Når Galathea 3 - den største danske forskningsekspedition i mere end 50 år - den 11 august i år, stævner ud på sin 9 måneder lange verdensomsejling, så sker det med et skib der er forsynet med det hidtil mest omfattende kommunikationssystem nogensinde. En bredbåndsforbindelse på mere end 1,5 MBit vil i alle døgnets 24 timer konstant forbinde skibet med Danmark - også fra nogle af de mest utilgængelige egne af jordkloden. Det er første gang man anvender så høje båndbredder på så lang en sejlads - og det er der mange udfordringer i.
Satellitkommunikation kender vi alle. Fra parabolantennen på skorstenen, til telefonsamtalerne med meget lang forsinkelse til de fjerne områder af jordkloden. Gennem de sidste 20 år er satellitkommunikation blevet en ganske almindelig måde at kommunikere på, specielt når man bevæger sig væk fra alfarvej og ud til jordklodens mest fjerne områder.Derfor er det heller ikke overraskende at Galathea 3 ekspeditionen benytter satellitter, når der skal kommunikeres med Danmark under den lange tur. Det der gør ekspeditionens kommunikation speciel er, at man har behov for en langt kraftigere forbindelse end den man normalt bruger på et skib - og i land for den sags skyld. Samtidig sejler ekspeditionen så langt mod nord og syd, at det giver helt særlige udfordringer.
Satellitterne hænger over ækvator
I en meget præcis bane 36.000 km (helt præcist 35.786 km) over ækvator hænger der i dag titusindvis af satellitter. Alle har samme egenskaber: De bliver hængende det samme sted over jorden, og følger med jordens rotation rundt og rundt - år efter år. Og de er alle udstyret med antenner som kan modtage og sende radiosignaler til jorden. Disse såkaldte geostationære satellitter (geo= geografiske, stationære= samme sted, dvs. samme geografiske sted), anvendes som et af de systemer når der skal sendes informationer rundt på jorden. Ganske vist er store dele af kommunikationen i dag flyttet tilbage i kraftige kabler - lyslederkabler - som forbinder de forskellige verdensdele med hinanden, men når det gælder f.eks. udsendelse af TV, eller kommunikation til skibe eller til øde egne af kloden, så er de geostationære satellitter stadig den eneste mulighed.
Skibet skal kunne "se" satellitten
For at kunne kommunikere med en satellit, skal man have en særlig antenne. Vi kender dem godt - disse paraboler som hænger på husmuren, og som er rettet imod nogle af de satellitter vi bruger til at modtage TV fra. I princippet er det nøjagtig samme parabol der sidder på Vædderen - det skib Galathea 3 bruger til sin ekspedition. Forskellen er, at den er mere end 4 gange større end de paraboler vi bruger på vores huse. Diameteren er 2,4 meter.
Hele dette omfattende arrangement er nødvendigt, fordi skibet hele tiden skal kunne "se" satellitten. Der skal være en ubrudt linie direkte fra satellittens parabol 36.000 km ude i verdensrummer, og skibets parabol.
Langt mod nord og syd
Parabolantennens retning er selvfølgelig afhængig af, hvor på jordkloden den befinder sig. Her i Danmark er vi vant til, at vores TV paraboler nærmest peger vandret, med en svag hældning opad. Men har man rejst i f.eks. troperne, så kan man det se, at parabolerne peger lige lodret op i luften.
Da alle de geo-stationære satellitter hænger over ækvator, betyder det, at parabolens vinkel mod satellitten er præcis den breddegrad parabolen befinder sig på. Jo længere mod nord eller syd man kommer, desto mere vandret står parabolen.
Kommer man meget langt mod polerne - ned til omkring 80 graders nord- eller sydlig bredde, kommer parabolen under 10 graders hældning over horisonten (det man kalder 10 graders elevation). I den vinkel kan det blive meget vanskeligt at holde "øjenkontakt" med satellitten - af to grunde: For det første: Parabolen er næsten vandret og der kan hurtigt komme noget på tværs, f.eks. en høj bølge, et isbjerg eller et stykke klippe. For det andet: Signalvejen mellem parabolen og satellitten går igennem et meget længere stykke af jordens atmosfære. Ved ækvator er tykkelsen af atmosfæren kun omkring 12-15 km, mens afstanden i polaregnene måles i flere hundrede kilometer, hvilket gør radiosignalerne svagere.
Galathea 3 ekspeditionen kommer på sin tur meget langt mod syd. Det sker når man sejler ind i Ross Sea ved Anarktis. Her kommer man - hvis ellers forholdene tillader det - helt ned til 85 graders sydlig bredde. Derfor er der i den satellitkommunikation der benyttes her, gjort noget særligt for at sikre forbindelsen. I praksis sørger satellitten og skibet for at sprede radiosingalet over et større frekvensområde. På den måde påvirkes signalet mindre af støj, og man kan dermed skrue mere op for modtagerens følsomhed - og stadig bevare samme gode kommunikation. Bølger og bjerge kan man selvfølgelig ikke rigtigt gøre noget ved - andet end at flytte skibet til en anden position.
Denne parabol er fotograferet i det nordlige Zambia nær byen Ndola på 13 grader sydlig bredde. Læg mærke til hvor meget parabolen peger opad.
Fire satellitter i brug
På Galathea's rejse bevæger skibet sig således igennem hele fire forskellige dækningsområder - fra fire forskellige satellitter. Alle satellitterne drives af det amerikanske firma Intelsat. Intelsat driver i dag 20-30 forskellige satellitter, og på firmaets hjemmeside kan man via et interaktivt kort se, hvorledes hver enkelt af dem dækker jordkloden. De fire satellitter som Galathea ekspeditionen kommer til at benytte bærer betegnelserne: IS-801, IS-802, IS-605 og IS-707. Hver af satellitterne dækker et bestemt område af jordkloden, og dette område - kaldet satellittens fodspor - optegnes meget præcist - det har nemlig stor betydning for hvornår man skal skifte fra den ene satellit til den næste.
Heldigvis har man planlagt satellitterne således, at fodsporene lapper en smule ind over hinanden. I disse overlappende områder sker der det, at de motorer som styrer parabolen omprogrammeres, så antennen drejes mod den nye satellit. Skiftet skal naturligvis ske netop når skibet befinder sig hvor de to satellitters fodspor lapper over hinanden - ellers mister man forbindelsen hjem.
Data ned på jorden
Et er, at skibets parabol er rettet imod en af de fire satellitter - noget helt andet er, hvordan informationer kommer fra skibet og hjem til Danmark. Satellitten fungerer som en relæstation, hvor data modtages fra skibet og derefter sendes tilbage til jorden. Så længe man bruger en satellit med et fodspor som både dækker skibet og Danmark (som f.eks. IS-802), er sagen enkel. Her kan man blot via en parabolantenne i Danmark hente signalet ned, og sende det videre til dem der skal bruge det. I Danmark er det TDCs parabolantenner i Blåvand som bruges.
Men når Galathea ekspeditionen skifter til satellitter med fodspor som ikke når Danmark er sagen en helt anden. Så er man nødt til at bruge en parabol et sted, hvor de nye satellitter har et fodspor. På denne ekspedition hentes signalerne fra de satellitter som ikke kan nås fra Danmark ned i Riverside uden for Los Angeles i Californien, USA. Herfra transporteres signalet så via et søkabel til Europa og Danmark.
Den lange vej hjem
De data som sendes hjem fra Galathea 3 tilbagelægger med andre ord en ganske betydelig rejse. Først sendes de 36.000 km ud i verdensrummet. Derefter 36.000 km tilbage igen, og til sidst måske 10-15 eller 20.000 km gennem et kabel på landjorden. Den lange vej hjem betyder forsinkelser. Radiosignaler løber nogenlunde med lysets hastighed (298.053 km pr. sekund). Turen hjem er ca. 90.000 km, og alene i signalforsinkelse betyder det således 0,3 sekund. Samtidig sker der små forsinkelser i satellitten og i udstyret på jorden. I praksis betyder det, at fra man sender en klump data fra skibet og indtil man modtager en kvittering fra Danmark går der omkring 0,7 sek.
Netop den forsinkelse kender vi godt når vi en gang imellem får en telefonsamtale over satellit, og her betyder det kun, at man skal trække vejret en ekstra gang før man får svar. Men når det er IT-udstyr som "taler" sammen, kan selv så små forsinkelser virke forstyrrende. Det lille regnestykke herunder illustrerer det tydeligt.
Når der sendes data fra Galathea 3 sker det med en hastighed på 1,544 MBit/sek. Lad os antage, at en journalist vil sende en historie på 3 sider (ca. 3000 bogstaver) hjem via satellitten. De 3.000 tegn svarer til 24.000 bit (der går 8 bit på hvert tegn). Dertil skal lægges omkring 10% kontrolinformation dvs. ca. 2.400 tegn. (Kontrolinformationen bruges til at checke om der skulle være sket fejl under overførslen). Vi skal i alt sende 26.400 bits hjem. Umiddelbart skulle man tro, at dette vil tage 26.400 / 1.544.000 = 0,017 sekund, men sådan forholder det sig ikke.
De 26.400 bit bliver opdelt i klumper (såkaldte pakker) med ca. 8.000 bit i hver pakke, dvs. vi får 4 datapakker ud af den samlede sending. (Opdelingen i pakker er nødvendig fordi der kan forekomme støj og forstyrrelser som ødelægger transmissionen. Når data er opdelt i pakker kan man nøjes med at sende de pakker der er fejl i, frem for at starte helt forfra). I nogle kommunikationssystemer har man indrettet overførslen af pakker således, at man først sender en datapakke, når man har modtaget en kvittering på den forrige datapakke. Fra før ved vi, at der går 0,7 sek fra vi sender noget fra skibet til vi modtager en kvittering. De 4 datapakker vil altså tage 4x0,7 + 0,017 = 2,817 sek. (Faktisk er de 0,017 sek. nærmest helt ligegyldige i sammenligning med de 2,8 sekund for at få kvitteringer). Det vi ser her er, at selv om vi nok har en 1,544 MBit/s forbindelse fra skibet, så tager det alligevel næsten 3 sekunder at overføre 3.000 bytes data.
Store datamængder
Der er i tidens løb opfundet rigtig mange forskellige teknologier som på forskellig vis kan nedbringe disse lange transmissionstider, og det er også nødvendigt fordi Galathea har et ganske stort behov for at sende data hjem. Ud over journalister som skriver og sender billeder og videoklip, samler de mange eksperimenter på skibet store mængder data sammen. De samles op på skibet, og overføres så med jævne mellemrum til de forskellige forskere i Danmark, som straks kan gå i gang med at analysere dem.
Netop den høje båndbredde og muligheden for at sende data hjem løbende adskiller denne ekspedition fra noget man nogen sinde tidligere har gennemført. Hjemme i laboratorierne har man nemlig langt bedre muligheder for at bearbejde resultater, en hvad man kan på skibet - bl.a. fordi man har adgang til meget større computerkraft i land.
Fakta
Flere leverandører samarbejder om at få Galathea 3 kommunikationen til at fungere. Intelsat er leverandør af de globale satellittjenester. TDC leverer selve transmissionstjenesten, udstyret i land og projektledelsen for at få systemet til at virke. Netplan har assisteret Dansk Ekspeditionsfond i forbindelse med indgåelse af aftalerne om leverancen.
Læs mere
Der findes meget mere information om Galathea på nettet. Er man interesseret i ekspeditionerne kan man hente mere viden her:
- Om Galathea (tidsskriftet Flådens Historei)
- EMU Danmarks Undervisningsportal
- Det Kongelige Danske Geografiske Selskab
- Dansk Ekspeditionsfond
