Die Entwicklung der GPS-Satelliten und ihre heutige Nutzung
Die Entwicklung der GPS-Satelliten und ihre heutige Nutzung
Vor dreiundsechzig Jahren, am Freitag, dem 4. Oktober 1957, begann das Raumfahrtzeitalter – und fast jeder, der heute lebt, ist ein Nachkomme davon. Die Sowjetunion schickte eine glänzende, metallene, strandballgroße Kugel in die Umlaufbahn. Sputnik piepte 21 Tage lang jede Sekunde, bevor er verstummte. Seine Pieptöne waren auf der ganzen Welt zu hören. Mithilfe des Dopplereffekts konnte man feststellen, ob sich der winzige Satellit auf einen zu oder von einem weg bewegte. Die Wissenschaftler konnten die genaue Position des Satelliten bestimmen, indem sie ihn in einem einzigen Vorbeiflug beobachteten, und stellten fest, dass dies auch umgekehrt möglich war. Der unbekannte Standort eines irdischen Beobachters konnte von der bekannten Umlaufbahn eines einzelnen Satelliten abgeleitet werden. Aus dieser Idee entwickelte sich das erste Satellitennavigationssystem.
Im Jahr 1964 wurde das Navy Navigation Satellite System (NNSS) in Betrieb genommen. Das streng geheime System mit der Bezeichnung Transit wurde zur Unterstützung der U-Boot-Flotte mit ballistischen Raketen vom Typ Polaris gebaut. Es arbeitete mit einer kleinen Konstellation von weniger als fünf Satelliten in einer polaren Umlaufbahn. Bei so wenigen Satelliten in der Umlaufbahn konnte es mehr als eine Stunde dauern, um eine Positionsbestimmung vorzunehmen. Mit speziell verschlüsselten Signalen konnte eine Genauigkeit von zwanzig Metern erreicht werden, aber diese waren auf U-Boote beschränkt. Alle anderen Nutzer von Transit konnten nur eine Genauigkeit von 200 Metern erreichen.
Die Genauigkeit war eine Herausforderung. Das Problem wurde auf dieselbe Weise gelöst wie 300 Jahre zuvor das Chronometer von John Harrison, indem Vergangenheit und Gegenwart miteinander verknüpft wurden. Eine genauere Ortung erforderte eine genauere Zeitmessung (siehe geospatial-solutions.com/from-the-great-pyramids-to-gis-gps/). Das Problem wurde durch zwei Timation-Satelliten gelöst, die 1967 und 1969 gestartet wurden, um ein Zeitreferenzsignal zu senden. Bei den Timation-Satelliten handelte es sich im Wesentlichen um weltraumgestützte Zeitmessgeräte.
Timation verbesserte die Ortungsgenauigkeit, auch wenn es Stunden dauerte, bis eine Genauigkeit von unter einem Meter erreicht war. Das System erwies sich als erfolgreich, so dass Transit ab 1967 auch für nicht-militärische Nutzer, wie z. B. Vermessungsingenieure, verfügbar wurde. Tatsächlich ist heute jeder, der jemals mit einem Referenzsystem gearbeitet hat, mit dem WGS 84 vertraut, das ursprünglich auf “Doppler-Vermessungsempfängern”, den so genannten Georeceivern, basierte, die sich auf die Messungen des Transit-Systems bezogen. Transit war auch unter dem Namen NavSat bekannt, als es in größerem Umfang für zivile Zwecke wie die Handelsschifffahrt eingesetzt wurde.
1973 versuchte das Verteidigungsministerium, den Erfolg von Transit (NNSS) und Timation in einem einzigen Satellitensystem zu vereinen, das sich zum NavStar-Global Positioning System entwickelte. Die ersten Starts begannen 1978 und erreichten 1993 eine vollständige Konstellation von 24 GPS-Satelliten. Seitdem haben Russland, Europa, China, Indien und Japan ihre eigenen Konstellationen aufgebaut. All diese Systeme bilden zusammen mit GPS das globale Satellitennavigationssystem (GNSS), das insgesamt mehr als 120 Satelliten umfasst.
In Anerkennung des anhaltenden Erfolgs und der positiven globalen Auswirkungen von GPS wurde im Februar 2019 der Queen Elizabeth Award for Engineering an vier der Hauptentwickler des GPS-Programms für ihren Beitrag zur Welt verliehen. Diese vier Herren sind “Engineering Stars”. Am 12. Februar dieses Jahres unterzeichnete Präsident Trump eine Durchführungsverordnung, die den Wert von Position, Navigation und Zeitmessung (PNT) als unsichtbare Infrastruktur der modernen Gesellschaft anerkennt. Und am 1. Juli hielt Kapitän “Sully” Sullenberger eine Rede vor dem Beirat für weltraumgestütztes PNT, in der er darauf hinwies, dass GPS zu einem universellen Bestandteil aller Facetten unseres Lebens geworden ist, einschließlich Finanztransaktionen, Transport, Landwirtschaft, Rettungseinsätze, Vermessung und Bauwesen.
Die GPS-Satelliten sind unsere eigene Konstellation, und jeder von ihnen sollte zu Ehren eines Wissenschaftlers oder Ingenieurs benannt werden, der an der Konzeption und Entwicklung der Programme Transit, Timation und GPS mitgewirkt hat; auch wenn die früheren Systeme nicht mehr existieren, sollte ihr Erbe lange in Erinnerung bleiben.
Seit den Anfängen des Kalten Krieges, als vor 63 Jahren ein zirpender Strandball durch den Weltraum flog, bereichern heute mehr als 2 600 Satelliten unser irdisches Leben und sorgen für bessere Kommunikation, Ortung und Verständigung. Wir alle sind Kinder der Sterne, wenn auch Sterne, die wir selbst geschaffen haben.