Telecommunicatie met behulp van meteoren

In Noord-Europa wordt een systeem geïnstalleerd voor mobiele telecommunicatie met behulp van meteoorsporen. Het daarvoor in Nijmegen opgerichte bedrijf Meteor Burst Communications Europe (MBC) ziet grote mogelijkheden voor deze techniek in de sector van het wegvervoer. De techniek, die in niet-mobiele vorm al lange tijd wordt toegepast, berust op de reflectie van radiosignalen door de ionisatiesporen van meteoren in de dampkring. Hierdoor is op de VHF-band zonder gebruik van satellieten communicatie tot ver voorbij de horizon mogelijk.

De dampkring is op hoogten tussen ruwweg 80 en 500 km voor een deel geïoniseerd. Deze ionosfeer wordt in stand gehouden door vooral de ultraviolette straling van de zon. De hierbij gevormde vrije elektronen zijn verantwoordelijk voor de weerkaatsing van radiogolven. Lange golven worden weerkaatst in de onderste delen van de ionosfeer (in de zogeheten D- en E-laag), kortgolvige in de hogere delen (in de F-lagen). In combinatie met de reflecties tegen de aarde kunnen sommige radiogolven zo de andere kant van de aarde bereiken.

Na de Tweede Wereldoorlog is vooral het gebruik van de zeer korte golven sterk toegenomen. Dit was nodig om te kunnen voldoen aan de groeiende vraag naar nieuwe frequentiebanden als gevolg van de vele nieuwe toepassingen, zoals FM-omroep, televisie en mobilofoon. Maar golven met een lengte van minder dan ongeveer 10 meter (frequentie hoger dan 30 MHz: VHF-band) worden niet meer door de ionosfeer teruggekaatst. Gebruik van deze golven vereist dat zender en ontvanger elkaar 'zien', dus dat bij lange afstanden een hoge steunzender, satelliet, of andere 'reflector' wordt gebruikt.

Iedere dag komen er ontelbare stof- en gruisdeeltjes (meteoroïden) uit de ruimte in de dampkring terecht. Dat binnendringen gebeurt met snelheden tussen 15 en 70 km per seconde. De grotere en/of snellere deeltjes worden door de wrijvingswarmte zo sterk verhit, dat zij volledig verdampen. Tijdens dit proces wordt de lucht langs hun traject verhit, tot soms enkele duizenden graden, en daardoor geïoniseerd. De ionisatiesporen - gemiddeld één meter in diameter en 20 km lang - zijn de 'vallende sterren' die men soms aan de hemel ziet.

Al in de jaren dertig werd door radio-amateurs ontdekt dat een ver station dat men door de aardkromming niet kan ontvangen af en toe kort, maar duidelijk, doorkomt. Al snel werd het verband ontdekt tussen de ontvangst van zo'n station en het verschijnen van een meteoor. De radiosignalen van het station worden door het ionisatiespoor van de meteoor terug naar de aarde gekaatst: het spoor fungeert als steunzender.

Militairen

Tijdens de Tweede Wereldoorlog werd door vooral militaire instanties - in het diepste geheim - getracht met behulp van meteoorsporen korte berichten over te zenden. Vele miljoenen dollars werden gestoken in de ontwikkeling van deze techniek. En met succes: het bleek mogelijk langs deze weg afstanden tot 2000 km te overbruggen. Omdat meteoorsporen meestal nog geen seconde blijven bestaan, is de zendtijd kort. Daarom heet deze techniek burst-transmissie.

'Deze communicatietechniek werd en wordt in verschillende landen door militairen gebruikt', zegt Fred Anderson, een Amerikaan die als technisch consultant voor het Nijmeegse bedrijf MBC werkt. 'De techniek was onder andere in gebruik bij NORAD (het North American Air Defence Command) en is nog steeds in gebruik langs de Chinees-Russische grens. Militairen gebruiken dit systeem als nood- en oefensysteem, dat niet afhankelijk is van de grillige veranderingen van de ionosfeer - veroorzaakt door de zon - en ook in geval van een kernexplosie in werking blijft. Het is nooit bedoeld als primair communicatiemiddel, voor het overzenden van grote hoeveelheden data'.

Anderson heeft lange tijd gewerkt bij het Amerikaanse bedrijf Meteor Communications Corporation en vele van dit soort systemen ontwikkeld. 'We hebben in Alaska zelfs een systeem geïnstalleerd waarmee via meteoren spraak wordt verzonden', zegt hij. 'De spraak wordt eerst met digitale technieken gecomprimeerd, vervolgens in een tempo van minstens 20 kilobits per seconde via een meteoor overgezonden en na ontvangst weer uit elkaar getrokken. Dit is echter een zeer dure techniek, die speciaal werd ontwikkeld voor de militaire overheid'.

Eenvoudiger, commerciële meteor burst-systemen worden sinds ongeveer twintig jaar op vele plaatsen op aarde gebruikt. Anderson diept in zijn geheugen enkele voorbeelden op: 'In de Verenigde Staten voor het verzamelen van meteorologische metingen, in Canada voor het volgen van vissersschepen, in Japan voor het controleren van boeien, in Egypte voor het bewaken van waterniveaus in irrigatiekanalen en op de Filippijnen voor het controleren van de werking van vuurtorens'.

Al deze telecommunicatiesystemen werken in feite volgens hetzelfde principe. Men heeft een basisstation, dat continu een signaal uitzendt. Dit signaal wordt af en toe - wanneer een meteoor passeert - opgevangen door een van de andere stations die informatie hebben aan te bieden. Dit station reageert hierop door in een flits via hetzelfde meteoorspoor het gevraagde pakketje informatie naar het basisstation te zenden. Men spreekt daarom ook wel over packed data communication.

'De kosten zijn de belangrijkste reden om te kiezen voor een meteor burst-systeem', zegt Anderson. 'Het gebruik van een satelliet is gemiddeld drie tot vijf maal zo duur. In sommige landen komt een satelliet bovendien maar eenmaal per dag of nog minder vaak over, of zijn er zulke hoge bergen en zulke diepe dalen dat een satelliet bijna door het zenit moet gaan om hem te kunnen ontvangen. Bovendien moet een satelliet om de zoveel tijd worden vervangen'.

De meeste commerciële meteoor-systemen gebruiken zenders met een vermogen van 100 watt, die zo om de vijf tot tien minuten een boodschap van 100 tekens kunnen overzenden. Wil men méér en/of vaker informatie versturen, dan moeten het vermogen van de zender en de gevoeligheid van de antenne worden vergroot: ook de frequenter verschijnende zwakkere meteoren kunnen dan worden benut. Dat maakt het systeem echter weer duurder, terwijl in vele gevallen de bescheiden capaciteit en frequentie ruimschoots voldoende zijn.

Volgens Anderson zijn er nu 'enkele ondernemingen' die meteor burst-systemen maken en worden er ieder jaar twee of drie in gebruik genomen. Hij signaleert een duidelijke toename in de afgelopen jaren, als gevolg van het goedkoper en sneller worden van microprocessoren. Deze ontwikkeling maakt het nu ook mogelijk de techniek te gaan gebruiken voor mobiele communicatiemiddelen, zoals in vrachtauto's. Daartoe werd onlangs in Nijmegen de onderneming Meteor Burst Communications Europe (MBC) opgericht.

Volgens MBC-directeur Frits Obers blijkt uit marktonderzoek dat er behoefte bestaat aan zo'n communicatiesysteem. 'Die bestaat er al lang. De reden dat nog zo weinig auto's zijn uitgerust met datacommunicatie is namelijk de prijs. Alle andere systemen die worden aangeboden en gebruikt zijn veel duurder, omdat ze veel meer mogelijkheden bieden. Maar die heeft een transporteur absoluut niet nodig. De gemiddelde boodschap die de transporteur wil verzenden komt niet boven de honderd tekens uit. Met meteoren en snelle dataprocessoren kunnen die nu probleemloos worden verzonden'.

Pech

MBC wordt het centrale datacentrum in het eerste mobiele meteor burst-communicatiesysteem ter wereld. Het zal in eerste instantie worden gebruikt voor communicatie tussen vrachtwagens en transportbedrijven in Noord-Europa. De drie basisstations voor dit systeem komen te staan in het westen van Frankrijk en het oosten en noorden van Duitsland. Vanuit deze volledig geautomatiseerde stations kunnen via meteoren korte berichten naar de voertuigen worden gezonden en van de voertuigen worden ontvangen (zoals hun lokaties).

'Het systeem werkt het beste op frequenties tussen 40 en 50 MHz', zegt Anderson, 'Dan blijft de mobiele antenne voldoende klein en is de gevoeligheid van het systeem voldoende groot. De grootste afstand die zo kan worden overbrugd bedraagt 1500 kilometer en de wachttijd zal ongeveer vijf minuten bedragen'. Wanneer de aarde een meteoorzwerm ontmoet (zoals deze maand de Perseïden), zal die wachttijd veel korter zijn.

'Als het systeem er eenmaal is, zouden we het ook voor personenauto's kunnen gaan gebruiken', zegt Obers. Hij denkt hierbij aan het actief volgen van gestolen auto's, die dan telkens via een meteoor hun positie (te bepalen via GPS-satellieten) naar het centrale datacentrum sturen. Of aan het automatisch alarmeren van het centrum als de bestuurder pech krijgt. 'Met ANWB-achtige organisaties zijn al gesprekken over deze toepassingsmogelijkheid gevoerd', aldus Obers.

Het mobiele meteor burst-systeem moet over veertien maanden gereed zijn. De kosten, tien miljoen gulden, worden gedragen door de Gelderse Ontwikkelingsmaatschappij, Nuon Telekabel en de Rabobank. Het plan is om het systeem vervolgens verder uit te breiden over geheel Europa, 'tot misschien wel aan de Oeral of in China toe, afhankelijk van de afstanden die transporteurs willen rijden', aldus de jonge, enthousiaste ondernemer.

    • George Beekman