Erstes ziviles Navigationssystem

Galileo ist das erste, unter ziviler Kontrolle stehende, weltweite Satellitennavigations- und Ortungssystem, das der internationalen Zusammenarbeit offensteht und kommerziell betrieben wird. Europa erhält mit diesem unabhängigen System einen hochpräzisen, weltumspannenden Dienst.

Die ESA gewährleistet mit Galileo europäische Unabhängigkeit. Europa unterstreicht damit seine Souveränität gegenüber den beiden militärisch kontrollierten Systemen GPS (USA) und GLONASS (Russland). Im weiteren ergänzt Galileo die beiden etablierten Systeme auch. Die Verantwortlichen Europas haben grossen Wert daraufgelegt, dass Galileo nicht gegen, sondern mit GPS arbeiten wird. Das System basiert auf derselben Grundtechnologie wie GPS, ist kompatibel und bietet gemeinsam mit GPS eine weit höhere Genauigkeit und erhöhte Ausfallsicherheit.

Aus den Signalen aller empfangbaren Weltraumsystemen werden Nutzer künftig mit noch zu entwickelnden Empfängern in jeder beliebigen Kombination ihre Position bestimmen können, bietet also eine Art von «Interoperabilität». Das europäische System ermöglicht ausserdem die Echtzeitortung mit einer Genauigkeit im Meterbereich. Dies konnte bisher noch kein öffentliches System anbieten. Der entscheidende Unterschied zwischen GPS / GLONASS und Galileo liegt weniger in der Genauigkeit, als vielmehr in seiner garantierten Verfügbarkeit als echte öffentliche Dienstleistung aus Europa.

ESA Navigations-Satellit

Wie die ESA betont, bricht mit diesem Satelliten eine neue Ära in der Navigation an. Galileo wird von Galileo Industries in Ottobrunn (München) entwickelt und auch gebaut. Dieses Unternehmen wurde im Jahr 2000 eigens für diese Aufgabe gegründet. Hauptanteilseigner sind die wichtigsten europäischen Raumfahrtkonzerne wie EADS Astrium, Alcatel Alenia Space, Alcatel Espazio, Thales und Hispasat.

ESA_Galileo_IOV_Engineering_Model_Payload_Testbed_Facility_pillars

«Galileo IOV Engineering Model Payload Testbed Facility», eine komplette Navigationsnutzlast des Galileo-Satelliten in der Reinraumumgebung des Mikrowellenlabors der ESA im ESTEC-Technikzentrum in den Niederlanden.
 

Galileos trapezartige Form resultiert aus der Anpassung an den Mehrfachstartadapter der Trägerrakete. Dadurch können total acht Galileo-Satelliten (je vier in zwei Etagen) mit einer Ariane 5 ins All geschickt werden. Trägerraketen aus Russland (Sojus, Proton) oder China (Langer Marsch) können ebenfalls eingesetzt werden. Die im Orbit positionierten Satelliten sind dreiachs-stabilisiert und dadurch permanent auf die Erde ausgerichtet, nur die Solarpanele rotieren relativ zum Satellitenkörper. Dies gewährleistet die permanente Energieversorgung durch Sonnenlicht. Jeder Galileo-Satellit hat drei Nutzlast-Komponenten an Bord: hochpräzise Uhren (Timing Section), eine Signalerzeugungs-Einheit (Signal Generation Section) sowie eine Übermittlungs-Einheit (Transmit Section).

Die genauesten Weltraum-Atomuhren

Um einen Betrieb mit höchster Zuverlässigkeit zu garantieren, verfügt jeder Galileo-Satellit über vier Atomuhren für extrem genaue Zeitmessungen: je zwei Wasserstoff-Maser-Uhren sowie zwei Rubidium-Uhren. Im Regelfall liefert eine Maser-Uhr die Bordzeit, während die anderen als Backup dienen.

ESA_Hydrogen_maser_Atomuhr           ESA_Rubidium_clock

Maser-Atomuhr:                                                          Rubidum Uhr
Die genaueste Uhr für den Weltraumeinsatz


Die präzise Navigation steht und fällt mit einer sehr genauen Zeitangabe. Eine Atomuhr ist deshalb das Herz jedes modernen Navigationssystems. Diese Uhr nutzt als Zeitbasis den Übergang von Atomen zwischen verschiedenen Energieniveaus. Dazu wird ein Atom durch äussere Energiezufuhr auf ein höheres Energieniveau gehoben. Anschliessend springt es – unter Energieabgabe – wieder auf sein altes stabiles Niveau zurück. Dieses Schwingen geschieht mit einer sehr präzisen Frequenz. Jedes Atom hat dabei seine eigene charakteristische Frequenz. Man kann sie über die Energieabgabe des Atoms ermitteln und an einen Zähler weitergeben.

Für Galileo werden Maser-Uhren (microwave amplification by stimulated emission of radiation) verwendet. Diese arbeiten mit Wasserstoffatomen, die eine Frequenz von 1,420 GHz erzeugen. Die Uhr erreicht eine Abweichung von lediglich einer Sekunde in drei Millionen Jahren. Die als Backup genutzten Rubidium-Uhren basieren auf verdampftem Rubidium. Ihre «Ungenauigkeit» beläuft sich auf eine Sekunde in 760 000 Jahren. Beide Uhrentypen sind Wunderwerke der Technik. Neben einer aufwendigen Auswertelektronik werden empfindliche Sensoren sowie Vorrichtungen zur Erzeugung von Vakuum und dem Handling mit Gasen benötigt. Dabei muss die Uhr so konstruiert sein, dass sie mindestens 15 Jahre wartungsfrei unter Weltraumbedingungen arbeitet.


Die Architektur des Galileo-Systems (Web, esa)

Galileo: Daten, Dienste und Systeme (Web, esa)

GPS & GLONASS oder GPS & GALILEO gleichzeitig nutzen (Web)

e-mobile, Fachgesellschaft für energieeffiziente Mobilität (Web, Electrosuisse)

Abschaffung der Schaltsekunde, Empfehlung für Energieversorgungsunternehmen (Artikel, bulletin.ch)

Präzise Zeiten in Stromnetzen, Hochgenaue Zeitverteilung nach IEC/IEEE 61850-9-3 (Artikel, bulletin.ch)

SIMSystem: Nahtlos integriertes Mobilitätssystem (Blog)

 

Veranstaltungshinweise

 

Text+Bildquelle: ESA

 

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