Tot ver in de vorige eeuw was communicatie over grote afstanden uitsluitend mogelijk via (zee)kabels of via radioverbindingen op de lange- en later op de korte golf. Groot nadeel was dat de investeringen voor aanleg en onderhoud enorm hoog waren en de mogelijkheden beperkt bleken. Er konden maar weinig gesprekken tegelijk over de kabel en zeker via de radio, waardoor de kosten per gesprek of telegram ook hoog waren. Zo kostte een trans-Atlantisch telefoongesprek in 1978 zo’n tien gulden per minuut. Daarbij kwam dat de betrouwbaarheid van de verbindingen laag was. De kabels waren kwetsbaar en radioverbindingen waren zeer gevoelig voor storingen en ruis. En door de beperkte bandbreedte waren kabel- en radioverbindingen ten ene male ongeschikt voor het overbrengen van televisiesignalen. Hiervoor werden speciale radioverbindingen ontwikkeld die opereerden op zeer hoge frequenties, 3 tot 10 Gigahertz en die gebruik maakten van zeer scherp gebundelde antennes, de zogenaamde straalverbindingen. Omdat  deze verbindingen niet verder dan de horizon reikten moest de straalverbindingsapparatuur zo hoog mogelijk opgesteld worden. Zo kon een afstand van 50 tot 100 Km worden bereikt. Bij de opkomst van de televisie in de jaren 50 van de vorige eeuw verschenen er dan ook overal in het landschap straalzendertorens voor het overbrengen van televisieprogramma’s naar alle tv zenders in het land en voor de verbindingen met het buitenland (Eurovisie). Meer hierover kunt u lezen in het venster "Langs een rechte lijn".

Trans-Atlantische  TV uitzendingen bleven echter onmogelijk. Hierin zou pas verandering komen toen de communicatiesatellieten aan het firmament verschenen. In dit venster beperken we ons tot de communicatiesatellieten. De kunstmanen voor navigatie (GPS), verkenning en fotografie, meteorologie en geologie (Landsat) laten we hier verder buiten beschouwing.

Op 4 oktober 1957 verraste de Sovjet-Unie de wereld met de lancering van de eerste kunstmatige satelliet de Spoetnik 1. Deze bolvormige kunstmaan met een diameter van 58 cm en een gewicht van 83,9 Kg beschreef een ellipsvormige baan om de aarde. De grootste afstand was 939 Km en de kleinste 215 Km. De omloopstijd was 96 minuten.

Het krekelachtige geluid dat de Spoetnik uitzond , werd het symbool van een nieuw tijdperk. Overigens bevatte dit signaal slechts een paar eenvoudige meetgegevens over druk en temperatuur.

Luister hier naar het Spoetnik geluid:

 

 

Pas jaren later, op 10 juli 1962, lanceerden de Amerikanen hun Telstar 1. De ruimte race was begonnen. Telstar 1 beschreef een ellipsvormige baan om de aarde met 5632 km als grootste, en 925 km als kleinste afstand tot de aarde. De omlooptijd was 2,5 uur. De Telstar had een doorsnee van 87,6 cm en een gewicht van 77 Kg.

Deze satelliet had een compleet relaisstation voor 60 telefoongesprekken of 1 zwart/wit televisiesignaal aan boord. Hiermee zou het mogelijk moeten zijn om een directe tv verbinding tussen Amerika en Europa tot stand te brengen. De duur van deze verbinding was echter beperkt tot 20 minuten per omloop van de satelliet omdat deze slechts 20 minuten “zichtbaar” was vanuit beide continenten. 

 

Om de signalen naar de satelliet te zenden of daarvandaan te ontvangen waren speciale grondstations nodig. In Amerika werd dat zo ver mogelijk naar het oosten gebouwd, in Andover. In Europa kwam het grondstation zo ver mogelijk naar het westen, in Pleumeur-Bodou in Bretagne.

Een essentieel onderdeel was de enorme zend- en ontvangantenne  in de vorm van een gebogen hoorn met een opening van 10 x 10 meter en een uiteinde van slechts enkele centimeters. Deze antenne was in hoogte (vertikaal) verstelbaar en gemonteerd op een draaibaar onderstel met wielen op rails zodat het mogelijk was de satelliet te volgen tijdens zijn overkomst. De hele constructie woog 340 ton! Het geheel, dus inclusief de nodige ontvangst-  zend- en hulpapparatuur was ondergebracht in een reusachtige kunststof koepel met 64 meter middellijn. Deze werd met luchtdruk overeind gehouden. Het station in Pleumeur-Bodou bestaat nog en is nu onderdeel van een groot tentoonstellingscomplex, de “Cité des télécoms”.

 

Op 12 juli 1962 was het zover: de eerste directe tv verbinding met Amerika. De verbaasde Europese kijkers zagen een (zwart wit) beeld van de Eiffeltoren en het, enigszins heen en weer golvende, Vrijheidsbeeld op één gedeeld scherm. Enkele weken later begon de regelmatige uitwisseling van TV beelden (voornamelijk nieuwsitems) via de Telstar 1.

Op 7 mei 1963 volgde lancering van Telstar 2 die vrijwel identiek was aan Telstar 1. Hiermee werden de communicatiemogelijkheden verdubbeld, zij het dat ook deze satelliet slechts 20 minuten operationeel was per omloop.

Hierna gingen de ontwikkelingen snel. Een belangrijke stap vooruit was de lancering op 6 april 1965 van “Early Bird” oftewel de Intelsat 1.
In tegenstelling echter tot zijn voorgangers, die een ellipsvormige baan beschreven, volgde de Early Bird een cirkelvormige baan boven de evenaar. Op een hoogte van 35786 km boven zeeniveau leverde dat een omloopsnelheid op van 23 uur, 56 minuten en 4,6 seconde, precies gelijk aan de draaisnelheid van de aarde, de zogenaamde geostationaire baan. Hierdoor leek het alsof de satelliet stilstond boven de aarde. Dit had als grote voordeel dat de antennes van de grondstations niet meer draaibaar hoefden te zijn. Hierdoor konden de installaties aanzienlijk eenvoudiger en dus goedkoper worden. De Intelsat 1 was een cilinder van 59 cm hoog met een diameter van 77 cm. Er konden 240 telefoongesprekken of één TV programma mee worden overgestuurd. De satelliet was uitgerust met zonnecellen die 50 Watt konden leveren om de systemen van elektriciteit te voorzien.

Intelsat 1 heeft tot 1969 dienst gedaan en werd daarna vervangen door moderne varianten die grotere verkeersstromen aankonden. Zo kon de in 1972 gelanceerde Intelsat IV 6000 telefoongesprekken of 12 kleurenTV kanalen overbrengen. Intelsat IV was een cilinder van 2,38 m middellijn en 2, 82 m hoog. Het gehele oppervlak was bedekt met zonnecellen die totaal 500 Watt konden leveren voor de energievoorziening. Samen met de antennes was de totale hoogte 5,27 m. Het totaalgewicht was 720 Kg. De satelliet kon samenwerken met meerdere grondstations tegelijk. Zo hadden eind 1973 bijvoorbeeld 39 grondstations toegang tot een satelliet boven de Atlantische Oceaan.
 
Een vervelende eigenschap van satellietverbindingen was de vertraging die optrad in de signalen. Dit werd veroorzaakt door de grote afstand die het signaal moest afleggen van het ene grondstation via satelliet naar het andere grondstation, in totaal zo’n 75000 km. En ook al was de snelheid van de signalen gelijk aan die van het licht, 300000 km per seconde, toch ontstond er een vertraging van 75000 / 300000 = 0,25 seconden. Daarbij kwam dan ook nog de vertraging die optrad in de apparatuur op aarde onderweg van en naar de grondstations en die vooral storend was toen de verbindingen digitaal werden. Dit was bij telefoongesprekken goed merkbaar omdat het antwoord nog eens dezelfde vertraging ondervond. En bij gesprekken naar de andere kant van de wereld verdubbelden alle vertragingen nog eens omdat die gesprekken via twee satellieten liepen.
Ook bij TV interviews was dit effect erg hinderlijk. Daarom is vanaf de jaren 80 vrijwel alle intercontinentale verkeer overgenomen door de toen beschikbaar komende onderzeese glasvezelkabels met hun bijna ongelimiteerde bandbreedte.

Met de komst van de communicatiesatellieten in de 60er jaren ontstond ook in Nederland de behoefte aan een grondstation voor trans-Atlantisch telefoonverkeer en het doorgeven van TV programma’s. Philips Telecommunicatie Industrie in Huizen kreeg van PTT de opdracht om de zend- en ontvangapparatuur te leveren. Het resultaat was een relaisstation, waarvan de zender op 6 GHz werkte en de ontvanger op 4 GHz. Dit systeem was gebaseerd op de bij PTI ontwikkelde en wereldwijd geleverde  straalverbindingsapparatuur. Voor de toepassing als satellietgrondstation kreeg de zender een extra groot uitgangsvermogen van 1200 Watt. De ingangstrap van de ontvanger was met helium gekoeld tot -260 graden Celsius om de ruis te minimaliseren.
Omdat uit metingen gebleken was dat bij het Friese dorp Burum het niveau van radiostoringen minimaal was verrees daar het in opdracht van PTT gebouwde grondstation. Door de van verre zichtbare schotelantenne met een middellijn van 28 meter kreeg het station al gauw de bijnaam “Het Grote Oor”. De gehele constructie woog 370 ton maar kon toch met een nauwkeurigheid van 0,01 graden worden gericht. En ook bij zware storm bleef afwijking van de juiste richting binnen de limiet. De bundelbreedte was slechts 0,165 graden op 4 GHz en 0,11 graden op 6 GHz. De versterking was dan ook ca. 60 dB ofwel 1.000.000 maal!

Meer technische informatie over de antenneconstructie kunt u hier lezen: Antenneconstructie .

In 1973 werd het station in gebruik genomen voor verkeer met Noord-Amerika en Israël.

Philips bracht een persbericht uit waarin de opening aangekondigd werd en  een beschrijving van het grondstation. Dit kunt u hier lezen: Persbericht .

Later werd het station uitgebreid met meerdere grote en kleinere schotels. Ook vestigde zich er het Britse bedrijf Inmarsat dat zich richtte op het exploiteren van mobiele satellietverbindingen bijvoorbeeld voor expedities of TV reportages. Thans beheert dit bedrijf 11 geostationaire satellieten en wereldwijd 29 grondstations. Inmiddels  wordt ook het grondstation in Burum niet meer gebruikt voor telefoon- en televisieverbindingen.
Sinds 2005 zijn er op het terrein van “It grutte ear” ook schotels en apparatuur geplaatst die door de overheid gebruikt worden voor het vergaren van verbindingsinlichtingen onder andere in het kader van terrorisme bestrijding.
De toekomst van het grondstation is nog onzeker omdat het vrijwel zeker onbruikbaar gaat worden wanneer in de komende jaren het 5G mobiele netwerk, dat deels op dezelfde frequenties zal opereren, wordt uitgerold in Noord Nederland. “Het Grote Oor” zal dan moeten worden verplaatst naar een nog onbekende andere plek op aarde.

Op het einde van de vorige eeuw was de ruimtevaarttechnologie zover ontwikkeld dat ook grote en zware satellieten in een geostationaire baan gebracht konden worden. Bovendien zorgde de voortgaande ontwikkeling van zonnepanelen er voor dat veel grotere elektrische vermogens beschikbaar kwamen voor de apparatuur aan boord van de satellieten. Daardoor kon de hoeveelheid apparatuur en de vermogens van de zenders zover worden opgevoerd dat met een schotelantenne van 40 tot 90 cm middellijn een goede ontvangst van meerdere tv programma’s op aarde mogelijk was. Dit opende de weg voor satelliettelevisie, of ook wel “ direct to home” televisie of “direct broadcast” genoemd.

De noodzaak van grote grondstations, een netwerk van straalzenders en van krachtige tv zenders kwam hiermee te vervallen.Televisiemaatschappijen konden nu zelf hun programma’s “opstralen” naar een satelliet die het signaal vervolgens, op een andere frequentie, weer terugzond direct naar de huizen van de kijkers.

Hiervoor is in de satelliet een zogenaamde transponder nodig. Zo’n transponder bestaat uit een ontvanger, die het signaal van de tv-maatschappij ontvangt (de uplink, op 14 GHz),  een converter die het signaal omzet naar een andere frequentie, en een sterke zender die het signaal weer terugzendt naar de kijkers (de downlink, op 12 GHz).

Tegenwoordig heeft een satelliet wel 20 tot 50 transponders aan boord die ieder zeker 8 TV programma’s plus een aantal radiokanalen kan doorgeven. Omdat alles digitaal gaat kunnen ook allerhande extra’s worden meegezonden. Te denken valt aan een elektronische programma gids (EPG), extra geluidskanalen in andere talen en ondertiteling in meerdere talen. Hierdoor zijn programma’s in meerdere landen bruikbaar. Om het totaal aantal kanalen dat met één vast opgestelde schotel ontvangen kan worden uit te breiden zijn inmiddels op de bekende posities boven de evenaar meerdere satellieten dicht bij elkaar geplaatst. Zo heeft Astra 1 op 19° Oost 8 satellieten op ca 1 Km afstand van elkaar.
Andere bekende satellieten zijn de Astra 2 op 25,5° Oost, de Eutelsat op 7, 10, 13 en 16° Oost en de Hotbird met drie stuks op 13,0° Oost.

Niet zo lang na de lancering van de eerste kunstmaan, de Spoetnik 1, in 1957 begonnen ook enkele radioamateurs met de ontwikkeling en constructie van een satelliet. Het idee was om zo een soort relaisstation in een baan om de aarde te realiseren waarmee radiozendamateurs op de bekende amateurfrequenties langeafstandsverbindingen konden onderhouden. Daarbij vormden de zware eisen voor robuustheid en betrouwbaarheid een stimulerende uitdaging. De eerste amateursatelliet werd in 1961 gelanceerd. Het apparaat was in een speciale vorm gebouwd zodat het paste in een ruimte in de derde trap van een raket die normaliter voor ballast wordt gebruikt. De satelliet kreeg de naam “OSCAR 1” (Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio) toegewezen door de AMSAT, een organisatie die de ruimtevaart activiteiten door radioamateurs stimuleert en organiseert.

Het signaal van Oscar 1 is hier te horen:

 

 

 Het signaal was herkenbaar aan de in morse uitgezonden letters HI, het equivalent in amateur jargon van de tegenwoordige smiley.
Inmiddels zijn er enkele tientallen amateursatellieten operationeel.
In Nederland werd door studenten van de TU Delft een satelliet ontworpen en gebouwd. De ontwikkeling begon in 2004 en in 2008 werd het resultaat, de “nanosatelliet” Delfi-3C  gelanceerd in India. Het apparaat had de afmetingen van een pak melk (10x10x34 cm) en bevatte veel innovatieve techniek, waaronder zeer geavanceerde zonnepanelen.