SIEMENS

Bis zur Geburtsstunde müssen sich die „Väter“ noch etwas gedulden. Dennoch blicken die Wissenschaftler der DLR Gesellschaft für Raumfahrtanwendungen mbH im Kontrollzentrum des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt im bayerischen Oberpfaffenhofen immer mal wieder auf einen Bildschirm: Dort läuft schon jetzt der Countdown bis zum Start der ersten Trägerrakete Ende 2011. Dann sollen vom Raumfahrtbahnhof Kourou in Französisch-Guayana aus die ersten beiden Satelliten des neuen europäischen Satellitennavigationssystems Galileo ins All geschickt werden – bislang waren nur zwei Testsatelliten in den Jahren 2005 und 2008 gestartet worden. Das zivile System, Konkurrent und Ergänzung des 25 Jahre alten GPS, wurde von der ESA geplant und von der Europäischen Union finanziert. Bis 2014 sollen mindestens 18 Galileo-Satelliten positioniert sein – dann ist das System einsatzbereit.

Auch Wissenschaftler und Ingenieure von Siemens haben sich mit der neuen Navigationstechnologie auseinandergesetzt. Beispielsweise haben sie bei Siemens Space in Wien das Herz des Satellitensystems unter die Lupe genommen – die Atomuhren, mit deren Hilfe das Navigationssignal erzeugt wird. Bei der Division Mobility in Erlangen wiederum werden Konzepte entwickelt, wie das Signal mit bestehenden Technologien kombiniert werden kann, um gänzlich neue Lösungen für den Verkehrssektor zu kreieren.

30 Satelliten. In Oberpfaffenhofen blickt man von einer Empore durch dicke Glasscheiben ins Satellitenkontrollzentrum hinab. Von hier aus werden schon bald die ersten Galileo-Satelliten am Himmel dirigiert. „Wir haben den beiden fast fertigen Satelliten, die in Italien zusammengebaut werden, bereits zum Test erste Befehle via Funk erteilt“, sagt Walter Päffgen, Leiter des Kontrollzentrums. „Etwa dass der Satellit eine Steuerungsdüse zur Lageregelung aktivieren soll.“ Hier ist man also bereit für Galileo, in jeglicher Hinsicht: Denn die Festlegung der drei Bahnen, in denen die 30 Satelliten des europäischen Navigationssystems letztlich die Erde umkreisen werden, ist abgeschlossen. In einer Höhe von 23.200 Kilometern werden sie bei einer Neigung von 56 Grad gegenüber dem Äquator ihre Kreise ziehen. So ist gewährleistet, dass immer mindestens acht Satelliten gleichzeitig den Empfänger mit Informationen versorgen, und das sogar an den Erdpolen.

Ein wesentlicher Vorteil von Galileo ist die Genauigkeit. Zum ersten Mal fliegt auf einem Navigationssatelliten eine so genannte passive Wasserstoff-Maser-Uhr mit, die in drei Millionen Jahren nur um eine Sekunde falsch geht. Das ist wichtig, weil auf diesem Zeitsignal die eigentliche Satellitennavigation basiert. Das Signal wird vom Satelliten zum Boden gesendet. Dort vergleicht der Empfänger – etwa ein Navigationsgerät im Auto – seine Uhrzeit mit der des Satelliten. Aus dem Zeitunterschied lässt sich dann die Entfernung zum Satelliten berechnen. Da der Satellit exakt weiß, wo er sich im Orbit befindet, kann der Empfänger mit einfachen geometrischen Berechnungen seine eigene Position ableiten. Damit dies eindeutig gelingt, sind mindestens vier Satelliten nötig. Drei für die drei Raumkoordinaten – Höhe, Länge und Breite. Und ein weiterer Satellit, der den Uhrenfehler des Empfängers korrigiert, da dieser keine hochgenaue Atomuhr mit sich führt.

„Die Atomuhren – und das mit ihnen generierte Zeitsignal – sind das Herzstück des Satelliten“, erklärt Hans Steiner von Siemens Space. „Eine Abweichung von zehn Nanosekunden bedeutet auf der Erde eine Ungenauigkeit von mehreren Metern.“ Steiner und sein Team stellen sicher, dass die Atomuhren einwandfrei funktionieren, bevor der Satellit auf die Reise geschickt wird. Dazu entwickelten sie ein Testsystem mit einem Messinstrument, das eine noch zehnmal genauere Atomuhr enthält, einen aktiven Wasserstoff-Maser. Dessen Zeitsignal wird mit dem der Satelliten-Atomuhr verglichen. Würde im Orbit ein Satellit ein ungenaues Signal aussenden, könnte er nicht mehr zur Navigation verwendet werden. „Deshalb ist es sehr wichtig, alle möglichen Fehler schon vorher auszuschließen“, erklärt Steiner.

Das auf den Meter genaue Galileo-Signal ist auch für Siemens Mobility interessant. Dort werden Anwendungen entwickelt, die ohne Satellitennavigationstechnik gar nicht denkbar wären. Beispielsweise können Testbriefe mit GPS-Empfängern versehen werden. Dem Postunternehmen gibt das Aufschluss darüber, wo der Brief wie lange verweilt – damit lassen sich Schwachstellen im Logistiksystem feststellen. Doch einen Haken hat die Sache: Denn würde ein Brief geöffnet oder verloren gehen, könnte mit dem bestehenden System nicht nachgewiesen werden, wo – dazu ist GPS zu unzuverlässig. Das wird sich mit Galileo ändern. „Im Galileo-Signal ist immer eine Zusatzinformation darüber enthalten, wie genau das empfangene Signal eigentlich ist“, erklärt Dieter Geiger von Siemens Mobility. Ein Riesenvorteil von Galileo, denn so werden die Informationen „gerichtsfest“. Wird eine wertvolle Postsendung mit einem Galileo- Empfänger ausgestattet, kann nun später – notfalls vor Gericht – nachgewiesen werden, wo die Sendung überall war. Stattet man sie zusätzlich mit Sensoren aus, ist es sogar möglich aufzuzeigen, ob und an welchem Ort die Sendung geöffnet wurde.

Ein weiteres Feld, in dem Mobility schon lange tätig ist, ist das Verkehrsmanagement. „Auch hier wollen wir die Möglichkeiten von Galileo nutzen“, so Geiger. Etwa für Ampelschaltungen: Sie passen sich heute schon an manche Verkehrssituationen an. An einer Kreuzung kann beispielsweise eine Ampel automatisch – abhängig davon, wie viel Verkehr auf den einzelnen Straßen ist – die Grünphasen regeln. Möglich machen das Induktionsschleifen im Boden, welche die passierenden Fahrzeuge zählen. Würde diese Technik durch Galileo-Empfänger erweitert, könnten Busse der Ampel ihre Geschwindigkeit und ihre Position auf den Meter genau mitteilen. Die Ampel würde so lange grün bleiben, bis sie der Bus passiert hat. Unnötiges Bremsen würde verhindert, Benzin gespart.

Diese und noch weitere Anwendungen werden in den beiden Galileo Test- und Entwicklungszentren im Siemens-Zugprüfcenter Wegberg-Wildenrath (Pictures of the Future, Herbst 2010, Prüfstand für Europas Züge) und dem Aldenhoven Testing Center der RWTH Aachen unter realistischen Bedingungen getestet. Dazu werden in einem abgeschlossenen Gebiet Sender installiert, die das Signal, wie es später von Galileo kommen wird, schon jetzt ausstrahlen. Im Zugprüfcenter wird beispielweise getestet, wie mit Galileo-Empfängern eine Zugfahrt optimiert werden kann. Ein Zug muss in Kurven die genau für diesen Kurvenradius passende Geschwindigkeit haben und darf bei Talfahrten nicht zu stark abbremsen. Denn wird er zu langsam, drohen Verspätungen.

Aktuelle Wetterdaten. Besonders schwierig wird es für den Zugführer, die Zeiten genau einzuhalten, wenn bei Regen die Gleise rutschig sind. Mit den präzisen Positionierungsdaten von Galileo, gekoppelt mit aktuellen Wetterdaten, kann der Zugführer künftig sein Fahrverhalten der Situation besser anpassen – denn er weiß genau welche Steigung die Gleise gerade haben, und wie rutschig sie sind. Die Fahrt wird sicherer. Auch im Testzentrum Aldenhoven, in dem Anwendungen für den Straßenverkehr erprobt werden, setzten die Wissenschaftler auf Sicherheit. Weil dort alle Fahrzeuge mit Galileo- Empfängern ausgestattet sind, können die Fahrer gezielt vor Unfällen gewarnt werden. Kommt etwa ein Auto einem anderen auf einer Kreuzung gefährlich nahe, schlägt das Navigationssystem Alarm. Im Auto werden Schutzmechanismen aktiviert: Die Sicherheitsgurte werden gestrafft, der Bremsdruck erhöht.

Und die Entwickler denken noch einen Schritt weiter – in die Ära der Elektroautos. Deren Fahrer könnten durch die metergenaue Navigation noch besser erkennen, wo sie ihre Batterie wieder aufladen müssen. Auf einer Karte würden sie sehen, welche Ladestationen in Reichweite sind, und ob dort gerade eine Zapfsäule frei ist. „Ist Galileo erst mal im Orbit, werden sich noch viele weitere Anwendungsmöglichkeiten ergeben“, da ist sich Geiger sicher. Für ihn öffnet Galileo das Tor zur Zukunft der Mobilität.