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Umweg unerwünscht

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 17.11.2016 13:36 — abgelaufen

Wenn sich Personen oder Güter heute zu Land, Wasser oder in der Luft bewegen, werden sie dabei häufig von Satelliten zielgenau an ihren Bestimmungsort geleitet. Eine Präzision, die bis vor einigen Jahren für private Anwender allerdings noch gar nicht gewollt war.

Für wenig Geld erhalten Privatanwender heute GPS-Empfänger, die als Hand- oder Fahrzeuggeräte Positionen in Metergenauigkeit liefern. Hinter der GPS-Technologie stecken jedoch jahrzehntelange anspruchsvolle Entwicklungen in der Raumfahrttechnik, bei Atomuhren und den Halbleiterchips für die Empfänger.  Dies erklärt Professor Bernd Eissfeller von der Münchener Universität der Bundeswehr am 4. November in einem Vortrag im Rahmen der GEOTECHNOLOGIEN-Wanderausstellung „Die Erde im Visier“. Neben heutigen Anwendungen wird Eissfeller dabei auch auf künftige Systeme wie das europäische Galileo-Projekt und ähnliche Vorhaben in China und Indien eingehen. planeterde sprach mit dem Münchener Professor vorab über die Themenschwerpunkte seines Vortrags.

planeterde: Herr Professor Eissfeller, Sie werden in Ihrem Vortrag auch auf die Geschichte der Satellitennavigation eingehen. Seit wann werden Satellitendaten denn schon zum Navigieren und zur Positionsbestimmung eingesetzt?

Eissfeller: Bis Anfang der 1960er Jahre wurde die Navigation auf den Weltmeeren vorrangig durch terrestrische Funknavigation abgewickelt. Sendestationen mit präzise synchronisierten Atomuhren wurden entlang der Hauptseewege errichtet, also zum Beispiel im Nordatlantik und im Pazifik zwischen Japan und den USA.

Nach Beobachtungen von Sputnik 1 schossen die Amerikaner ab 1959 unter dem Namen „Navy Navigation Satellite System“ schließlich mehrere eigene Satelliten in die Umlaufbahn.  So konnten in der Folge zunächst Schiffe der US-Navy satellitengestützt navigieren, wenige Jahre später wurde das System von der US-Regierung auch für die Handelsschifffahrt freigegeben. Erst Mitte der 1990er Jahre ging dieser Vorgänger des heutigen GPS außer Betrieb.

planeterde: Seitdem hat sich viel getan. In welchen Bereichen wird heute mithilfe von Satellitendaten navigiert?

Eissfeller: Heute wird Satellitennavigation auf sehr vielfältige Weise eingesetzt. So steuern wir Raumfahrzeuge auf Grundlage von Satellitendaten; niedrig fliegende Erdsatelliten, aber auch solche auf geostationären Bahnen. Hohe Anforderungen stellt auch der Luftverkehr, beispielsweise beim präzisen Landeanflug. Dann gibt es den sehr heterogenen, fast nicht mehr vollständig zu überblickenden Bereich der Landanwendungen: Forschungsfelder wie die hochgenaue Geodäsie und natürlich unzählige Mobilitätsanwendungen für Straßen- und Schienenverkehr. Auch Schiffe und Unterseebote navigieren mit GPS. Zwar können U-Boote kaum tiefer als 50 Zentimeter tauchen, bevor das Signal abreißt. Dort behilft man sich aber, indem man Bojen an die Wasseroberfläche hinter dem U-Boot herzieht, die die Navigationssignale empfangen und an die Besatzung weiterleiten können.

 

Motorschirm-Trike mit GPS

Satellitengestütze Anwendungen im privaten Sektor lassen sich aufgrund ihrer Vielfältigkeit heute kaum mehr vollständig überblicken. Das Bild zeigt einen GPS-Empfänger an Bord eines Motorschirm-Trikes (Bild: Haya, Wikimedia Commons).

 

Außerdem gibt es natürlich den großen Hobby- und Freizeitbereich. Viele Mobiltelefone und PDAs enthalten heute einen GPS-Chip. GPS wird bei Wanderungen eingesetzt, beim Drachenflug, im Gebirge oder in der Wüste. Dort kann es mitunter überlebenswichtig sein, ein solches Gerät bei sich zu tragen – zum Beispiel, wenn ein Unfall geschieht oder man sich im Hochgebirge übernommen hat. Dann können den Rettungskräften genaue Daten über den Unfallort an die Hand gegeben werden.

planeterde: Sie sprachen vorhin auch den Schienenverkehr an. Dort dürfte es nicht primär um Navigation gehen; Züge verfahren sich ja eher selten …

Eissfeller: Die Deutsche Bahn hat ein gravierendes Problem: Wenn im Fernverkehr irgendwo in Deutschland Verzögerungen entstehen, pflanzt sich dies wie eine Welle durch das ganze Netz fort. Zurzeit wird bei der Bahn noch mit der so genannten Blocktechnik gefahren: Ein Zug überfährt eine Induktionsschleife, und dann ist dieser Zug für die nächsten fünf bis zehn Kilometer erst einmal nicht mehr genau zu detektieren, die Leitstelle weiß also nicht, wo er sich auf dem fraglichen Streckenabschnitt befindet. Hier will die Bahn durch GPS-Technik eine zeitnähere Abdeckung erreichen. Durch eine bessere Sichtbarkeit ihrer Verkehre könnte sie viel schneller auf Probleme reagieren und Gegenmaßnahmen einleiten.

Im Öffentlichen Personennahverkehr ist man da schon einen Schritt weiter. Dort werden Satellitendaten bereits dazu verwendet, den genauen Aufenthaltsort von Bussen und Bahnen zu lokalisieren. Auf diese Weise können die Fahrgäste informiert werden, wie lange es noch dauert, bis ihr Fahrzeug an der Station eintreffen wird.

In Zukunft sollen Züge durch Satellitendaten sogar autonom gesteuert werden. Dadurch könnten Signalanlagen abgebaut werden. Darin besteht von Seiten der Bahn ein großes Interesse, da diese Anlagen gerade auf Nebenstrecken oft Vandalismus ausgesetzt sind. Ob ein solches System aber letztendlich umgesetzt wird, ist heute noch nicht abzusehen. Sicher ist, dass bis zu einer möglichen Realisierung noch einige Zeit verstreichen wird.

planeterde: Alle angesprochenen Empfänger beziehen ihre Daten heute im Wesentlichen vom GPS. Dessen Signal wurde bis zur Jahrtausendwende für zivile Nutzer künstlich verschlechtert. Seitdem können auch mit privaten Endgeräten hochgenaue GPS-Signale empfangen werden. Was führte zum amerikanischen Umdenken im Jahr 2000?

Eissfeller: Irgendwann haben die Amerikaner in ihrem GPS-System keine Bedrohung der nationalen Sicherheit mehr gesehen. Man kann jetzt darüber spekulieren, warum diese Bedrohung seit dem 11. September nicht wieder bestanden hat. Politisch konnten die USA die Störsignale zu diesem Zeitpunkt aber praktisch nicht wieder einschalten. Die Navigation mit Satellitendaten wurde im zivilen Bereich so gut angenommen, dass dieser Trend kaum mehr zu stoppen gewesen wäre. Außerdem hat sich die USA damals noch stark gegen ein europäisches System engagiert. Man wollte der Welt zeigen: Bleibt lieber bei GPS, das ist das System für die freie Welt.

planeterde: Sie sprechen den künftigen GPS-Konkurrenten Galileo an. Wird dieses System ausschließlich zivil genutzt werden?

Eissfeller: Die offizielle Lesart ist, dass Galileo unter ziviler Kontrolle stehen soll. Allerdings sind alle Satellitensysteme so genannte Dual-Use-Systeme, unabhängig davon, ob ein System als militärisches oder ziviles deklariert ist. Was die Russen, die Chinesen oder die Inder heute motiviert, ein eigenes System aufzubauen, ist nicht zuletzt die Option auf ein eigenreguliertes Signal. Wenn man bei militärischen Operationen nicht auf Satellitennavigation zurückgreifen kann, hat man heute eine Armee dritter Klasse. Für diese wäre es sehr schwierig, in Krisengebieten präzise zu navigieren. Dann bräuchte man ein Erdbeobachtungsnetz, für das die digitalen Geländedaten im Vorfeld aufwendig erkundet werden müssten.

planeterde: Galileo wird der europäischen Union also auch bei militärischen Operationen als Datenbasis dienen?

Eissfeller: Ja und nein. Bei den angesprochenen Dual-Use-Systemen gibt es auf der einen Seite die offenen, also zivilen Signale. Zusätzlich beinhaltet das Galileo-Programm einen so genannten Public Regulated Service, kurz PRS, der aufgrund seiner Verschlüsselung auch in Krisenzeiten voll funktionstüchtig sein wird. Was diesen Dienst ausmacht und wofür er genutzt werden soll, darüber geht die Meinung der EU-Länder auseinander. Die Franzosen tendieren beispielsweise dazu, diesen Dienst im Ernstfall auch als Militärsignal zu verwenden. Auf der anderen Seite gibt es Länder wie Deutschland, die PRS nur im zivilen Bereich nutzen wollen, also von Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben. Die Europäische Kommission wird es ihren Mitgliedsstaaten überlassen, wie sie PRS einsetzen möchten. So könnten Länder zum Beispiel auch festlegen, dass sie diesen Dienst gar nicht in Anspruch nehmen werden.

planeterde: Werden heutige GPS-Empfangsgeräte eigentlich auch in der Lage sein, Galileo-Daten zu verarbeiten?

Eissfeller: Das wird in der Regel nicht möglich sein. Man muss aber dazu sagen, dass wir bei den Empfangsgeräten heute ohnehin Innovationszyklen von zwei oder drei Jahren haben. In ähnlichen Abständen tauscht der durchschnittliche Endnutzer sein Mobiltelefon aus. So werden Geräte, die über GPS-Galileo-Chips verfügen, also Signale von beiden Systemen verarbeiten können, zum Startschuss von Galileo recht schnell in großer Zahl den Markt durchdringen.

Dann werden die Anwender davon profitieren, dass sie statt von insgesamt dreißig, von sechzig Satelliten im Orbit geleitet werden. Dies wird sich zum Beispiel in den Häuserschluchten von Downtown New York oder in Tokyo bemerkbar machen. In diesen „Urban Canyons“  herrschen natürlich extreme Abschattungen, so dass es dort immer wieder einmal vorkommt, dass einem das GPS-Signal zeitweise wegbricht. Wenn ich dann aber neben den 30 GPS-Satelliten noch einmal so viele Galileo-Satelliten und zusätzlich noch welche aus Russland und China im Orbit habe, dann verfüge ich einfach über ein extrem stabiles, gutes Signal.

planeterde: Herr Professor Eissfeller, vielen Dank für dieses Gespräch.

RD, iserundschmidt 10/2010


Vortrag: „Navigieren mit Satelliten“

Prof. Dr. Bernd Eissfeller berichtet über historische und aktuelle Anwendungen der Satellitennavigation und über die aufwendige Entwicklungsarbeit, die für heutige Systeme geleistet werden musste. Der Eintritt ist frei.

Ort: Museum Mensch und Natur, Schloss Nymphenburg, 80638 München

Zeit: Donnerstag, 4. November 2010, 18:30 Uhr

Verweise
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