auf der Hand. Wenn es online geht, könnte das Projekt Kuiper ein unmittelbarer Segen für das AWS-Geschäft des Unternehmens sein.

„Amazon wird im Grunde genommen sein eigener größter Kunde sein, um die Pumpe für den Einkommensstrom zu starten“, sagte Beheshti, der auch ein leitendes Mitglied des Institute of Electrical and Electronics Engineers ist. „

Die Vorteile von satellitengestützten Internetdiensten liegen seit Jahren auf der Hand. Allerdings haben die Unternehmen jahrelang damit zu kämpfen gehabt, diese Ambitionen in die Realität umzusetzen. Das liegt nicht daran, dass sie es nicht versucht hätten – und auch nicht daran, dass sie kreative Ansätze ausprobiert hätten. Alphabet verfolgt weiterhin ein Projekt namens Loon, das vor etwa 10 Jahren als Google-Experiment begann. Bei Loon werden Ballons in großer Höhe eingesetzt, die den Internetzugang in ländliche Gebiete übertragen. Nach dem Einsatz in Puerto Rico nach dem Hurrikan Maria hat eine Flotte von Loon-Ballons im Juli damit begonnen, Millionen von Menschen in Kenia mit Internet zu versorgen, was die erste kommerzielle Anwendung der Technologie darstellt.

Facebook hat derweil seine eigenen weitreichenden Pläne. Seine Initiative mit dem Namen Internet.org, die darauf abzielt, den gesamten Planeten zu vernetzen, erlitt 2016 einen großen Rückschlag, als eine SpaceX-Rakete mit einem Satelliten, der Afrika südlich der Sahara mit Internet versorgen sollte, auf der Startrampe explodierte. Es gab auch das Projekt Aquila, das vorsah, solarbetriebene Drohnen 60.000 Fuß hoch in die Atmosphäre zu schicken, um ländliche Gebiete zu verbinden. Das Unternehmen hat das Projekt 2018 aufgegeben.

Große Internetunternehmen wie Facebook und Google sind wegen ihrer hochfliegenden Konnektivitätsprojekte ebenfalls in die Kritik geraten. Während Projekte wie Loon und Internet.org als gemeinnützige Initiativen zum Wohle der Allgemeinheit angepriesen werden, sagen Kritiker, dass sie die Grundsätze der Netzneutralität verletzen und eher den Interessen der Unternehmen als denen der Allgemeinheit dienen. Schließlich könnte ein kostenloser oder kostengünstiger Internetdienst von Facebook oder Google einfach Milliarden von Menschen zu den Produkten und Diensten von Facebook und Google leiten und das Internet, wie wir es kennen, balkanisieren.

Bei all diesen Bemühungen sind in Zukunft weitere Fehlschläge und möglicherweise weitere Rückschläge vorprogrammiert. Das Ziel von Elon Musk, jedem Menschen auf der Erde ein Hochgeschwindigkeits-Breitbandnetz zur Verfügung zu stellen, ist ein hochgestecktes Ziel. Wir wissen aber, dass so etwas technisch möglich ist. Es ist teuer, und viele schlaue Leute überlegen, wie sie es bezahlen können, während andere vielversprechende Technologien wie 5G weiter auf dem Vormarsch sind. Aber wenn es etwas gibt, das einen so gewaltigen Umbruch in der Internetbranche motivieren könnte, dann ist es die Pandemie. Nie zuvor waren wir so sehr auf Konnektivität angewiesen. Wir müssen vielleicht nur den Planeten Erde verlassen, um sie zu bekommen.