Seit Anfang Januar spitzt sich die Lage im Iran zu. Was Ende Dezember als Demonstrationen von Geschäftsleuten begann, die ihrem Ärger über die schlechte Wirtschaftslage Luft machten, hat sich zu Massenprotesten entwickelt, die das iranische Regime blutig unterdrückt. Mittlerweile ist von Tausenden Toten die Rede. Davon sollen möglichst wenig Bilder und Nachrichten in die Öffentlichkeit geraten, weshalb die iranische Regierung Kommunikationsnetze blockiert.

Verlässliche Informationen sind schwer zu bekommen, denn seit den Abendstunden des 8. Januar ist praktisch das gesamte Land offline; das Content Delivery Network Cloudflare verzeichnet nahezu keinen Datenverkehr mehr aus dem Iran und auch die Internetbeobachtungsgruppe Netblocks spricht von einer vollständigen Kommunikationsblockade.

Einer der wenigen digitalen Wege nach draußen führt derzeit per Satellit über das weltumspannende Netzwerk Starlink der Firma SpaceX. Das ist im Iran zwar verboten, Terminals kommen aber durch Schmuggel ins Land und SpaceX toleriert die Nutzung; seit dem 13. Januar ist sie sogar kostenfrei. Aktuell häufen sich jedoch Berichte, dass auch Starlink im Iran zusehends schlechter funktioniert und Nutzer aktiv verfolgt werden. Doch wie kann ein System aus Tausenden Satelliten vom Boden aus gestört werden und wie findet das Regime Nutzer der Geräte, ohne Zugang zu Kundendaten oder dem Netzwerk?

Die US-amerikanische Organisation Holistic Resilience, die Iranern dabei hilft, ihre Internetzugänge abzusichern, spricht von rund 50.000 Nutzern im Land. In diesem Artikel beleuchten wir, wie Starlink arbeitet, weshalb es im Iran funktioniert und wie die iranische Regierung das Netz mutmaßlich stört. Zwar lassen sich weder das Regime noch SpaceX gerne in die Karten schauen, doch Hacker und Journalisten interessiert das wenig und die Regeln der Physik gelten für alle.

Orbitnetz

Starlink ist eine von SpaceX gebaute Satellitenkonstellation im niedrigen Erdorbit (Low Earth Orbit, LEO), die der Internetversorgung dient. Das primäre Ziel des Tech-Milliardärs und SpaceX-Gründers Elon Musk: schneller, latenzarmer und bezahlbarer Internetzugang für entlegene Regionen der Welt, überall dort, wo andere Zugangswege versagen oder nicht wirtschaftlich sind. Das ab 2015 entwickelte, ab 2019 in den Orbit geschossene und seit 2021 für Privatkunden nutzbare Netzwerk zählt mittlerweile über 9 Millionen Verträge. Es ist zudem das bisher größte Satellitennetzwerk der Welt mit rund 9500 aktiven Satelliten, die mittlerweile den Großteil der menschengemachten Objekte im Erdorbit ausmachen. In Deutschland verlangt Starlink derzeit 50 Euro pro Monat für stationäre Nutzung ohne Volumenbegrenzung. Teurer ist der monatliche Tarif für das transportable Starlink-Terminal, das etwa auch Wohnmobile versorgt.

Internetzugang über Satellit ist nicht neu und seit den frühen 2000er-Jahren über geostationäre Satelliten verfügbar. Durch den niedrigen Orbit um 550 Kilometer kann Starlink gegenüber diesen deutlich bessere Ergebnisse liefern: Statt rund 120 Millisekunden Signallaufzeit für 35.800 Kilometer (geosynchroner Orbit) beträgt diese bei Starlink nur etwa 2 Millisekunden.

Außerdem verteilen sich die Kunden auf die hohe Anzahl an Satelliten, wovon jeder wiederum bis zu 48 separate Spotbeams abstrahlt, was bessere Empfangsergebnisse und somit höhere Datenrate bedeutet. Typische Privatkunden mit stationärem Terminal dürfen zwischen 150 und 400 Mbit/s Downlink- und 10 bis 50 Mbit/s Uplink-Datenrate bei 25 bis 100 Millisekunden Latenz erwarten, ein großer Gewinn gegenüber den 50 bis 100 Mbit/s Downlink-Rate, den 600 Millisekunden Latenz und dem häufig limitierten Datenvolumen bei geostationären Angeboten.

Damit das optimal klappt, muss der Nutzer das Satellitenmodem an einem Ort mit wenigstens 100 Grad freier Sicht auf den Himmel aufstellen. Derzeit gibt es das Standardset für stationäre Heimnutzer, das Mini für unterwegs, das Mini X mit zusätzlichem Mini-Router, Perfomance- und Enterprise-Modelle für Geschäftskunden sowie mehrere Spezialversionen für anspruchsvollere Anwendungen in See- und Luftfahrt.

Nachführen ohne Bewegung

Starlink nutzt Frequenzen zwischen 10,7 und 14,5 GHz (im sogenannten Ku-Band) für die Kommunikation zwischen dem Satelliten und der Kundenantenne sowie Blöcke zwischen 17,8 und 30 GHz für die Kommunikation zwischen Bodenstation und Satellit. Diese kurzen Wellenlängen weisen eine hohe Wegstreckendämpfung auf, sodass für große Distanzen immer Richtantennen nötig sind. Gleichzeitig hat SpaceX aber auch keine andere Wahl, denn wer viele Kunden mit hohen Datenraten versorgen will, benötigt breite Frequenzblöcke. Im Ku-Band liegen auch die Sendefrequenzen des digitalen Satellitenfernsehens DVB-S2.

Um den Dienst in seiner Qualität und Einfachheit zu ermöglichen, hat SpaceX phasengesteuerte Gruppenantennen massentauglich gemacht, sowohl für seine Satelliten als auch für die Satmodems beim Kunden. Solche Phased-Array-Antennen sind, grob zusammengefasst, elektronisch veränderbare Richtantennen ohne bewegliche Teile. Sie bestehen aus zahlreichen kleinen Antennenelementen, die dynamisch in Gruppen angesteuert und aufeinander abgestimmt werden.

Ein einfaches Phased Array wurde bereits 1905 entwickelt und besteht aus drei Strahlern, deren Anordnung ein gleichseitiges Dreieck mit etwas mehr als einer Viertel-Wellenlänge bilden. Einzeln betrieben ist jeder Strahler ungerichtet, er strahlt ringsum in alle Richtungen gleichmäßig ab und empfängt Signale aus allen Richtungen gleichmäßig gut. Speist man jedoch in der Dreiecksanordnung an zwei Strahlern an der Basis parallel ein und den Strahler an der Spitze über eine Phasen-Umwegleitung eine Viertel-Wellenlänge später, bekommt das Array die Charakteristik einer Richtantenne mit der Vorzugsrichtung Dreiecksspitze und -basis. Schließt man die Umwegleitung an einen der anderen Strahler an, ändert sich auch die Vorzugsrichtung des Arrays entsprechend um 60 Grad.

Indem man die Anzahl der Antennenelemente drastisch erhöht – Starlink-Terminals sollen bis zu 1500 haben –, lassen sich sowohl Antennenleistung als auch Bündelung steigern, und zwar dynamisch im laufenden Betrieb. Das Prinzip ist also der Schlüssel von Starlinks Erfolg und kommt sowohl vom Satelliten zum Boden als auch in der Rückrichtung zum Einsatz; beide versuchen, die eigenen Aussendungen möglichst präzise aufeinander zu lenken.

Anders als bei Parabolschüsseln, wie man sie vom Satellitenfernsehen kennt, ist es beim Phased Array der Starlink-Terminals nicht mehr wichtig, die Antenne exakt auf einen Satelliten auszurichten: Die Empfangseinheit verstellt einfach die Vorzugsrichtung des Arrays so lange, bis es den Satelliten bestmöglich empfängt und umgekehrt. Durch kontinuierliches Nachstellen kann sie den Satelliten im Blick behalten, bis irgendwann der nächste Starlink-Satellit übernimmt und das Array darauf justiert wird.

Die ersten zwei Versionen der Starlink-„Schüsseln“ hatten zwar Motoren zur Ausrichtung, die aber nur zur initialen Positionierung dienten, nicht für aktives Nachführen der Antenne zum jeweils genutzten Satelliten. Mittlerweile ist das Ausrichten nur noch für bestmögliche Ergebnisse nötig; Starlink funktioniert aufgrund der großen Anzahl an Satelliten schon seit geraumer Zeit in beliebiger Ausrichtung zum Himmel sowie auch in Bewegung (Auto, Boot, Flugzeug et cetera).