Welche Vorteile bringt Galileo? 2/21 Raphael Ulrich

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2 GALILEO DAS ZUKÜNFTIGE EUROPÄISCHE SATELLITENNAVIGATIONSYSTEM WAS WIRD GALILEO FÜR VORTEILE GEGENÜBER DEM BISHERI- GEN AMERIKANISCHEN SYSTEM GPS BIETEN? BERUFSMATURITÄTSPRÜFUNG IM FACH DEUTSCH BM-GIBZ ZUG VORGELEGT VON RAPHAEL ULRICH BME4B EINGEREICHT BEI M. GRUBER-GOLDBAUM FEBRUAR 2005 ANGENOMMEN: NOTE: SIG.: Welche Vorteile bringt Galileo? 2/21 Raphael Ulrich

3 Inhalt 1. Vorwort Einleitung Das amerikanische GPS Geschichte Grundsätzliches Zeitplan Politischer Hintergrund Aufbau und Technik Weltraumsegment Kontrollsegment Benutzersegment Unterhalt, Kosten Kommerzieller Nutzen Privater Nutzen Das europäische GALILEO Politischer Hintergrund Die Rolle der ESA Zeitplan, Fortschritte Aufbau und Technik Satelliten Bodenstationen Nutzer (Empfänger) Unterhalt, Kosten Kommerzielle Nutzung Basisniveau (Open Service) Niveau mit beschränktem Zugang Kostenpflichtige Dienste (Safety of Life) Private Nutzung Der Vergleich Technik, Aufbau Unterhalt, Kosten Synergien Einwände Seitens Amerika Fazit Erkenntnisse aus technischer Sicht politisch/wirtschaftliche Erkenntnisse Anwendungsgebiete Nachwort Anhang Glossar Weiterführende Medien und Literatur Bibliografie Hinweis Quellen...21 Welche Vorteile bringt Galileo? 3/21 Raphael Ulrich

4 1. VORWORT Das Thema Navigation und Messungen in Umwelt und Natur, das Planen von Wandertouren und Aufzeichnen von Wegstrecken sowie das Messen von Geschwindigkeiten fasziniert mich schon seit je her. Leider war die Anschaffung eines dafür erforderlichen Gerätes lange ein finanzielles Problem, doch mit dem ersten Salär als Elektronikerlehrling war für mich der Zeitpunkt für die Anschaffung eines solchen Empfängers gekommen. Dazu bewogen hat mich vor allem die Möglichkeit, mit einem handgrossen Gerät praktisch überall die Position sowie die Geschwindigkeit und weitere Daten zu bestimmen. Zudem sind die Anwendungsmöglichkeiten sehr breit. Für mich persönlich verwende ich es zum Planen und Aufzeichnen von Wandertouren und anschliessendem Auswerten am PC, Messung von Geschwindigkeiten von Fahrzeugen aus dem Modellbau (Auto, Flug) und zum Ausmessen von Distanzen. Durch die Tatsache, dass die Genauigkeit und der Messzyklus dieser Geräte inzwischen sehr hoch ist, kann ich in meinem Flugmodell die gesamte Flugbahn aufzeichnen und anschließend auf dem PC auswerten (Geschwindigkeit, Steig- und Sinkrate, Höhe und Flugbahn). Zudem fasziniert mich einfach die ganze Technik, die das alles ermöglicht. Nur schon die Vorstellung, dass man ein extrem kleines Gerät (im Vergleich zu den Satelliten, die notwendig sind, um das überhaupt zu ermöglichen) einfach einschalten kann und innerhalb von einigen Sekunden auf den Meter genau (!) weiss, wo man ist und wohin man sich bewegt, ist für mich so spannend, dass ich mehr darüber erfahren möchte. Je mehr man sich mit den Einzelheiten der Technik auseinandersetzt, desto mehr bewundert man das ganze System. Da nun die EU ein neues Projekt namens GALILEO gestartet hat, interessiert es mich natürlich als Nutzer des jetzigen amerikanischen GPS, was denn das neue europäische System genau umfasst, welche Unterschiede es gibt und welche Möglichkeiten in Zukunft mittels Satellitennavigation geschaffen werden. 2. EINLEITUNG Das globale Positionierungs- System kurz GPS ist aus dem heutigen Alltag in Hobby, Sport, Verkehr und Wissenschaft kaum mehr wegzudenken. Das System, das nun seit 30 Jahren in Betrieb ist, ermöglicht heutzutage an nahezu jedem Ort der Erde mit Sicht zum Himmel die Position innerhalb wenigen Metern zu bestimmen. Satelliten im Orbit senden Welche Vorteile bringt Galileo? 4/21 Raphael Ulrich

5 ununterbrochen ihre Position zur Erde. Anhand von mindestens 3 Satellitenpositionen kann nun ein Empfänger auf der Erde seine eigene Position errechnen. Ursprünglich wurde das gesamte System für die Streitkräfte der USA entwickelt. Schnell wurde aber erkannt, dass auch die Benutzung für viele andere Bereiche enorme Vorteile bringt. Die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten sind in den letzten Jahren durch die Weiterentwicklung der Technologie extrem stark angestiegen. Vor 10 Jahren war es z.b. für den Privatanwender kaum interessant, sich ein solches Gerät zuzulegen. Bedingt einerseits durch die extrem hohen Kosten und anderseits durch die geringen Vorteile bzw. Anwendungsmöglichkeiten für Hobby und Freizeit. Dazu waren die Daten zu wenig genau. Beispielsweise konnten Positionsberechnungen bis zu 500m vom effektiven Standpunkt abweichen. Durch die rasante Weiterentwicklung der Technologie und die Kostensenkung für die Handgeräte und der damit verbundenen Attraktivität sind die Verwendungsmöglichkeiten und somit die Nachfrage massiv gestiegen. Vor allem die Genauigkeit der Positionsbestimmung ist von anfänglichen 500 Metern auf heute ca. 2-5 Meter (!) für den Privatanwender gestiegen, was die Verwendung für Wanderungen oder Biketouren ermöglicht. Die europäische Union hat nun ein ehrgeiziges Projekt unter dem Namen GALILEO gestartet, das eine Herausforderung für Technik, Gesellschaft sowie die Politik darstellt. Dabei geht es darum, ein ähnliches Satellitennavigationssystem wie das heutige GPS aufzubauen. Das Ziel meiner Arbeit soll nun sein, dieses Vorhaben genauer vorzustellen, sowie die Unterschiede, Vor- und Nachteile aufzuführen und zu besprechen. Vorgängig soll dem Leser das bestehende amerikanische GPS genauer erklärt werden, damit danach ein Vergleich der beiden Systeme möglich und nachvollziehbar ist. Das Ziel meiner Arbeit sehe ich wie folgt: Im ersten Teil möchte ich dem Leser das bisherige GPS-System erklären. Den zweiten Teil widme ich dem Beschrieb des neuen GALILEO-Systems. Schliesslich geht es mir im dritten Teil um einen Vergleich der beiden genannten Systeme. Abschliessend möchte ich im vierten Teil das Fazit aus diesem Vergleich ziehen und Zukunftsvisionen zeigen. Welche Vorteile bringt Galileo? 5/21 Raphael Ulrich

6 3. DAS AMERIKANISCHE GPS Das amerikanische GPS, das nun schon 30 Jahre alt ist und seit 1983 auch für die zivile Nutzung freigegeben wurde, ist zurzeit das einzige System, das weltweit zur Verfügung steht. Zwar hat Russland auch ein System namens GLONASS. Dieses ist aber nur zu militärischen Zwecken und deshalb auch nur teilweise verfügbar. Auch in China kennt man ein ähnliches System, aber auch dieses ist nicht betriebsbereit. In diesem Kapitel soll nun auf die einzelnen Eigenheiten des GPS Systems eingegangen werden GESCHICHTE Im ersten Kapitel soll genauer auf die Geschichte, Entstehung und die Entwicklung des GPS eingegangen werden GRUNDSÄTZLICHES Das GPS-System ist vom amerikanischen Verteidigungsministerium ins Leben gerufen worden. Ursprünglich war das System mit 24 Satelliten auf einer Umlaufbahn von km Höhe geplant. Der eigentliche Name für das Projekt war damals NAVSTAR (Navigation System for Timing and Ranging). Jeder dieser Satelliten sendet andauernd Signale zur Erde, die seine aktuelle Position beinhalten. Die Empfänger auf der Erde erhalten nun mehrere Signale dieser Satelliten und können mittels ausgeklügelter Software bestimmen bzw. errechnen, wo sie sich gerade befinden ZEITPLAN Folgende Zusammenstellung zeigt die Meilensteine in der Entwicklung des GPS-Systems. (Quelle: Beschluss zur Entwicklung eines Satellitennavigationssystems basierend auf den Systemen TRANSIT, TIMATION und 621B der U.S. Air Force und der U.S. Navy Systemtests 1977 Erste Empfängertests noch bevor die ersten Satelliten im Weltraum waren. Es wurden Sender am Boden aufgestellt, die als Pseudolites (Pseudosatellites) bezeichnet wurden Start von insgesamt elf Block I Satelliten 1980 Start des ersten Block I Satelliten mit Sensoren zur Erkennung von Atomexplosionen nachdem 1963 zwischen den USA und der Sowjetunion ausgehandelt wurde, keine Atomtests mehr überirdisch, unter Wasser oder im Weltraum durchzuführen Beschluss, das GPS System komplett auszubauen. Kurz darauf wurden die Mittel stark gekürzt und das Programm etwas restrukturiert. Zunächst sollten daraufhin nur 18 Satelliten in Betrieb gehen, 1988 wurde aber wieder auf die 24 ursprünglich geplanten Satelliten zurückgegangen, da die Funktionalität nicht zufrieden stellend war Immer wieder war die Finanzierung gefährdet, da der Nutzen des Systems für die Finanzierenden oft nicht erkennbar war. Welche Vorteile bringt Galileo? 6/21 Raphael Ulrich

7 1983 Nach dem Abschuss des zivilen Flugzeugs Korean Airline 007 über sowjetischem Territorium, welches dort irrtümlich unterwegs war, wurde beschlossen, das GPS-System auch für die zivile Nutzung zur Verfügung zu stellen Der Space Shuttle "Challenger"-Unfall hatte einen Rückschlag zur Folge, da zwischenzeitlich beschlossen wurde, das Space Shuttle als Transporter der Block II GPS-Satelliten in die Umlaufbahnen zu nutzen. Schliesslich wurde wieder auf die ursprünglich geplanten Delta-Rakteten zurückgegriffen Der erste Block II Satellit wurde "installiert" und aktiviert Zeitweise Abschaltung der SA* währen des Golfkriegs, um zivile Empfänger nutzen zu können, da zu wenig militärische Empfänger verfügbar waren. Am wurde die SA wieder aktiviert Erste Betriebsbereitschaft (Initial Operational Capability, IOC) wurde bekannt gegeben. Im gleichen Jahr wurde auch definitiv beschlossen, dass das GPS-System für weltweite zivile kostenlose Nutzung freigegeben wird. März 1994 Der letzte Block II Satelliten komplettiert die Satellitenkonstellation Volle Betriebsbereitschaft (Full Operational Capability, FOC) Endgültige Abschaltung der SA* und damit Erhöhung der Genauigkeit für zivile Nutzer von ca. 100 m auf 20 m Start des 50sten GPS-Satelliten. Man kann anhand dieses Zeitplanes erkennen, dass das Projekt zeitweise zu scheitern drohte, da die finanziellen Mittel nicht mehr zugesprochen wurden. Weiteres dazu später POLITISCHER HINTERGRUND Die Tatsache, dass das System bzw. das Projekt GPS (ursprünglich NAVSTAR) vom Verteidigungsministerium der Vereinigten Staaten zu Zeiten des Kalten Krieges initiiert wurde, sagt schon einiges über das ursprüngliche Ziel dieses Projektes. Durch die Verschlüsselung (SA-Code) wurde das GPS lange Zeit nur für die amerikanischen Streitkräfte freigegeben. Diese sollten das System zur Navigation in fremdem Gebiet nutzen. Die gesamte Koordination und Orientierung sollte durch das GPS erleichtert werden. Als bemerkenswerte Tatsache ist noch zu erwähnen, dass gerade diese Verschlüsselung während den Kriegen ausgeschaltet wurde, da die Truppen zuwenig militärische Empfänger hatten. Daher mussten sie auf zivile Empfänger zurückgreifen (!) AUFBAU UND TECHNIK Das GPS-System kann in drei Hauptsegmente eingeteilt werden: WELTRAUMSEGMENT Das Weltraumsegment besteht aus den 24 Satelliten (plus Reserve), die die Erde auf km Höhe umrunden. Sie bilden damit den Hauptbestandteil des gesamten Systems. Die Umlaufbahnen der Satelliten sind so gewählt, dass auf jedem Punkt der Erde Satellitenbahnen (Abstände sind massstabsgetreu) Quelle: Welche Vorteile bringt Galileo? 7/21 Raphael Ulrich

8 mindestens 4 Satelliten gleichzeitig empfangen werden können. Je näher man sich an den Polen aufhält, desto ungünstiger ist die geometrische Konstellation. Dies bedeutet Einbussen bei der Genauigkeit der Positionsbestimmung KONTROLLSEGMENT Dieser Teil besteht aus 5 Bodenstationen, die über den gesamten Globus verteilt sind. Sie sind im Prinzip nichts weiteres als grosse GPS-Empfänger. Ihre Aufgabe ist es, die Satelliten zu kontrollieren. Dazu gehört die Korrektur der Umlaufbahnen, sowie die Überprüfung der gesendeten Positionssignale. Ebenso kann von den Bodenstationen aus auch Verschlüsselung eingeschaltet werden. die umstrittene SA- Position der Monitorstationen und der Master Control Station Quelle: BENUTZERSEGMENT Dieses Segment umfasst alle GPS-Empfänger, mit denen schliesslich die Positionsbestimmungen gemacht werden. Hier gibt es kleine Handgeräte in der Grösse vergleichbar mit einem Mobiltelefon für den privaten Gebrauch (Sport, Hobby, Freizeit) und die etwas grösseren genaueren Geräte für den professionellen Einsatz (Landvermessung, Militär). Hand GPS- Empfänger Meridian Gold von Magellan 3.4. UNTERHALT, KOSTEN Über die Kosten des gesamten GPS Systems findet man nur wenig Informationen. Ein Grund dafür ist sicher, dass die Entwicklung und das Management vom amerikanischen Militär geführt wurde. Ein weiterer Grund liegt darin, dass dies zu Zeiten des Kalten Krieges geschah, wo sowieso möglichst wenige Informationen in die Öffentlichkeit gelangten. Vermutungen lassen aber erahnen, das es einiges teurer war als GALILEO. Dafür sind folgende Gründe zu nennen: Das Militär als einziger Geldgeber verfügte über genug Geld, über dessen Verwendungszwecke es keine genauen Angaben machen musste. Man hatte aber hier trotzdem Finanzierungsprobleme, da die Geldgeber vom Sinn des Projektes zeitweise nicht mehr überzeugt waren. Welche Vorteile bringt Galileo? 8/21 Raphael Ulrich

9 Die Technologie musste von Grund auf entwickelt werden. Man hatte keine Vorkenntnisse oder Erfahrungen mit einem solchen System. Die Entwicklung dauerte relativ lang, da ja das Vorwissen fehlte. Es mussten viele Versuche durchgeführt werden. Die verwendete Technologie war damals neuartig und deshalb noch sehr teuer, vor allem die Elektronik. Mit den genannten Gründen wäre wahrscheinlich eine zahlenmässige Festlegung der Kosten sowieso nicht aussagekräftig, da sich damit nur schwer ein Vergleich mit heute machen lassen würde KOMMERZIELLER NUTZEN In der Landesvermessung ist die Satellitennavigation heute nicht mehr wegzudenken. Es gibt keine vergleichbare Methode, welche diese Möglichkeiten zu gleichen Konditionen bietet. Es wurden schon zahlreiche grosse Bauprojekte wie Brücken, Strassen und Tunnels (z.b. der Gotthard-Basistunnel) durch das GPS erheblich erleichtert. Auch öffentliche Verkehrsbetriebe (Bus, Bahn) setzen mittlerweile auf GPS, um all ihre Fahrzeuge zu lokalisieren und Fahrpläne anzupassen bzw. einzuhalten. Zögerlich verhält sich jedoch die Verbreitung in der Luftfahrt. Zwar wären die Vorteile enorm und würden alle bisherigen Navigationssysteme in der Luftfahrt übertreffen. Jedoch ist die Tatsache, dass das GPS in der Hand der amerikanischen Streitkräfte liegt und daher jederzeit und ohne Vorwarnung abgeschaltet werden kann, ein Risiko, das in der Luftfahrt nicht eingegangen werden kann PRIVATER NUTZEN Seit der Abschaltung des SA-Signals im Jahr 2000 wurde mit dem nun sehr genauen Positionssignal eine Menge neuer Verwendungszwecke geschaffen. Ein Boom hat z.b. die Fahrzeugnavigation erlebt. Mit dem Navigationssystem ist es möglich, sich an jede beliebige Hausadresse in einem unbekannten Gebiet leiten zu lassen. Für Freizeitsportarten wie Wandern, Biken, Klettern ist das GPS zur besseren Orientierung in unbekanntem Gelände vorteilhaft. Manche Tourismusorte bieten GPS Geräte mit vorprogrammierten Wanderrouten (z.b. Schneeschuhlaufen) abseits markierter Routen an. Eine noch etwas höhere Auflösung wäre hier aber sicher wünschenswert. Welche Vorteile bringt Galileo? 9/21 Raphael Ulrich

10 4. DAS EUROPÄISCHE GALILEO Der Name GALILEO stammt ursprünglich vom italienischen Wissenschafter, Mathematiker, Physiker, Philosophen und Astronomen Galileo Galilei, der bahnbrechende Entdeckungen in diesen Bereichen machte. Ähnlich bahnbrechend soll auch GALILEO wirken, deshalb wird es nach ihm benannt. Die alleinige Herrschaft über das GPS-System der amerikanischen Streitkräfte stört die meisten Nutzer, die auf eine absolute Zuverlässigkeit angewiesen sind. Dies bewog die Europäer nun, ein eigenständiges System ins Leben zu rufen, wobei die absolute Zuverlässigkeit und der Nutzen für die öffentlichen Dienste im Vordergrund steht. Damit soll z.b. die Verkehrssicherheit- und Effizienz in Zukunft massiv verbessert werden POLITISCHER HINTERGRUND Die beiden heutigen (Stand Feb 05) Satellitennavigationssysteme GPS (amerikanisch) und GLONASS (russisch) wurden beide zu Zeiten des Kalten Krieges entwickelt. Jedem ist daher auch klar, dass dabei die Priorität auf die militärische und nicht auf die private Verwendung gesetzt wurde. Auch die Kontrolle der beiden Systeme ist in der Hand der jeweiligen Streitkräfte. Beide Systeme haben also einen militärischen Touch, was bedeutet, dass die Systeme jederzeit und ohne Vorwarnung abgeschaltet werden können und dabei keine Rücksicht auf die privaten Nutzer genommen wird. Dies kann fatale Folgen haben. Mir ist ein Flugunfall bekannt, der darauf zurückzuführen ist. Die EU fasst die Mängel des GPS folgendermassen zusammen: Die Genauigkeit ist unzureichend (Im besten Fall 6-7m => für Verkehr zu ungenau) Die Zuverlässigkeit ist schlecht. Das Militär kann jederzeit und ohne Vorwarnung das System komplett ausschalten. Die Abdeckung in hohen Breitengraden ist ungenügend. Vor allem dort führen aber viele wichtige Flugrouten entlang. Niemand übernimmt die Haftung im Falle eines Unfalls, der auf Grund einer Fehlfunktion des GPS passiert. Diese Nachteile einerseits und die Abhängigkeit von den USA andernseits haben die EU schliesslich dazu bewogen, ein eigenes System zu betreiben. Welche Vorteile bringt Galileo? 10/21 Raphael Ulrich

11 4.2. DIE ROLLE DER ESA Die europäische Raumfahrtagentur (kurz ESA) spielt in diesem Projekt eine sehr wichtige Rolle. Sie übernimmt die gesamte technische Entwicklung von GALILEO. Auch für die Trägerrakete Ariane 5 plus bietet GALILEO eine Möglichkeit, die Vorteile dieser Rakete nochmals unter Beweis zu stellen. In der Vergangenheit erlebte dieses Projekt bekanntlich herbe Rückschläge. Die ESA (ähnlich Airbus) besteht aus vielen Mitgliederstaaten der EU. Ihr Ziel ist es, ihre Position gegenüber der amerikanischen NASA, die immer noch den grössten internationalen Marktanteil im Bereich Raumfahrt hat, zu stärken ZEITPLAN, FORTSCHRITTE Eine Ariane 5 Trägerrakete kurz vor dem Start. Diese soll auch die insgesamt 30 Galileosatelliten in dem Orbit bringen. Quelle: Die Dauer vom politischen Beschluss bis zur Inbetriebnahme wird beim GALILEO einiges kürzer sein als beim GPS, dessen Entwicklung sich über einen grösseren Zeitraum hingezogen hat. Es folgt nun eine kurze Übersicht über die geplanten und teils schon durchgeführten Schritte in der Entstehung von GALILEO: Jan 2003 Politischer Beschluss über die Durchführung des Projektes bis 2005 Entwicklungsphase 2006 Beginn Errichtungsphase Feb 2006 Ablauf des Ultimatums zum Start des ersten Satelliten, da ansonsten der Anspruch auf reservierten Frequenzen erlöscht 2007 Ende der Errichtungsphase 2008 Beginn Betriebsphase. Diese muss unbedingt eingehalten werden, da ansonsten Marktanteile verloren gegen könnten, weil die USA ebenfalls eine Verbesserung ihres GPS plant Eine Studie von PricewaterhouseCoopers belegt, dass bereits 7 Jahre (!) nach Inbetriebnahme die Investitionen zurückbezahlt sein werden. Man sieht also, dass es einige wichtige Meilensteine im Verlauf des Projektes gibt, die zeitlich unbedingt eingehalten werden müssen, da gewisse Ultimaten bezüglich Frequenzreservationen ansonsten erlöschen. Zudem würde eine weitere Verlängerung einen zusätzlichen Kostenaufwand bedeuten. Interessant ist auch, dass die USA ebenfalls planen, das GPS für den privaten Einsatz zu verbessern und dadurch attraktiver zu machen. Dies könnte einen spannenden Kampf um Marktanteile auslösen AUFBAU UND TECHNIK Auch GALILEO soll aus 3 Hauptkomponenten aufgebaut werden. Diese sind Satelliten, Bodenstationen und Benutzer. Neu ist vor allem die Anbietung verschiedener Services. Welche Vorteile bringt Galileo? 11/21 Raphael Ulrich

12 So soll ein zukünftiger Galileosatellit aussehen SATELLITEN Das System wird aus insgesamt 30 Satelliten (27+3 Reserve) bestehen, die in einer Umlaufbahn auf 24'000 km kreisen. Die Anordnung soll gegenüber dem GPS verbessert werden, vor allem so, dass Gebiete in hohen Breitengraden eine bessere Abdeckung haben. Die Abdeckung der Erde wird heute mit 99.8% (!) vorausberechnet. Neu bei GALILEO ist die Integration eines Kommunikationskanals mit niedriger Bandbreite für die Übermittlung von wichtigen Informationen zu und von den Empfängern. Dieser kommt z.b. beim Absetzten von Notrufen via GALILEO Satelliten zur Anwendung BODENSTATIONEN Die Bodenstationen haben die Aufgabe, die Satelliten zu überwachen und die nötigen Schritte bei einem Fehlverhalten einzuleiten. Absolut neuartig ist beim GALILEO, dass es über eine so genannte Integritätsmeldung verfügt. Dies bedeutet, dass bei einer Betriebsstörung sofort der Nutzer innerhalb weniger Sekunden alarmiert wird. Dieser enorme Vorteil dürfte vor allem in Einsatzgebieten, wo hohe Zuverlässigkeit gefordert ist, von grosser Bedeutung sein. Damit ist dann Eine Bodenstation dient der Überwachung der gesendeten Signale, sowie der Korrektur der Umlaufbahnen und weiteren Parametern auch eine Sicherheitsvorschrift der zivilen Luftfahrt erfüllt. Diese besagt, dass im Flugzeug nur Geräte eingesetzt werden dürfen, die max. 6s nach Eintreten einer Betriebsstörung an die Besatzung Meldung davon machen kann. Somit dürfte der Weg für den Einsatz von Satellitennavigation im Linienflugverkehr definitiv frei sein NUTZER (EMPFÄNGER) Der Nutzer wird mit GALILEO erstmals die Möglichkeit haben, aus verschiedenen Dienstniveaus auszuwählen. Der Galileo Empfänger werden vermutlich hautsächlich in andere Geräte wie z.b. PDA, Handy, Bordcomputer im Auto integriert einfache Wanderer stellt ja nicht die gleichen Anforderungen an das System wie eine Fluggesellschaft. Voraussichtlich werden die Empfänger auch viel kleiner und können dadurch in Zukunft in jedes Mobiltelefon integriert werden. Welche Vorteile bringt Galileo? 12/21 Raphael Ulrich

13 4.5. UNTERHALT, KOSTEN Die Gesamtkosten für den Aufbau des Systems wurden mit 3.2 Mrd. budgetiert. Das mag vielleicht auf den ersten Blick viel erscheinen, doch wenn man bedenkt, dass darin alle Satelliten, Bodenstationen und Raketenflüge inbegriffen sind, relativieren sich diese Kosten schnell. Die EU und die ESA übernehmen 1.1 Mrd.. Der Rest wird von Privatinvestoren übernommen. Die Zusagen für diesen Restbetrag sind allerdings noch nicht gemacht. Daher ist es auch möglich, das ein weiterer Teil durch Steuergelder finanziert werden muss. Für die EU beträgt der finanzielle Aufwand gleich viel wie für den bau von 150km Autobahn in Europa. Das ist also wirklich nicht viel, zumal auch noch berücksichtigt werden muss, dass GALILEO weltweit und von jedermann nutzbar sein wird KOMMERZIELLE NUTZUNG Mit der neuen Technologie können zuverlässig Transporte auf der ganzen Welt verfolgt werden, wie z.b. Transport von Gefahrengut. Es kann die Kollisionsgefahr von Schiffen zum voraus erkannt werden. Der Verkehrsfluss- und die Effizienz wird laut Studien mit GALILEO extrem verbessert werden, da Staus lange bevor sie passieren, mit komplexer Software von Leitzentralen aus erkannt und somit verhindert werden können. Abgesehen davon werden mit dem System ca. 100'000 neue Arbeitsplätze geschaffen. Da GALILEO vor allem auf den zivilen Nutzen ausgerichtet ist, gibt es ein bis jetzt einzigartiges Angebot an so genannten Services: BASISNIVEAU (OPEN SERVICE) Dieses Niveau ist ungefähr dasselbe, das wir heute vom GPS her kennen. Dieser Dienst ist kostenlos, bietet aber dennoch mehr Vorteile als das GPS. Empfangen werden kann es mit einem kleinen kostengünstigen Handgerät NIVEAU MIT BESCHRÄNKTEM ZUGANG Dieses Niveau ist z.b. für genaue Positionsbestimmungen (<10cm). Es kann z.b. für die Geologie und Vermessung verwendet werden. Die Empfangsgeräte sind einiges teuerer als die des Open Service, da die verwendete Technik entsprechend komplexer sein muss. Welche Vorteile bringt Galileo? 13/21 Raphael Ulrich

14 KOSTENPFLICHTIGE DIENSTE (SAFETY OF LIFE) Dieser Dienst ist eine absolute Neuheit in der Satellitennavigation. Durch den bereits erwähnten Kommunikationskanal können z.b. Notrufe abgesetzt werden (und das auf 99.8% der Erdoberfläche!). Damit können z.b. herzkranke Patienten einen Notruf irgendwo auslösen. Eine Einsatzzentrale kann dann sofort deren Standort auf den Meter genau ermitteln und möglicherweise noch weitere Informationen wie Blutdruck oder Puls empfangen. Verständlicherweise ist dieser Dienst dann kostenpflichtig PRIVATE NUTZUNG Die zunehmende Verkleinerung der Empfänger wird vor allem bei den Mobiltelefonen eine extreme Vergrösserung des Nutzens bedeuten. Man kann sich dadurch in Zukunft überall zum gewünschten Kino, Restaurant oder Parkhaus usw. leiten lassen. Eine Verknüpfung mit dem Internet wird Möglichkeiten bieten, die sich heute kaum erahnen lassen. Nur schon die Aufzählung der geplanten Anwendungen würde den Rahmen dieser Arbeit sprengen. 5. DER VERGLEICH 5.1. TECHNIK, AUFBAU Vom Aufbau her unterscheiden sich GALILEO und das GPS nicht gross. Die Anzahl der Satelliten (ca. 30 Stück ) scheint also optimal zu sein. GALILEO kann jedoch noch eine Verbesserung bei der Konstellation bringen, wie oben bereits erwähnt. Damit wird dann auch die Abdeckung für die meisten Flugrouten gewährt, was ein nicht zu vernachlässigender Vorteil für GALILEO bringt. Auch die Integritätsmeldung wird eine erhebliche Steigerung der technischen Zuverlässigkeit bedeuten. Zudem ist ja noch eine juristische Sicherung der Zuverlässigkeit geboten, von der beim GPS noch keine Rede sein kann. Das heisst im konkreten Fall, bei Unfällen aufgrund von Fehlern im GALILEO- System könnten die Betreiber haftbar gemacht werden. Der zusätzliche Kommunikationskanal via GALILEO- Satelliten hat sicherlich auch eine wesentliche Bedeutung und steigert die Anwendungsmöglichkeiten im Bereich Überwachung, Rettungswesen und Lebensmittel- und Gefahrenguttransport enorm. Welche Vorteile bringt Galileo? 14/21 Raphael Ulrich

15 Man kann also sagen, GALILEO bietet gegenüber dem GPS bedingt durch die technologische Entwicklung zusätzliche Vorteile. Das haben die Betreiber des GPS, wie bereits schon erwähnt selber bemerkt und deshalb eine Erneuerung ihres Systems (GPS III) angekündigt. Man darf also gespannt sein, wenn hier erste Details bekannt gegeben werden UNTERHALT, KOSTEN Bei den Entwicklungskosten hat GALILEO auch wieder die Vorteile der fortgeschrittenen Technik, da ja die ganze Infrastruktur in der Zwischenzeit billiger, kleiner und effektiver geworden ist. Die enorm kurze Entwicklungszeit für GALILEO scheint mit auch ein Grund für die tiefen Entwicklungskosten zu sein. Der technische Unterhalt ist ähnlich wie beim GPS. Beim GALILEO werden aber zusätzlich noch weitere Dienste (Services) angeboten, die natürlich einen entsprechenden Unterhalt benötigen. Das ist aber keinesfalls ein Nachteil, denn man muss beachten dass dadurch die stolze Zahl von ~100'000 Arbeitsplätze (!) geschaffen wird. Auch die Betriebskosten lassen sich noch weiter relativieren, wenn man beachtet, welche wirtschaftliche Bedeutung man GALILEO einräumt. Wenn man einer Studie von PricewaterhouseCoopers glaubt sind die Investitionen schon im Jahre 2015 wieder wettgemacht. Die Einnahmen werden zum Teil aus den kostenpflichtigen Diensten erzielt, aber auch, und das wird der viel grössere Anteil ausmachen, durch die indirekten finanziellen Gewinne. Dazu gehören z.b. die Vorteile in der Verkehrssteuerung- und Leitung wo man z.b. das Warten im Stau verkürzen kann. Man kann sich ja mal überlegen, was in der gewonnen Zeit alles für wirtschaftlich wertvolle Arbeiten erledigt werden können. Alle Vorteile dieser Art werden der Wirtschaft enormen Nutzen bringen. Die Studie behauptet sogar weiter, dass GALILEO für die europäische Wirtschaft unbedingt notwendig sei, um gegen die Konkurrenz zu bestehen SYNERGIEN Die EU erwähnen gleich zu Beginn, dass GALILEO kein Konkurrent von GPS werden soll, sondern dass es ergänzend aber dennoch unabhängig sein soll. Die EU haben also nicht zum Ziel, das GPS zu konkurrieren (obwohl sie das wahrscheinlich unweigerlich tun werden) sondern wollen damit einfach die Unabhängigkeit erlangen und ihre eigene Wirtschaft durch das Plus an Zuverlässigkeit verbessern. Aus technischer Sicht gibt es aber dennoch Synergien. Es wird in Zukunft kombinierte Geräte GALILEO/GPS geben, die durch den Empfang zweier komplett unabhängiger Systeme nochmals eine vergrösserte Zuverlässigkeit und Genauigkeit erreichen werden. Diese Geräte werden aber vor allem für den professionellen Bereich eingesetzt. Welche Vorteile bringt Galileo? 15/21 Raphael Ulrich

16 Für den normalen Nutzer werden kaum Synergien spürbar. Viele werden die Möglichkeiten der Satellitennavigation erst durch GALILEO kennen und dessen Vorteile schätzen lernen. Abschliessend kann hier gesagt werden, dass nur wenige vom Einsatz beider Systeme profitieren werden EINWÄNDE SEITENS AMERIKA Die Vereinigten Staaten, die als Verfechter des freien Wettbewerbs gelten, tun alles, um hier die zukünftigen Mitbewerber mit allerhand Argumenten zu beeinflussen. Die USA versucht z.b. Kunden mit dem Argument, dass GALILEO kostenpflichtig sei und GPS gratis, von GALILEO abzuhalten. Dies ist aber wie bereits oben beschrieben nicht zutreffend, da nur die Dienste mit erhöhtem Niveau für professionelle Verwendung kostenpflichtig sind. Der freie Service, der immer noch besser ist als das GPS, ist ja kostenlos. Weiter warnen sie die EU, dass das Projekt ein wirtschaftlicher Misserfolg werde. Sie begründen dies aber nicht detailliert. Natürlich zeigt sich die EU von solchen Warnungen unbeeindruckt, da sie einerseits nicht stichhaltig begründet sind und anderseits direkt vom Konkurrenten stammen. Die USA machen sogar das Recht geltend, das GALILEO- Signal (öffentliches Signal) mit technischen Mitteln zu stören, da es angeblich ihr eigenes GPS-Signal mit so genannten Interferenzen stören könnte. Diese Erscheinung ist aber technisch abgeklärt und mit der Reservierung von eigenen Frequenzen bei der Fernmeldeunion wird sich dieses Problem von selber lösen. Die Europäer treten trotz diesen nicht gerade freundschaftlich klingenden Argumenten sehr diplomatisch auf. Sie wollen dem GPS keinesfalls die Bedeutung wegnehmen. Nicht zuletzt deshalb, weil sie durch die Erfahrungen mit GPS erst die Möglichkeit haben, ein solch technisch vorgeschrittenes System wie GALILEO in so kurzer Zeit und mit so geringen Kosten zu realisieren. Diese Dankbarkeit drückt sich jetzt vermutlich durch die diplomatischen Äusserungen zu den Vorwürfen Amerikas aus. 6. FAZIT In diesem Kapitel werden nun die abschliessenden Erkenntnisse dieses Vergleiches dargestellt. Sie sind unterteilt in technische Erkenntnisse, politische/wirtschaftliche Erkenntnisse und Erkenntnisse für die Anwendungsbereiche. Welche Vorteile bringt Galileo? 16/21 Raphael Ulrich

17 6.1. ERKENNTNISSE AUS TECHNISCHER SICHT GALILEO bietet ein bessere Abdeckung in den hohen Breitengraden. Dies ist vor allem für den Flugverkehr von Vorteil Die grobe Systemarchitektur von GALILEO entspricht derjenigen des GPS (Satelliten, Bodenstation, Nutzer). Auch die Anzahl der Satelliten ist ähnlich. GALILEO verfügt über eine Integritätsmeldung. Diese ist für den Flugverkehr von grossem Vorteil GPS stammt aus einer Zeit vor 30 Jahren. Damit ist die technische Überlegenheit von GALILEO gegeben. Mit dem zusätzlichen Kommunikationskanal via GALILEO- Satelliten wird ein enormes Spektrum an Anwendungsgebieten geschaffen, die sich nur ansatzweise erahnen lassen. GALILEO baut auf den Erfahrung mit GPS auf. Damit sind viele Vorversuche, Experimente und Fehlkonzepte überflüssig bzw. ausgeschlossen. Dies reduziert die Kosten 6.2. POLITISCH/WIRTSCHAFTLICHE ERKENNTNISSE GALILEO ist für die zivile Nutzung konzipiert. Daher steht die Erfüllung der Bedürfnisse dieser Nutzer an erster Stelle. GPS (und auch das russische GLONASS) steht unter militärischer Kontrolle. GALILEO ist damit das erste System, das zivil kontrolliert wird. Dies bedeutet ein Unabhängigkeit von militärischen Konflikten. GALILEO bietet eine gesetzliche Absicherung der Zuverlässigkeit an. Das macht die Nutzung im globalen Flugverkehr als primäres Navigationssystem möglich, wogegen GPS bisher nur als Hilfssystem eingesetzt wurde. Es ist damit zu rechnen, dass in Zukunft alle Linienmaschinen der Welt mit GALI- LEO ausgerüstet sein werden, wenn GPS nicht eine gleichwertige Zuverlässigkeit bieten kann. Die Erstellungskosten von GALILEO sind vermutlich einiges geringer als die von GPS. Dies vor allem durch den technologischen Fortschritt, und die Tatsache, dass die finanziellen Mittel vom Staat (somit Steuerzahler) und der Privatwirtschaft kommen. Diese sollen natürlich im Interesse dieser Geldgeber möglichst effizient umgesetzt werden. Bei GALILEO muss man daher also Rechenschaft über jede Verwendung der Gelder ablegen. Das war bei GPS nicht so, denn dort stand vieles wegen des kalten Krieges unter Geheimhaltung. Welche Vorteile bringt Galileo? 17/21 Raphael Ulrich

18 GALILEO hat einen sehr straffen Zeitplan, den es unbedingt einzuhalten gilt. Ansonsten würde dies einen grossen Rückschlag für das Projekt bedeuten. Marktanteile und die Ansprüche auf die reservierten Frequenzen würden verloren gehen. GPS hat noch nicht verloren, denn auch die USA planen eine Erneuerung ihres Systems (GPS III). Dies könnte in Zukunft einen Marktkampf um Kunden auslösen. Die Einhaltung des Zeitpunktes der Inbetriebnahme von GALILEO ist daher enorm wichtig, um vorzeitig Marktanteile zu sichern. Die USA versuchen mit allen Mitteln dem System der Europäer seine Bedeutung abzusprechen. Sie drohen sogar mit der technischen Störung des GALI- LEO Signals ANWENDUNGSGEBIETE GALILEO eröffnet durch die Vorteile der hohen Zuverlässigkeit, Integritätsmeldung und juristischen Garantien eine Vielzahl an Anwendungen. Die EU beschreibt auf ihrer offiziellen Homepage von GALILEO über 19 unterschiedliche Anwendungsgebiete. Eine Aufzählung und Beschreibung würde hier zu weit führen. Alleine die Anwendungsmöglichkeiten, die sich durch die Integrierung des Kommunikationskanals ergeben, sind enorm. 7. NACHWORT Das Ziel dieser Arbeit wurde aus meiner Sicht erreicht. Ich wurde um viele Erkenntnisse reicher und habe gesehen, dass das Ausmass des Projektes GALILEO viel grösser ist, als ich anfänglich angenommen habe. Seit der Inbetriebnahme des GPS sind 30 Jahre (!) vergangen. Der technische Fortschritt während dieser Zeit ist riesig. Deshalb bin ich überzeugt, dass eine Neuauflage dieses Systems, wie es nun GALILEO bietet, sich geradezu aufdrängt. Ich bin persönlich sehr gespannt auf die Inbetriebnahme von GALILEO. Ich bin auch überzeugt, dass die wirtschaftliche Bedeutung von einem unschätzbaren Ausmass sein wird. Viele Vorteile werden wir wahrscheinlich gar nicht bemerken, so z.b. der Einsatz in der Verkehrsleitung, obwohl wir alle davon profitieren werden. Auch der Einsatz beim globalen Güterverkehr wird in diesem Sektor eine kleine Revolution einleiten. Ich könnte mir vorstellen, dass man in Zukunft jede Warenlieferung auf der gesamten Erde lokalisieren kann und sich dadurch viele Prozesse optimieren lassen. Welche Vorteile bringt Galileo? 18/21 Raphael Ulrich

19 Wenn ich mir all diese neuen Anwendungen und die sich daraus ergebende Abhängigkeit der Weltwirtschaft überlege, habe ich schon fast ein wenig Angst vor der Vorstellung, was denn passieren würde, wenn GALILEO einmal ausfällt. Ich könnte mir sogar vorstellen, dass das ähnliche Konsequenzen haben könnte wie ein weltweiter Stromausfall!!! Obwohl, oder gerade weil ich Elektroniker bin, habe ich auch Bedenken wegen der elektronischen Sicherheit. Die Absicherung gegen Softwaremanipulationen in einem so bedeutungsvollen System wie GALILEO ist von grösster Bedeutung. Kürzlich wurde von einem japanischen Autohersteller Antivirenspezialisten beauftragt, die Software für ihre Autos zu schützen. Es hat anscheinend schon erste Fälle von Angriffen auf die Bordcomputer einiger Autors gegeben, die an Netzwerke (Internet, Bluetooth) angekoppelt sind. So kann es also durchaus vorkommen, dass von irgendwo auf der Welt unbefugt in die Motorenelektronik von Autos eingegriffen werden kann! Genau in diesem Bereich kann man heute schon sehen, wie verletzlich die Elektronik bzw. die Software ist und vermutlich immer bleiben wird. Ich hoffe, diesem Umstand wird auch bei GALILEO genug Rechnung getragen. Welche Vorteile bringt Galileo? 19/21 Raphael Ulrich

20 8. ANHANG 8.1. GLOSSAR Die folgende Auflistung der im Text verwendeten kursiv gedruckten Wörter und Fachbegriffe soll diese definieren bzw. erklären. Abk. Definition Erklärung SA-Code Integritätsmeldung Interferenzen Bandbreite Messzyklus Künstliche Ungenauigkeit der Satellitencodes beim GPS Die neue Funktion von GALILEO. Eine sofortige Benachrichtigung der Nutzer bei einer Betriebstörung. Die Überlagerung zweier Frequenzen die dadurch eine neue erzeugen. Dies hat aber meist Störeinflüsse auf die Elektronik. Die Anzahl der Informationseinheiten, die in einer Sekunde übermittelt werden. Die Häufigkeit der Anzahl Messungen in einem Zeitabschnitt Wurde von den USA eingeschaltet um nur den militärischen Empfängern die volle Genauigkeit zu geben Überall, wo hohe Zuverlässigkeit gefordert ist, hat dieser Aspekt von GALILEO einen enormen Vorteil Interferenzen können Geräte soweit beeinflussen, dass diese ein Fehlverhalten zeigen. Beim GPS könnte so z.b. die Auswertung der gestörten Satellitensignale nicht mehr erfolgen. Für Notrufsignale werden nur kleine Bandbreiten benötigt, da der Informationsinhalt dieser Nachrichten gering ist. GPS Handgeräte für den Normalnutzer haben heute einen Messzyklus von ca. 1s. D.h. es werden alle Daten auf den LCD alle Sekunden neu berechnet WEITERFÜHRENDE MEDIEN UND LITERATUR Name Inhalt Bezugsort Homepage der ESA GALILEO Video der EU Geodäsiegrundlagen 8.3. BIBLIOGRAFIE Topaktuelle technische News zum Projektstand sowie Interessantes technisches Hintergrundwissen multimedial aufbereitet Beschreibung des Projektes mit den Grundzielen und Vorteilen Hintergrundwissen zur Geodäsie der Erde, den atmosphärischen Störungen, wie die Navigation auf einer Kugel funktioniert etc.. europa.eu.int/comm/dgs/energy_transport/galileo/video/ HINWEIS ZU DEN QUELLEN Da es sich beim gewählten Thema um eine sehr aktuelle Thematik handelt, habe ich als Hauptinformationsquelle das Internet genutzt. Literatur in klassischer Form ist leider zu diesem Thema zur Zeit kaum vorhanden. Beim Bezug von Informationen aus dem Internet wird daher speziell auf die Vertrauenswürdigkeit des Autors geachtet, um Fehlangaben in dieser Arbeit zu vermeiden. Welche Vorteile bringt Galileo? 20/21 Raphael Ulrich

21 QUELLEN Generaldirektion Energie und Verkehr: Galileo. URL: [Stand Feb 04]. Generaldirektion Energie und Verkehr: Anwendungen. URL: Generaldirektion Energie und Verkehr: Das Programm. URL: Generaldirektion Energie und Verkehr: Partner. URL: Generaldirektion Energie und Verkehr: Dokumente. URL: GPS-Infos Geschichtliches. URL: GPS-Infos Aufbau des GPS Systems. URL: GPS-Infos Umlaufbahnen. URL: GPS-Infos Bodenstationen. URL: GPS-Infos Bodenstationen. URL: European Space Agency What is Galileo. URL: European Space Agency Why Europe needs Galileo. URL: European Space Agency Who s involved in Galileo. URL: Welche Vorteile bringt Galileo? 21/21 Raphael Ulrich