Europa hat große Pläne für die Satelliten-Navigation. Das bewährte Global Positioning System (GPS) ist für den Flug- und Schienenverkehr zu ungenau. Die europäische Union tüftelt deshalb an Konzepten, die GPS verbessern oder sogar ersetzen sollen.
Als Stan Huntting am Morgen des 20. April auf seinen Computer blickte, traute er seinen Augen nicht: Das Computerprogramm, das der Amateurfunker aus Boulder, Colorado, zur Überwachung des Global Positioning System (GPS) geschrieben hatte, zeigte eine nicht für möglich gehaltene Präzision an: Der GPS-Empfänger wich nicht mehr als zwei Meter von der exakten Position ab – normal sind um die 100 Meter.
Sogleich entflammte im Internet eine rege Diskussion über die Fähigkeiten, die in den 24 Navstar-Satelliten schlummern. Sie funken Signale zur Erde, die Seglern, Bergsteigern und Autofahrern zur Bestimmung ihrer Position dienen. Die Satelliten, die vom amerikanischen Militär betrieben werden, senden zwei Signale aus: ein ziviles, unverschlüsseltes mit 100 Meter Genauigkeit und ein codiertes für militärische Zwekke, das nach Angaben des Pentagon Positionen auf 20 Meter exakt liefert. Doch Hunttings Programm bewies, daß dieses Signal, als es am 20. April für 19 Stunden unverschlüsselt ausgestrahlt wurde, zehnmal genauere Messungen erlaubt, als die Militärs angaben.
Der Vorfall macht zweierlei deutlich: Zum einen zeigt er, welches Potential in der Satellitennavigation steckt, zum anderen, wie abhängig Verkehrsunternehmen, Wissenschaftler und Abenteuer-Reisende vom Wohlwollen der amerikanischen Militärs sind.
Aus diesem Grund denken europäische Politiker und Firmen über einen Ersatz oder zumindest eine Ergänzung von GPS nach. Dabei verfolgen die EU-Länder zwei Ziele: Auf das Wohlwollen amerikanischer Militärs sind Verkehrsunternehmen, Wissenschaftler und Reisende bislang bei der Satellitennavigation angewiesen. Die Europäische Union will das ändern.
Der Fehler bei der Positionsbestimmung soll auf wenige Meter oder gar einige Zentimeter gedrückt werden. Das würde ungeahnte Möglichkeiten für den Verkehr auf der Schiene, zur See und vor allem in der Luft eröffnen. Flugzeuge wären nicht mehr auf teure Landeanflugsysteme und Radaranlagen am Boden angewiesen, sondern könnten untereinander ihre Koordinaten austauschen, um Kollisionen zu verhindern. Die Lufthansa schätzt, daß auf den stark frequentierten Routen über dem Nordatlantik zehnmal mehr Verkehr möglich wäre als heute. Der Markt für Satellitennavigation wird nach Schätzungen von jährlich 3,5 Milliarden Mark (1995) auf rund 20 Milliarden Mark im Jahr 2010 schnellen. Von diesem Kuchen möchten sich die Europäer ein Stück abschneiden. Weil die Amerikaner um ihre Dominanz beim Verkauf von GPS-Geräten fürchten, versucht die US-Regierung mehr Vertrauen in das System aufzubauen. Präsident Clinton hat im vergangenen Jahr zugesichert, die zivilen Signale beizubehalten. Das ist nicht selbstverständlich, denn auch die zivilen Signale wurden von den Amerikanern schon gestört, wenn sie dies für nötig hielten – wie im Golfkrieg . Clinton hat sogar in Aussicht gestellt, den militärischen Kanal in spätestens zehn Jahren freizugeben.
Die EU hat derweil gemeinsam mit der Raumfahrtorganisation ESA und mit Eurocontrol, das in Europa für die Sicherung des Luftraums zuständig ist, mehrere Entwürfe für ein “Super-GPS” ausgetüftelt: GNSS-1 (Global Navigation Satellite System) wurde 1994 durch einen Beschluß des europäischen Ministerrats ins Leben gerufen. Es sieht bis zum Jahr 2000 den Aufbau eines verbesserten weltweiten Satellitennavigations-System vor, zu dem die USA das Wide Area Augmentation System (WAAS) beisteuern werden. Für GNSS-1 macht die EU insgesamt rund 300 Millionen Mark locker. Zum Vergleich: Aufbau und Betrieb des GPS-Netzes haben die USA bis heute über 50 Milliarden Mark gekostet. EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) ist der europäische Beitrag zu GNSS-1. Es ergänzt das amerikanische GPS und sein russisches Pendant GLONASS, das ebenfalls vom Militär betrieben wird. Mehrere Bodenstationen in ganz Europa sollen rund um die Uhr ihre Position anhand der GPS- und GLONASS-Signale bestimmen. Gibt es Abweichungen zu dem von Geodäten auf wenige Millimeter vermessenen Ort, wird via Satellit ein Korrekturwert ausgesandt. Als Relaisstationen dienen zwei Satelliten der ESA vom Inmarsat-III-Typ, die in einem geostationären Orbit über dem Ostatlantik und dem indischen Ozean aufgehängt sind.
In einem zweiten Schritt werden über die Satelliten auch Informationen über den Zustand des GPS- und GLONASS-Netzes übermittelt. Ausfälle einzelner Satelliten oder Störungen der Satellitensignale durch Turbulenzen in der Ionosphäre sollen damit ausgeglichen werden.
Obwohl die Kombination GPS/GLONASS/EGNOS theoretisch präzise genug wäre, Flugzeuge sicher durch den Luftraum zu geleiten, hat der Satellitenmix einen Nachteil: Weil die Inmarsat-Satelliten über dem Äquator stehen – und damit weit im Süden -, erreichen die Signale Europa unter einem sehr flachen Winkel. Berge, Bäume und atmosphärische Störungen können sie abschatten oder verfälschen. GNSS-2, das zwischen 2005 und 2010 in Betrieb gehen könnte, soll ein neues Netz eigens entwickelter Navigationssatelliten sein. Als europäischer Anteil ist ENSS (European Navigation Satellite System) geplant, das voraussichtlich aus zwölf Satelliten über Europa und Afrika bestehen wird und eine Genauigkeit von unter fünf Metern ermöglicht. Die Daimler-Tochter Dasa und die Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrttechnik (DLR) entwickeln bereits erste Komponenten für ENSS, das bis zur Einsatzreife rund 2,1 Milliarden Mark kosten dürfte.
Das Vorpreschen der Deutschen bei ENSS hat nicht nur Befürworter. Ein Vertreter eines Dasa-Konkurrenzunternehmens, der nicht genannt werden möchte, sieht die Zeit für ENSS und GNSS-2 noch nicht gekommen: “Wir sollten erst GNSS-1 fertigstellen und daraus lernen, bevor wir GNSS-2 in Angriff nehmen.”
Bei einem anderen Ableger von GPS ist Deutschland führend: dem Differentiellen GPS (DGPS). Die Deutsche Flugsicherung und die Lufthansa testen diese Variante schon seit einiger Zeit erfolgreich. DGPS beruht auf demselben Prinzip wie EGNOS: Bodenstationen er-rechnen aus den GPS- und GLONASS-Signalen Korrekturwerte, die aber ohne Umwege über Satelliten direkt zum Flugzeug gefunkt werden. Versuche am Institut für Flugführung der Technischen Universität Braunschweig zeigen, daß die Positionsbestimmung sogar für einen Landeanflug der Kategorie 3 – Blindflug – ausreicht. In 600 Kilometer Entfernung zum Sender beträgt die Abweichung noch rund fünf Meter, in der Nähe des Senders – der vorzugsweise an Flughäfen installiert wird – sinkt sie bis auf wenige Zentimeter. Ein Stufenplan der Deutschen Flugsicherung sieht vor, daß ab 2002 DGPS die hauptsächliche und ab 2010 sogar die alleinige Navigations-Einrichtung sein soll. Die Flughäfen könnten dann auf die teuren herkömmlichen Leitsysteme verzichten – was für Flughäfen in der Dritten Welt spürbar weniger Kosten bedeuten würde. Bernd Müller
So funktioniert GPS Seit Ende der siebziger Jahre schießt die USA Satelliten der Navstar-Serie in den Orbit. Jeder der 24 Satelliten, die heute in 20000 Kilometer Höhe in 12 Stunden um die Erde kreisen, hat eine hochgenaue Atomuhr. Ihr Zeitsignal wird zusammen mit der Position des Satelliten über eine Antenne zur Erde gefunkt. Aus der Laufzeit von drei Signalen errechnet der GPS-Empfänger, den es mittlerweile für unter 500 Mark gibt, die Koordinaten auf 100 Meter genau.
Durch die Überschneidung von Signalen dreier Satelliten ist es für den GPS-Empfänger möglich, seinen Standort auf der Erde zu berechnen. Das Signal eines vierten Satelliten dient zur Synchronisation der Quarzuhr des Empfängers. Das Navstar-Netz ist so dicht, daß der Empfang der vier Signale immer gewährleistet ist.
Bernd Müller
