Galileo (Satellitennavigation)

Galileo ist der Name des europäischen Satellitennavigationssytems, das Ende 2010 betriebsbereit sein soll. Es basiert auf 30 Satelliten (27 plus drei Ersatz), die in einer Höhe von etwa 23.260 km die Erde umkreisen, und einem Netz von Bodenstationen, die die Satelliten kontrollieren. Taschenempfänger in der Größe eines Handys können aus den Funksignalen der Satelliten die eigene Position mit einer Genauigkeit von wenigen Metern bestimmen. Galileo ist für zivile Zwecke konzipiert und unterliegt nicht, wie das US-amerikanische GPS und das russische GLONASS, einer nationalen militärischen Kontrolle.

Der erste Testsatellit „Giove-A“ wurde am 28. Dezember 2005 um 6:19 Uhr MEZ auf dem Raumfahrtzentrum in Baikonur (Kasachstan) gestartet und hat um 13:51 in 23.222 km Höhe seinen planmäßigen Betrieb aufgenommen. Der Probebetrieb mit vier Satelliten ist für 2008 vorgesehen. Die Gesamtkosten für die Bereitstellung werden mit mindestens 3,6 Mrd Euro veranschlagt.

Geschichte

Galileo ist das erste von der Europäischen Union (EU) und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) gemeinsam durchgeführte Projekt und Teil des TEN-Verkehrsprojektes. Die Finanzierung der Entwicklungsphase wird von beiden Organisationen zu gleichen Teilen übernommen. Am 27. Mai 2003 einigten sich die Mitgliedsstaaten der ESA nach langen Differenzen über die Finanzierung.

Folgende Staaten außerhalb der Europäischen Union beteiligen sich ebenfalls:

China mit 280 Mio. Euro
Indien mit 200 Mio. Euro
Israel
Ukraine
Marokko
Schweiz (Mitglied der ESA) (liefert das 'Herz' von Galileo: extrem genaue Rb- u. H-Maser-Atomuhren)
Südkorea

Folgende Staaten verhandeln über eine Teilnahme (nach Alphabet) :

Projektphasen und Kosten

Planung (Erste und zweite Phase)

Die erste Projektphase zur Definition der Aufgaben finanziert die ESA mit ca. 100 Mio EUR. Die Planungs- und Definitionsphase schloß mit dem Start und der Inbetriebnahme zweier Testsatelliten und der zugehörigen Bodenstationen im Januar 2006 ab. Der Test der Sendefrequenzen musste vor dem 10. Juni 2006 erfolgen, weil sonst die Reservierung für die Galileo-Frequenzbänder bei der ITU verfallen wäre. Mit der Entwicklung, Start und Test von vier Galileo-Satelliten (In Orbit Validation IOV) endet die zweite Phase.

Technische Daten der Satelliten:

Testsatellit 1

{|border="0" cellpadding="0" cellspacing="3" Bezeichnung: Giove-A (ital. Jupiter, bzw. Galileo In-Orbit Validation Element), bisherige Bezeichnung: GSTB-v2 A (Galileo System Test Bed) Nutzlast: Signalgenerator, Rubidium-Atomuhren Hersteller: Surrey Satellite Technology Startmasse: 600 kg Leistung: 700 W Größe: 1,3 m × 1,8 m × 1,65 m Gestartet: 28. Dezember 2005 6:19 Uhr MEZ Träger: Sojus-FG/Fregat

Testsatellit 2

{|border="0" cellpadding="0" cellspacing="3" Bezeichnung: Giove-B, bisherige Bezeichnung GSTB-v2 B Nutzlast: Signalgenerator, Rubidium- und Wasserstoffmaser-Atomuhren Hersteller: Galileo Industries Startmasse: 523 kg Leistung: 943 W Größe: 0,955 m × 0,955 m × 2,4 m Starttermin: Herbst 2006 Träger: Sojus-Fregat

Galileo-Satellit (zum Vergleich)

{|border="0" cellpadding="0" cellspacing="3" Hersteller: Galileo Industries Startmasse: 680 kg Leistung: 1500 W (nach 12 Jahren) Größe: 2,7 m × 1,2 m × 1,1 m Starttermin: 2008 Träger: Ariane 5, Sojus-Fregat Lebensdauer: über 12 Jahre Spannweite
Solarpannels: 14,8 m

Technische Daten der Test-Bodenstationen

{|border="0" cellpadding="0" cellspacing="3" Bezeichnung: GSTB-V1 Sensor Stations Network Anzahl:

Die Kosten der zweiten Phase (Entwicklungsphase) von voraussichtlich 1,5 Mrd Euro tragen die Europäische Union und ESA gemeinsam.

Innerhalb der ESA übernehmen Deutschland, Italien, Frankreich und Großbritannien jeweils 17,5 Prozent. Spanien trägt zehn Prozent der Kosten. Belgien zahlt 26,5 Mio. Euro, der Rest wird unter den übrigen 15 ESA-Mitgliedsstaaten aufgeteilt. Die übrigen 750 Mio. Euro kommen aus dem Haushalt für transeuropäische Netze der Europäischen Union (TEN). An TEN ist Deutschland über seine EU-Beitragszahlungen mit zirka 25 Prozent beteiligt und ist damit der größte Geldgeber für das Projekt.

Die Phase C/D umfasst den Betrieb von 3 bis 4 funktionstüchtigen Satelliten, dem Raumsegment, und der Boden-Betriebseinrichtungen, dem Bodensegment. Das Bodensegment besteht aus untereinander vernetzten Empfangs- und Sendestationen (siehe dritte Phase).

Fertigstellung (Dritte Phase)

In der dritten Phase, der Errichtungsphase, wird das System fertig gestellt. Alle 30 Satelliten sind dann betriebsbereit und kommunizieren mit dem Bodensegment. Die Kosten werden auf mind. 2,5 Mrd. Euro veranschlagt, die der private Konzessionär (siehe unten) zu 70 Prozent, die öffentlichen Haushalte zu 30 Prozent übernehmen sollen (Public Private Partnership).

Das komplette Bodensegment umfasst:

zwei gleichberechtigte Kontrollzentren (GCC) in Oberpfaffenhofen (Deutschland) und eines in Fucino (Italien)
zwei Performance-Center, die die Signalqualität evaluieren. Voraussichtlich werden sie an den Standorten der GCC eingerichtet.
ein Kontrollzentrum in Spanien, das das Safety-of-Life-Signal kontrolliert und zusätzlich als Reserve-GCC dient.
fünf Satelliten-Kontrollstationen (TTC) für die Satellitenkommunikation mit 13-Meter-Antennen im S-Band (2-GHz).
30 Signalkontroll-Empfangsstationen (GSS) zur Erfassung der Galileo-Signale im L-Band. Verrechnung der Daten alle zehn Minuten.
neun Up-link-Stationen (ULS) zur Aktualisierung der ausgestrahlten Galileo-Navigationssignale, Kommunikation mit 3-Meter-Antennen im C-Band (5-GHz). Ausstrahlung von Satellitenpositions- und Zeitkorrekturen alle 100 Minuten.

Betrieb (Vierte Phase)

Die vierte Phase umfasst den Betrieb und die Wartung des Systems. Man rechnet mit Betriebskosten von ca. 220 Mio. Euro pro Jahr, die ab 2008 ebenfalls der Konzessionär über Public Private Partnership (PPP) aufbringen soll. Möglicherweise tritt die EU mit einer Mrd. Euro für die Jahre 2007–2013 (= 150 Mio. Euro/Jahr) in Vorleistung.

Aufsichts-Organisationen und Betreiber

Am 25. Mai 2003 gründeten die EU und ESA das gemeinsame Unternehmen Galileo Joint Undertaking (GJU). Es koordiniert die Entwicklung des Galileo-Systems. Dazu gehören die ersten beiden Testsatelliten GSTB-V2 (Giove A und B), die Inbetriebnahme der ersten vier Satelliten der Konstellation in der IOV-Phase (In Orbit Validation) und die Integration von EGNOS in Galileo.

Das GJU wählt den Konzessionär für die Aufbau- und Betriebsphase von Galileo in einem offenen, mehrstufigen Ausschreibungsverfahren für die Dauer von 20 Jahren aus. Als Ergebnis des Ausschreibungsverfahrens liegt seit Oktober 2005 dem GJU das gemeinsame Angebot der beiden zunächst konkurrierenden Konsortien Eurely und iNavSat vor. Die detaillierten Vertragsverhandlungen beginnen im Januar 2006. Das Konzessionskonsortium vereinigt die Unternehmen (Stand Dez. 2005):

Aena (öffentliche spanische Einrichtung, die u. a. für Flugsicherung und Flughafenmanagement zuständig ist)
Alcatel
EADS Space
Finmeccanica
Hispasat
Inmarsat
Thales
Teleop (von T-Systems, DLR, EADS und bayerische Förderbank LfA für den Galileo-Betrieb gegründete Firma)
sowie dutzende weiterer assoziierter Unternehmen.

Der Sitz der Betreibergesellschaft (Galileo Operating Company) wurde nach langem Ringen auf Frankreich (Toulouse) und England (London) aufgeteilt. Das Zentrum in Toulouse ist für die Verwaltung und Geschäftsentwicklung zuständig, während in London die Betriebsverantwortung wahrgenommen wird. Während der Entwicklungsphase ist das Unternehmen Galileo Industries Hauptauftragnehmer der ESA, die die System Anforderungen und Spezifikationen erstellt hat. Es baut unter anderem den Testsatelliten Giove-B.

Nach Abschluss der Vorbereitungsphase wird das GJU voraussichtlich 2006 aufgelöst. Die Behörde Galileo Supervisory Authority (GSA) übernimmt ihre Aufgaben und überwacht den Betrieb von Galileo. Im Mai 2005 wurde der Portugiese Pedro Pedreira als Direktor berufen, weitere Entscheidungen über den Ausbau (Größe, Sitz) stehen noch aus (Stand: September 2005).

In Deutschland wurde die TeleOp GmbH mit Firmensitz in Oberpfaffenhofen/Weßling von T-Systems, DLR, EADS und bayerischer Förderbank LfA als Anteilseigner der Galileo-Konzession und für die Durchführung des Galileo-Betriebs gegründet.

Satellitenbahn

30 Satelliten umkreisen die Erde auf drei Bahnebenen mit einer Inklination von 56° in einer Walker-Konstellation (27/3/1). Pro Bahnebene sind neun Satelliten vorgesehen, zusätzlich ein Reservesatellit. Sie haben einen Abstand von 40° mit einer Abweichung von maximal 2°, entsprechend 1000 km. Bei einer Höhe von 23.616 km benötigen die Satelliten zehn Tage, um nach 17 Umläufen den Ausgangspunkt wieder zu erreichen.

Prinzip der Positionsbestimmung über Satelliten

siehe GNSS

Dienste

Der Offene Dienst (Open Service, OS) soll frei und kostenlos zugänglich sein. Er liefert Daten über die eigene Position mit einer Genauigkeit von wenigen Metern und die Uhrzeit mit der Genauigkeit einer Atomuhr (besser als 10^-13). Weil der OS zwei Sendefrequenzen benutzt und damit Ionosphärenstörungen korrigieren kann, ist die Positionsbestimmung genauer als bei GPS. Die höhere Anzahl von Satelliten, 27 gegenüber 24 bei GPS, soll die Empfangsabdeckung in Städten von 50 Prozent auf 95 Prozent steigern.
(Frequenzbänder: 1164–1214 MHz und 1563–1591 MHz)

Der Kommerzielle Dienst (Commercial Service, CS) ermöglicht die zusätzliche Übertragung von kostenpflichtigen Navigationsdaten (Übertragungsrate von ca. 500 bit/s), beispielsweise Korrekturdaten zur Steigerung der Positionsgenauigkeit um ein bis zwei Größenordnungen.
(Frequenzbänder: 1164–1214 MHz, 1260–1300 MHz und 1563–1591 MHz)

Der Safety-of-Life-Dienst (SoL) steht sicherheitskritischen Bereichen zur Verfügung, z. B. dem Luft- und dem Schienenverkehr. Er warnt die Nutzer innerhalb von sechs Sekunden, wenn das System wegen Positionierungsfehler nicht genutzt werden sollte.
(Frequenzbänder: 1164–1214 MHz und 1563–1591 MHz)

Der Staatliche Dienst (Public Regulated Service, PRS) steht ausschließlich hoheitlichen Diensten zur Verfügung, also Polizei, Küstenwache oder Geheimdienst. Als Dual-Use-System wird es unter Umständen auch Kunden aus dem militärischen Bereich ansprechen.
(Frequenzbänder: 1260–1300 MHz und 1563–1591 MHz)

Der Such- und Rettungsdienst (Search And Rescue, SAR) erlaubt die weltweite Ortung von Hilfsanfragen, z. B. von Schiffen, die in Seenot geraten sind. Auch ein einfacher Dialog mit der Rettungsstelle soll möglich sein. Der Dienst arbeitet mit COSPAS-SARSAT zusammen und verbessert die Schnelligkeit und Genauigkeit der Positionsbestimmung.

Signal

Galileo nutzt gemeinsam mit GPS das Frequenzband L1 bei 1575,42 MHz und L5 bei 1176 MHz. Das Band L2 bei 1227,6 MHz steht GPS allein zur Verfügung, für Galileo ist es das Band E6 bei 1278,75 MHz. Das Spektrum zeigt das erste Testsignal von Giove-A, das eine Hochgewinn-Antenne im Januar 2006 empfangen hat.

Die Sendeleistung der Satelliten in 20.000 km Entfernung ist so gering, dass ein Navigationsempfänger, ausgestattet mit einer einfachen Stabantenne, fast nur Rauschen sieht. Er empfängt nicht nur das Signal eines Satelliten, sondern von mindestens vier, deren Signale dopplerverschoben sind. Hinzu kommen die Ausstrahlungen von GPS-Satelliten auf den gleichen Frequenzen.

Die Rückgewinnung der Navigationsdaten gelingt, da die Signale über einen großen Frequenzbereich gespreizt sind. Auf einer Frequenzbreite von 1 MHz, auf der sich rauschfrei 30 Mbps übertragen ließen und die Platz böte für mehr als 5 Radiostationen, sendet Galileo mit einer Bitrate von 50 bps, das sind 5-10 Buchstaben pro Sekunde.

Die Tabelle listet die Frequenzbänder, Frequenzen und Modulationsverfahren auf, die Galileo zur Verfügung stehen. Die beiden Peaks des L1-Signals sind im Spektrum beschriftet, genauso die Seitenmaxima der Frequenzen E1 und E2. Die blauen Pfeile markieren die Lage der GPS-Signale im L1-Band. Dank der unterschiedlichen Modulation (BOC, BPSK) ist das Übersprechen der Signale gering.

Dienste und Frequenzen Band Frequenzname Modulation Mittenfrequenz/Maxima(1) Frequenzbreite Einsatz Galileo L1 1575,42 L1B, L1C BOC(1,1) +-1,023 1 OS, CS, SOL E1, E2 BOC(15,2.5) +-15,345 2,5 PRS L5 1191,795 E5a, E5b altBOC(15,10) +-15,345 10 OS, CS, SOL(E5b) E6 1278,75 E6b BPSK(5) 0 5 CS E6a BOC(10,5) 10,23 5 PRS GPS zum Vergleich: L1 C/A BPSK(1) 1575,42 civil P(y) BPSK(10) military (encrypted) M-Code BOC(10,5) new military L2 C/A BPSK(1) new civil P(y) BPSK(10) military (encrypted) M-Code BOC(10,5) new military L5 new Civil BPSK(10) very new civil (1) Mittenfrequenz des Frequenzbandes, Lage der Maxima bezogen auf Mittenfrequenz (in MHz).

Kompatibilität mit GPS

Nach jahrelangen Verhandlungen unterzeichneten am 26. Juni 2004 während des USA-EU-Gipfels in Newmarket-on-Fergus (Irland) der (damalige) US-Außenminister Colin Powell und der amtierende Vorsitzende der EU-Außenminister Brian Cowen einen Vertrag über die Gleichberechtigung der Satellitennavigationssysteme GPS, GLONASS und Galileo. Darin wird vereinbart, dass Galileo zu GPS kompatibel sein wird. Damit werden nach Abschluss des Aufbaus von Galileo insgesamt etwa 60 Satelliten zur Navigation zur Verfügung stehen.

Voraussetzung für den Abschluss des Vertrages war, dass die EU auf das präzisere Datenübertragungssystem BOC 1.5 (Binary Offset Carrier) verzichtet und stattdessen auch für die zukünftigen GPS-Satelliten vorgesehene BOC 1.1 zu verwenden. Dadurch ist sichergestellt, dass eine Störung des Galileo-Signals nicht gleichzeitig zu einer Störung des militärischen Signals von GPS führt, was andererseits dem US-Militär ermöglicht, das Galileo-Signal bei Bedarf zu stören, ohne das eigene GPS-Signal zu beeinträchtigen.

Das Projekt Gate ermöglicht den Test von Galileo-Empfängern. Es betreibt im Raum Berchtesgaden terrestrische Funkanlagen, die Signale aussenden, wie sie später von Galileo erwartet werden.

Galileo Abkürzungen

Das "Projekt Galileo" ist sehr gross und es sind dutzende verschiedener Institutionen daran beteiligt. Dementsprechend gibt es viele Bezeichnungen für all die Teilprojekte, Projektphasen, Geschäftsfelder und Infrastrukturen. Hier sollen deren wichtigsten Abkürzungen aufgelistet werden:

GCC (Galileo Control Center): Hauptkontrollzentren des Bodensegments
GCS (Ground Control Segment): Einheit der Bodenstation, die zuständig ist für den Betrieb der Satelliten
GJU (Galileo Joint Undertaking): ESA/EU Kontrollorgan zur Vorbereitung von Galileo
GMS (Ground Mission Segment): Einheit der Bodenstation, die zuständig ist für die Bereitstellung der Navigationssignale
GRR (Galileo Ground Reference Receiver): Bezugsgrößen für die empfangenen Navigationssignale, um daraus Korrektursignale abzuleiten.
GSS (Galileo Sensor station): Kontroll-Empfangsstationen für Navigationssignale, die untereinander in Kontakt stehen (über Kabel oder Satellit)
GSTB-v2 A + B (Galileo System Test Bed v2): Zwei Testsatelliten zur Vorbereitung der Galileo Frequenzbereiche
GSTB-V1 (Galileo System Test Bed v1): Test-Infrastruktur für das Galileo-System
GSA (Galileo Supervisory Authority): Galileo Kontrollbehörde
IPF (Integrity Processing Facility): Kontrolle der Galileo-Navigationsdatenintegrität
OD&TS (Orbit Determination and Time Synchronisation): Bahnbestimmung und Zeitsynchronisierung für die Konsistenz der ausgestrahlten Galileo-Satellitendaten übertragen.
TTC (telemetry, tracking, and command): Satellitenbahnverfolgung und Satellitensteuerung
ULS (Up-Link Stations): Bodenstationen, die die Galileo-Satelliten mit aktuellen Positionierungsdaten versorgen

Weitere Abkürzungen:

SCF: Satellite Control Facility
SPF: Service Products Facility
MUCF: Mission Control& Uplink Scheduling Facility
MSF: Mission Support Facility
MGF: Message Generation Facility
PTF: Precision Timing Facility
GACF: Ground Assets Control Facility
KMF: Key Management Facility
OSPF: Orbit and Synchronisation Processing Facility

Siehe auch

In der Presse

Weblinks

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