Eine kurze Geschichte der GPS-Entwicklung
Eine kurze Geschichte der GPS-Entwicklung
Heutzutage vollzieht sich der technologische Fortschritt scheinbar im Handumdrehen. Für uns Menschen ist die Technologie, die unser tägliches Leben beeinflusst, eine Selbstverständlichkeit. Ich erinnere mich noch daran, wie ich die Original-Star-Trek-Serie im Fernsehen sah und über die Kommunikationsgeräte staunte, die sie benutzten. Heute sind Klapphandys eine Antiquität aus dem späten 20. Als Kind sah ich einmal ein Foto von einem Computer, der fast einen ganzen Raum einnahm. Heute passen sie in unsere Taschen. Als ich bei den Pfadfindern anfing, bedeutete Navigation, einen Kompass und eine Karte zu haben und einen Sinn für Abenteuer. Die heutige Navigation, die auf Funksignalen von in der Umlaufbahn kreisenden Satelliten basiert, bietet vielen von uns den Luxus, dass sie mit einem Fingertipp auf den Bildschirm wissen, wo sie sind und wie sie an ihr Ziel kommen. Der Weg zu dieser Fähigkeit war jedoch lang.
Als die Sowjets im Oktober 1957 den Sputnik ins All schossen, kamen Physiker und Wissenschaftler des Applied Physics Laboratory der John Hopkins University, die das “Piep, piep, piep” des Satellitensignals hörten, auf die Idee, die Dopplerverschiebung, d. h. die zeitliche Veränderung des Satellitensignals zur Bestimmung der Position des Fahrzeugs in der Umlaufbahn, in einem umgekehrten Prozess zur Bestimmung der genauen Position auf der Erde zu nutzen. Die Funkpeilung gab es bereits seit dem Zweiten Weltkrieg. Sie lieferte jedoch nur eine zweidimensionale Positionsbestimmung. Als die Air Force an der Entwicklung von ballistischen Interkontinentalraketen arbeitete, wurde der Bedarf an einem dreidimensionalen Ortungs- und Leitsystem für diese Raketen offensichtlich.
Das Naval Research Laboratory experimentierte bereits seit 1960 mit Ortungssatelliten, als es den ersten seiner Transit-Satelliten startete. Diese Satelliten nutzten das am Advanced Physics Laboratory entwickelte Konzept, um Schiffe und U-Boote der Marine mit zweidimensionalen Positionsdaten (Längen- und Breitengrad) zu versorgen. Diese Fähigkeit wurde auch der kommerziellen Schifffahrt zur Verfügung gestellt. Der Satellit enthielt jedoch kein Zeitsignal. Im Jahr 1964 startete die Marine den ersten ihrer Zeit- und Navigationssatelliten (TIMATION). TIMATION zeigte, dass der Einsatz passiver Entfernungsmessverfahren mit hochgenauen Uhren die Grundlage für ein revolutionäres neues Satellitennavigationssystem mit dreidimensionaler Abdeckung bilden könnte. Auch die US-Armee experimentierte mit der Satellitenortung und entwickelte den Satelliten Sequential Collation of Range. Dieses kleine geodätische Satellitensystem arbeitete mit drei festen Stationen und einer vierten Station am zu bestimmenden Ort. Das SECOR-Satellitenprogramm ging TIMATION voraus und lieferte zusätzliches Wissen und Technologien, die bei der Entwicklung des Global Positioning System zum Einsatz kamen.
Auch die Luftwaffe begann mit der Entwicklung eines weltraumgestützten Funknavigationssystems, das schließlich als Programm 621B bezeichnet wurde. Schließlich wurden das TIMATION-Programm der Marine und das Programm 621B der Luftwaffe zusammengelegt und zum Navigationssatellitenprogramm für Zeitmessung und Entfernungsmessung (Navigation Satellite Timing and Ranging) zusammengefasst, wobei die Luftwaffe als ausführende Stelle fungierte. Der TIMATIOJN-3-Satellit der Marine war der erste Start im Rahmen des NAVSTAR-Programms, trug aber nicht den Namen Global Positioning System. Stattdessen wurde der Satellit als Navigation Technology Satellite (NTS) – 1 bezeichnet und am 7. Juli 1974 gestartet. Der Satellit war fünf Jahre lang in Betrieb. Nach einem zweiten NTS-Start am 23. Juni 1977 erfolgte der erste NAVSTAR-GPS-Start am 22. Februar 1978 von der Vandenberg AFB in Kalifornien. In den folgenden sieben Jahren startete die Air Force erfolgreich zehn GPS-Satelliten, die von der Vandenberg Air AFB aus gesteuert wurden.
Am 26. September 1985 wurde die Falcon Air Force Station eröffnet, und das 2d Space Wing begann mit der mühsamen Planung und Vorbereitung der offiziellen Eröffnung des Consolidated Space Operations Center, von dem aus viele der Satelliten des Verteidigungsministeriums, darunter auch das Global Positioning System, betrieben werden sollten. Vier Jahre später, am 14. Februar 1989, startete die Luftwaffe den ersten der einsatzfähigen Block-II-Satelliten, und bis zum Jahresende ging die Kontrolle der GPS-Satelliten im Orbit auf die 2. Satelliten-Kontrollstaffel (jetzt 2. Raumfahrt-Operationsstaffel) über. Innerhalb eines Jahres waren die Staffel und ihre GPS-Crews gefordert, als die Vereinigten Staaten und ihre Koalitionspartner die Operation DESERT SHIELD, die Verteidigung Saudi-Arabiens, einleiteten.
Bis zum 2. August 1990, dem Tag, an dem die irakischen Streitkräfte die Grenze überschritten und mit der Besetzung Kuwaits begannen, hatte die Luftwaffe acht einsatzbereite Block-II-GPS-Satelliten in die Umlaufbahn gebracht, während acht weitere Block-I-Satelliten noch in der Entwicklung waren. Dies entsprach nur drei Vierteln der geplanten operativen Konstellation von 24 Satelliten. Während Desert Shield fortgesetzt wurde und die Koalitionsstreitkräfte sich auf eine wahrscheinliche Aktion zur Vertreibung irakischer Militäreinheiten aus Kuwait (Desert Storm) vorbereiteten, beschleunigte die Air Force den Zeitplan für den Start von GPS-Satelliten und brachte im Oktober und November 1990 jeweils einen Satelliten in die Umlaufbahn. Die Besatzungen der 1. Raumfahrtkontrollstaffel schlossen die frühen Umlaufbahn- und Check-out-Verfahren rasch ab und nahmen die Satelliten in Rekordzeit in Betrieb, bevor sie sie für den täglichen Betrieb an die 2 SCS übergaben. Die 1 SCS (später umbenannt in 1st Space Operations Squadron) war bis 2008 für den Start, die frühe Umlaufbahn, die Behebung von Anomalien und die Beendigung des Betriebs der GPS-Konstellation zuständig.
Obwohl die GPS-Konstellation erst in vier Jahren voll einsatzfähig sein würde, hatten die US-Militäreinheiten damit begonnen, die GPS-Fähigkeit in ihre Streitkräfte zu integrieren. Dieser Prozess verlief jedoch nur langsam, und viele Einsatzkräfte verfügten nicht über GPS-Fähigkeiten. Heereseinheiten sowie einzelne Soldaten und Marinesoldaten kauften kommerzielle GPS-Empfänger, insbesondere den kleinen, leichten GPs-Empfänger (SLGR) und den Trimble 1000M, um sie auf ihren Fahrzeugen zu montieren. Die Einheiten der Luftwaffe kauften in aller Eile GPS-Geräte, um die Genauigkeit ihrer Bomben, Raketen und Flugkörper zu verbessern. Auf der Schriever AFB entwickelten die Besatzungen des 1 SCS und des 2 SCS ein Verfahren, mit dem ein fehlerhaft arbeitender Satellit wieder in einen eingeschränkten Betriebszustand versetzt werden konnte, um die GPS-Genauigkeit im Einsatzgebiet zu verbessern.
Die Luftkampagne für den Wüstensturm begann am Morgen des 17. Januar 1991. Für viele Daheimgebliebene verdeutlichten die Bilder von Raketen, die in Gebäudeschächte und Fenster einschlugen, die Tödlichkeit und Präzision von GPS-gesteuerter Munition.
Geschichte der GPS-Satelliten und der kommerziellen GPS-Ortung
Geschichte der GPS-Satelliten und der kommerziellen GPS-Ortung
Navigation, Flottenverfolgung, Luftfahrt und Notfallmaßnahmen – GPS unterstützt all diese Funktionen. Das Global Positioning System (GPS) ist ein Ortungs-, Navigations- und Zeitgebungsdienst, der auf einer Satellitenkonstellation basiert, die sich im Besitz der USA befindet und weltweit von Kontrollstationen verwaltet wird.
Bei seiner Einführung war das GPS nur dem Militär vorbehalten, heute ist es für jedermann zugänglich, und das schon seit einiger Zeit. Aufgrund seiner weiten Verbreitung ist die GPS-Technologie heute ein fester Bestandteil unseres täglichen Lebens. Ob im Auto zur Verkehrslenkung oder auf dem Smartphone für genauere und individuellere Suchergebnisse im Internet – GPS ist eine Technologie, an die wir uns so sehr gewöhnt haben, dass wir sie oft als selbstverständlich ansehen.
Insgesamt gibt es in der GPS-Konstellation mindestens 24 einsatzbereite Satelliten und 3-5 zusätzliche Satelliten in Reserve, die bei Bedarf aktiviert werden können. Laut GPS.gov gibt es ab Mai 2020 29 betriebsbereite Satelliten. Die Satelliten umkreisen die Erde zweimal täglich in einer Höhe von 20.200 km (12.550 Meilen). Die US-Luftwaffe überwacht und verwaltet das System und hat sich verpflichtet, zu 95 % der Zeit mindestens 24 Satelliten zur Verfügung zu haben.
Geschichte des Global Positioning System (GPS)
Die Ursprünge des GPS gehen auf den Kalten Krieg zurück, als die Sowjetunion den Satelliten Sputnik I startete und damit den Wettlauf ins All einläutete. Was als Methode zur Erforschung der Erde aus dem Weltraum begann, entwickelte sich schnell zu einer universellen Technologie, die von fast allen Ländern der Welt genutzt wird.
Einer der wichtigsten Meilensteine war die Beendigung der selektiven Verfügbarkeit (Selective Availability, SA) im Jahr 2000, die der Zivilbevölkerung den Zugang zu präziseren GPS-Messungen ermöglichte und die Tür zu neuen technologischen Fortschritten öffnete.
Der Aufstieg der kommerziellen GPS-Ortung
Erst in den späten 1980er Jahren wurde die kommerzielle GPS-Technologie zur Realität. Der erste tragbare GPS-Empfänger, der für Verbraucher entwickelt wurde, stammte vom Unternehmen für elektronische Navigation Magellan. Das erste Gerät, der NAV 1000, wog 1,5 Pfund, hatte einen stolzen Preis von 3.000 Dollar und konnte nur ein paar Stunden am Stück mit Batteriebetrieb laufen. Damals bedeuteten die hohen Kosten der Satellitennavigation, dass sich außer dem Militär nur Fracht-, Liefer- und ausgewählte andere Unternehmen den Einsatz von Systemen leisten konnten.
Als sich die GPS-Genauigkeit verbesserte, begannen viele verschiedene Branchen, die Vorteile der verfügbaren GPS-Technologie zu nutzen. Heutzutage ist die tragbare GPS-Ortung viel erschwinglicher. Die heutigen GPS-Tracker sind leicht, passen oft in die Handfläche (man denke nur an Handys) und verfügen im Vergleich zu den ursprünglichen Geräten über eine viel breitere Palette von Funktionen.
So ist GPS beispielsweise für das Fuhrparkmanagement unverzichtbar, insbesondere für die Verfolgung des Fahrzeugstandorts und des Fahrverhaltens mit Hilfe der Telematik, sowie für die Routenplanung und Disposition.
GPS heute und morgen
Da die Möglichkeiten der Technologie immer weiter ausgebaut werden, kann man sich nur vorstellen, wie die GPS-Technologie in Zukunft aussehen wird. Physische Karten zu benutzen oder Fremde nach dem Weg zu fragen, gehört der Vergangenheit an.
Neue Navigationssysteme werden Unternehmen und Behörden auf der ganzen Welt unterstützen. Heute umfasst das Globale Navigationssatellitensystem (GNSS) GPS, das russische GLONASS, das Galileo der Europäischen Union und das chinesische Beidou-Navigations-Satellitensystem, wobei weitere Länder an eigenen GPS-Navigationslösungen arbeiten.
Die US-Regierung arbeitet bereits an der Einführung einer neuen Ära von GPS-Satelliten, den GPS-III-Modellen, deren dritter Satellit im Jahr 2020 starten soll. Das neue GPS-III-Satellitensystem soll bis 2023 voll einsatzfähig sein.