Navigationstechnik

Jahrelang sagte Amerika »No!« Jetzt haben die USA eingelenkt. das europäische Satellitensystem Galileo kann in vier Jahren starten und mit dem GPS-Navigationssystem konkurrieren. Experten wissen: das zivile Galileo kann mehr als das GPS der Militärs: Es sagt uns an jedem Punkt der Erde, wo wir sind – auf den Zentimeter genau. Galileo wird unseren Alltag stärker beeinflussen, als wir es uns heute vorstellen. Dieses neue System ist nicht nur eine technische, sondern auch eine gesellschaftliche Herausforderung

Noch gut eine halbe Stunde bis zum Start des Fluges LH 454 vom Rhein-Main-Airport in Frankfurt. Durch das Cockpitfenster seiner Boeing 747-400 schaut Lufthansa-Flugkapitän und Flottenchef Norbert Wölfle, 54, auf ein plakatgroßes blaues Schild mit weißen Zeichen: »B 25« und »50° 02,8’ Nord / 8° 34,2’ Ost«. Die erste Kombination bezeichnet die Andockposition Gate B 25, die zweite die Koordinaten des Standorts – in Grad, Minuten und Sekunden der nördlichen Breite und der östlichen Länge. Diese Koordinatenwerte gibt Copilot Markus Peters als Startpunkt der 10659 Kilometer langen Reise nach San Francisco in das Navigationsgerät ein. Zu-sammen mit dem Empfänger des weltweiten Satellitennavigationssystem GPS (»Global Positioning System«) wird es die 394 Tonnen schwere Maschine mit 385 Passagieren an Bord während der kommenden zwölf Stunden zielsicher über den Großen Teich und den amerikanischen Kontinent lotsen.

Kapitän zur See Peter Pawlowsky, 54, von der Rendsburger Reederei Schlüter hat noch das Navigieren nach Sonne und Sternen mit dem Sextanten gelernt. Auch er vertraut seinen Frachter »City of Tunis« und 1700 gestapelte Container auf der Route von Hamburg nach Izmir den Funksignalen der in 20200 Kilometer Höhe kreisenden GPS-Satelliten an. Ebenso der Münchner Handelsvertreter Werner Steiner, 57: Auf seinen Verkaufstouren zu Kunden in ganz Deutschland würde er im Einbahnstraßendschungel der Großstädte viel Zeit verlieren, wenn seine Limousine nicht über die GPS-Navigation verfügte.

Es waren die amerikanischen Militärs, die 1978 den ersten Satelliten als Navigator für ihre Raketen, Bomber und Schiffe nach den Plänen des Wissenschaftlers Ivan A. Getting (1912 – 2003) ins All schickten. Inzwischen haben sie einen Gürtel von 24 Satelliten rund um den Globus gelegt – das GPS-Netz. Dessen Signale können seit 1993 von jedermann empfangen und genutzt werden. Das führte in den letzten Jahren zu einem wahren GPS-Boom. Kosteten die Empfangsgeräte fürs Auto anfangs noch gut 8000 Mark, sind solche Systeme heute für weniger als 400 Euro erhältlich. Mit sinkenden Preisen steigt die Zahl der Anwender und der Angebote. Letzter Schrei sind die faustgroßen GPS-Displays, die man am Handgelenk trägt: Sie werden von einer spleenigen Fangemeinde für ausgeflippte Schatzsuchspiele verwendet, sie weisen Wanderern den Weg oder geben Golfspielern die Entfernung zum nächsten Loch an.

Die Begeisterung über GPS ist allerdings nicht ungetrübt. Vor allem dann, wenn die Signale zu ungenau sind oder gar nicht empfangen werden können. Schuld daran sind die US-Militärs: Sie stören ihr eigenes System immer dann, wenn die USA in kriegerische Aktionen verwickelt sind. Um Gegnern keine Orientierungshilfe zu liefern, steigen Awacs-Flugzeuge auf und senden starke Störwellen aus, die sich wie ein Schirm über bestimmte Gebiete legen, in denen dann keine auswertbaren Signale mehr von der GPS-Antenne zu empfangen sind. So waren zum Beispiel während des Kosovo-Kriegs die Satellitensignale im Adriaraum von einem Rauschen überdeckt. Hochwertige und fest eingebaute Navigationssysteme im Automobil stört das allerdings weniger, denn sie können die richtige Route auch auf Grund der Daten von Radsensoren im Fahrzeug berechnen; diese Technik ist bereits so autark und genau, dass nur noch wenige Male pro Stunde Satellitensignale für die Positionsbestimmung notwendig sind.

Mit steigender Beliebtheit des GPS hat sich bei den Europäern das Gefühl einer Abhängigkeit vom Alleinanbieter USA breit gemacht. Deshalb will die EU jetzt ein eigenes ziviles Satellitennavigationssystem aufbauen: ein emanzipatorischer Coup – aber auch ein ökonomischer. Denn Satellitennavigation ist ein gigantisches Geschäft. Allein die Gerätebauer und Anwenderfirmen, die GPS-Empfänger für die verschiedensten Nutzungen liefern, erwirtschaften jährlich einen weltweiten Umsatz von acht Milliarden Dollar. Die amerikanische Luftfahrtbehörde FAA geht davon aus, dass sich diese Summe in den nächsten zwei bis drei Jahren noch verdoppeln wird. Für ein europäisches System beziffert das renommierte Trendforschungsinstitut »Pricewaterhouse Coopers« den Gesamt-umsatz in den ersten vier Jahren nach dem Start mit knapp 19 Milliarden Euro. Bis 2020 rechnet eine Studie der EU-Kommission mit volkswirtschaftlichen Erträgen von 74 Milliarden Euro. Die Politiker erwarten außerdem, dass ein eigenes eu-ropäisches Navigationssystem die Jobmaschine anwirft: Über 100000 neue Arbeitsplätze würden entstehen – unter anderem bei Gerätebauern und bei Nutzern wie Landkartenherstellern, Airlines und, und, und. Um diese gigantischen Zahlen zu erreichen, muss das System vor Ende dieses Jahrzehnts in Betrieb ge-hen. Nur dann, so die Experten, kann sich Europa frühzeitig einen großen Marktanteil si-chern, bevor 2012 das verbesserte amerikanische GPS III einsatzfähig ist.

Unter diesem Zeitdruck haben die Europäische Union und die Europäische Raumfahrtagentur ESA bereits 1994 ihr bisher einziges, aber auch enorm aufwändiges Gemeinschaftsprojekt gestartet und ihm den Namen »Galileo« gegeben. (Nicht zu verwechseln mit der amerikanisch-europäischen Raumsonde Galileo, die im letzten September nach einer 14-jährigen Forschungsreise mit einem gezielten Absturz in der Atmosphäre des Jupiters verglühte.) Jetzt nimmt das Satellitenprojekt konkrete Formen an: 2008 sollen 30 europäische Satelliten in 23616 Meter Höhe kreisen und mit ihren Funksignalen jeden Punkt der Erde erreichen. Auf drei verschiedenen Bahnen umrunden im 14-Stunden-Takt jeweils zehn Satelliten den Erdtrabanten; die Bahnen verlaufen in einem Inklinationswinkel (Neigungswinkel) von 56 Grad zum Äquator. Jeder dieser künstlichen Himmelskörper ist rund 700 Kilogramm schwer und mit Solarsegeln bestückt, die 1500 Watt an elekt-rischer Energie erzeugen. Die hohe Zahl von Satelliten (sechs mehr als beim GPS), die Lage der Umlaufbahnen sowie deren Neigung zur Erdoberfläche stellen nach den Berechnungen der ESA sicher, dass überall und zu jeder Zeit die Daten von mindestens vier Satelliten gleichzeitig empfangen werden können. An manchen Stellen sollen gar sechs bis acht Himmelskörper in Sichtweite sein, sodass eine noch exaktere Standortbestimmung als mit GPS möglich wird – mit zusätzlichen Hilfsmitteln vom Boden aus –, bis auf den Zentimeter genau.

Die Satelliten sind mit je vier hochpräzisen Atomuhren be-stückt, die permanent ein Funksignal aussenden. »Man darf sich den Signalgeber nicht wie eine Uhr vorstellen, die die Zeit an-zeigt«, erläutert Projektmanager Alexander Mager von »Galileo Industries«, veranwortlich für die Geschäftsentwicklung und Strategie des europäischen Systems. »Vielmehr tickt sie gleichmäßig – tock, tock, tock – wie ein Metronom.« Dieses Signal ist auf die milliardstel Sekunde genau und kommt mit Lichtgeschwindigkeit (rund 300000 Kilometer pro Sekunde) beim Empfänger auf der Erde an. Da-bei haben die elektromagnetischen Wellen unterschiedlicher Satelliten auch unterschiedlich lange Wege zurückzulegen – je nachdem, wie weit der Empfänger von den Satelliten entfernt ist. Ein längerer Weg bedeutet, dass das Signal später ankommt, wobei die »Verspätung« sich im Nanosekundenbereich abspielt: Pro 30 Zentimeter mehr Wegstrecke trifft das Signal eine Nanosekunde (den milliardsten Teil einer Sekunde) später ein. Aus den Zeitdifferenzen der verschiedenen Signale kann der Empfänger die Entfernung zu den Satelliten berechnen – sind mindestens drei Himmelskörper im Spiel, lässt sie sich auf der Erdoberfläche exakt bestimmen.

Um die Präzision der Galileo-Atomuhren zu überwachen, werden rund um den Globus knapp 30 so genannte Sensorstationen installiert, die die Funkzeichen aufnehmen und über die Kont-rollzentren, das »Gehirn« des Systems, an Uplink-Stationen weiterleiten. In den Kontrollzent-ren legt man die Signale aller 30 Satelliten per Computer übereinander – wenn sie nicht deckungsgleich sind, wird nachjustiert. »Dabei können wir die Uhren im Satelliten allerdings nicht einfach vor- oder nachstellen«, sagt Mager. »Vielmehr wird ein Korrektursignal über die Uplink-Station zu dem fehllaufenden Satelliten gesendet, dessen Funksignal auf diesem Weg mit den ›richtig gehenden Uhren‹ synchronisiert wird.« Die Überwachung und Wartung des Galileo-Systems vom Boden aus ist sehr teuer: 220 Millionen Euro jährlich. In diese Summe eingerechnet sind bereits die Kosten für den Ersatz von Satelliten. Rund 15 Jahre beträgt die Lebensdauer eines Trabanten – dann ist der mitgeführte Treibstoff für die Bordraketen verbraucht, mit denen Kursabweichungen korrigiert werden.

Aber die laufenden Unterhaltskosten sind nur ein Posten in einer gigantischen Rechnung. Insgesamt soll das komplette Programm 3,5 Milliarden Euro kosten. 1,1 Milliarden Euro davon werden in die erste Phase, die so genannte In Orbit Verification (IOV), investiert – von EU und ESA zu gleichen Teilen. IOV soll bis Ende 2006 den Beweis erbringen, dass Galileo das leisten kann, was sich die Ingenieure versprechen. Dazu werden fünf Satelliten von der europäischen Ariane-Rakete beziehungsweise der russische Sojus-Rakete in ihre Umlaufbahnen geschickt; der erste von ihnen, der 73 Millionen Euro teure GSTB V2, ist beim deutsch-französisch-britischen Raumfahrtkonzern »EADS-Astrium« in Ottobrunn bei München zurzeit im Bau. Ebenfalls bereits Ende nächsten Jahres wird ein kleiner Testsatellit der britischen Firma »Surrey Satellite Technology« (Kosten: 27 Millionen Euro) vom »Kosmodrom« Baikonur in Kasachstan mit einer russischen Sojus-Rakete ins All geschossen. Die Aufgabe sowohl des GSTB V2 als auch des Surrey-Satelliten ist es, die Satelliten mit den ge-nehmigten Galileo-Frequenzen zu belegen und die Signalgebung zu testen. Die Frequenzen, auf denen die Signale später gesendet werden, vergibt die Internationale Fernmeldeunion ITU in Genf an Staaten oder Staatengruppen. Sie achtet auch peinlich darauf, dass die Wellenlängen wirklich genutzt werden – sonst verfällt die Zuweisung, und die Frequenz wird an andere vergeben.

Mit Ende der IOV-Phase muss auch ein Teil der Bodeninfrastruktur stehen, damit ein erster Probebetrieb anlaufen kann.

In der zweiten Phase bis 2008, der so genannten Full Operational Capacity (FOC), wird Galileo auf seine volle Kapazität hochgefahren. Nach und nach werden die 26 restlichen Galileo-Satelliten voraussichtlich mit der Ariane 5 ECA oder Sojus-Rakete in ihre Umlaufbahn geschossen. Die Ariane 5 ECA ist die leis-tungsstärkere Nachfolgerin der 10-Tonnen-Ariane, die bei ihrem Jungfernflug im Dezember 2002 abstürzte. Sie kann acht Galileo-Satelliten gleichzeitig in den Orbit befördern.

Die FOC-Phase wird den Löwenanteil der 3,5 Milliarden Euro Gesamtkosten verschlingen: 2,4 Milliarden. Zwei Drittel der Summe sollen von der Industrie kommen; der Rest sind Steuergelder, aber nicht nur von der EU: Indien und China wollen sich mit 350 bzw. 240 Millionen Euro beteiligen; weitere Länder wie Japan, Südkorea, Australien, Brasilien und auch Russland zeigen Interesse. Zwar verfügen die ehemals sowjetischen Militärs über ihr eigenes GLONASS-Navigationssystem. Aber laut Expertenmeinung ist es sehr ungenau, unzuverlässig und total überaltert.

Die Verhandlungen mit drei industriellen Konsortien als Geldgeber und Betreiber von Galileo sind bereits im entscheidenden Stadium, nachdem bereits ein Bewerber ausgeschieden ist. Wer immer das europäische System letztlich finanzieren und betreiben wird: Er muss durch eine betriebswirtschaftliche Kalkulation dafür sorgen, dass den enormen Kosten entsprechende Einnahmen gegenüberstehen. Damit diese sprudeln, wird ein Teil der Galileo-Signale kommerziell genutzt – indem Nutzer wie die Deutsche Bahn, die Post, die Airlines, Speditionen oder die Schiffahrt Gebühren für verschlüsselte spezielle Dienste und Signale bezahlen.

Die Bahn beispielsweise profitiert von Galileo, wenn sie ihre Güterwagen mit Sendechips ausrüstet: Dann ist jeder Waggon in dem gigantischen Schienennetz jederzeit und überall zu orten. Ebenso kann der gesamte Containerverkehr zu Lande und zu Wasser überwacht werden – Irrläufer sind dann ausgeschlossen. Der Schiffskapitän erfährt durch die Galileo-Ortung, wenn im schweren Sturm die Ladung zu verrutschen droht, und kann entsprechend reagieren. Im Hafen kann der Lademeister auf der Containerbrücke die wetterfesten Stahlkisten selbst bei dichtestem Nebel zentimetergenau stapeln. Und natürlich wäre das Mautsystem Toll Collect nicht in ein solches Desaster geschlittert, hätten die Betreiber schon das im Vergleich mit GPS viel genauere und stabilere Galileo-Signal einsetzen können. Eine weitere Einnahmequelle liegt in den Lizenzen für die Galileo-Chips: So würde ein in einem Handy integrierter Chip es nur um einen geringen Betrag verteuern.

Wie das GPS wird auch Ga-lileo neben dem kommerziellen Signal ein »offenes« Signal kostenfrei für jedermann anbieten. Dieses »Open Signal« (OS) soll eine so hohe Feldstärke haben, dass es sogar in geschlossenen Räumen und in Straßentunneln – außer unter Kanälen oder Bergen – empfangen werden kann. GPS steigt hier regelmäßig aus. Ein weiteres Signal ist für die hoheitlichen Dienste reserviert: Militär, Polizei, Bundesgrenzschutz und andere staatliche Stellen. Das Signal für diesen »Public Regulated Service« (PRS) ist besonders stark und wird verschlüsselt abgestrahlt, sodass es weder gestört noch von Unberechtigten genutzt werden kann.

Nach Schätzungen des Luft- und Raumfahrtkonzerns EADS werden in gut zehn Jahren weltweit 1,5 Milliarden Menschen Galileo-Nutzer sein. Dabei wird die private Anwendung des offenen Signals eine zunehmende Rolle spielen – unter anderem wegen seiner hohen »Zielgenauigkeit«: Der Galileo-Navigator am Armband wird ebenso alltäglich werden wie das Handy mit Galileo-Empfangschip. Alexander Mager: »In fünf, sechs Jahren werden wir so selbstverständlich unseren Standort kennen und angeben, wie wir heute auf der Armbanduhr die Uhrzeit ablesen.« Dann könnte die Verabredung zum Blinddate nicht mehr altmodisch-romantisch lauten: »Ich stehe am Kleist-Denkmal mit roter Rose«, sondern: »Wir treffen uns 52° 20’ 40’’ Nord / 14° 33’ 22’’ Ost.« (Für die Fans der Satellitennavigation: Diese Koordinaten beschreiben exakt einen realen Punkt in Europa. Auflösung auf der Homepage von P.M.: www.pm-magazin.de).

Visonäre sehen voraus, dass auch ganz neue Dienste ins Galileo-Handy eingespielt werden. Wenn man zum Beispiel am Kino vorbeiflaniert und das Mobiltelefon eingeschaltet ist, erscheinen die Anfangszeiten der Filme samt den reduzierten Preisen für Restkarten auf dem Display. Ebenso lassen sich die Sonntagsdienste von Apotheken, die in Bereitschaft stehenden Ärzte oder Krankenhäuser in der Umgebung abrufen. Um das Handy fit für diese Aufgaben zu machen, arbeitet das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) in Erlangen an einem Chip, mit dem sowohl die GPS- als auch die Galileo-Signale zu empfangen sind – diese Kombination wäre unschlagbar genau.

Da die Chips immer kleiner werden und immer leichter zu integrieren sind, könnten sie und damit Galileo schon bald in so ziemlich allen Endgeräten Platz finden – im Handy und im Auto-navigationsgerät ebenso wie zum Beispiel im Personal Digital As-sistent (PDA) oder im mobilen Laptop.

Wenn wir aber immer häufiger unseren augenblicklichen Standort via Satellit kommunizieren, werden wir auch immer leichter zu »finden« sein – wenn wir es wollen und auf »Empfang« geschaltet haben. Dann kann jede unserer Bewegungen kontrolliert werden – wie bei einem Strafgefangenen auf Freigang, dessen »Personal-Locator« am Fuß seinen Standort mitteilt. Oder wie bei einigen arabischen Prinzen, die sich – so munkelt man – aus Angst vor Entführungen einen Ortungschip ins eigene Fleisch haben implantieren lassen.
Eines steht fest: Die Signale aus dem All werden unser Leben revolutionieren – und von fern winkt George Orwells im Roman »1984« formulierte Horrorvision vom Überwachungsstaat. So betrachtet ist das Galileo-Projekt für das alte Europa nicht nur technisch eine der größten Herausforderungen.