Das zivile europäische Satellitennavigationssystem GALILEO Das zivile europäische Satellitennavigationssystem

Geschichte von GALILEO erste Vorschläge innerhalb der ESA als Teil des Global Navigation Satellite System (GNSS) 1994 wurde der European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS) durch die ESA, die Europäische Kommission und Eurocontrol (europäische Flugsicherung) vorgeschlagen und im Oktober 1998 durch die ESA Mitgliedsstaaten angenommen im Mai 1999 bewilligte die ESA das GALILEOSat Programm das EU Verkehrsministerium bestätigte im Juni 1999 einen ersten Entwurf die Entwicklung von GALILEO wurde im November 2001 durch die ESA genehmigt und im März 2002 durch das EU Verkehrsministerium am 27. Mai 2003 einigten sich die ESA Mitgliedsstaaten über die Konditionen der Teilnahme am GALILEO-Programm

Phasen von GALILEO Planung und Aufbau des komplexen Satellitensystems mit 30 Raumflugkörpern im Weltraum sowie der dazugehörigen Bodeninfrastruktur erfolgen in vier überschaubaren Etappen: 2003: Planungs- und Definitionsphase 2003-2007: Entwicklungs- und Testphase 2007-2008: In-Orbit-Validierungsphase bis Ende 2010: Errichtungsphase

Phasen von GALILEO Entwicklungs- und Testphase Kosten-Nutzen-Analyse festlegen von Forschungsaufgaben Gewährleistung der Sicherheit des Systems notwendige Schritte zur Zuweisung von Funkfrequenzen Prüfung der Integration von EGNOS Entwurf von Vollmachten und Verträgen zur Zusammenarbeit mit der USA und Russland

Phasen von GALILEO Entwicklungs- und Testphase Marktanalyse

Phasen von GALILEO Planungs- und Definitionsphase die ESA hat am 9. November 2005 den beiden Testsatelliten die Namen GIOVE A und GIOVE B gegeben (GALILEO In-Orbit Validation Element), sie entsprechen in ihrem Aufbau und der Ausrüstung noch nicht komplett den späteren Serienraumflugkörpern, sie werden später auch nicht in das Weltraumsegment integriert Überprüfung der Ausrüstung der späteren Seriensatelliten, des Zusammenwirkens mit Bodenstationen sowie der projektierten Parameter der Navigationssignale Sicherung der von der Internationalen Telekommunikations-Union (ITU) an GALILEO vergebenen Frequenzen (da sonst am 10. Juni 2006 die Reservierung verfällt)

Phasen von GALILEO Planungs- und Definitionsphase Erprobung der Atomuhr-Typen und Charakterisierung ihrer Daten GIOVE A nur mit Rubidium-Uhr, GIOVE B wird auch die Maser-Uhr testen, sie wird die genaueste Uhr sein, die jemals in den Weltraum gebracht wurde wenn die Uhren erfolgreich arbeiten, kann der Signalgenerator eingeschaltet werden und verschiedene Testsignale ausstrahlen, GIOVE A überträgt Signale in zwei Kanälen, GIOVE B in drei Kanälen

Phasen von GALILEO Planungs- und Definitionsphase zwei wissenschaftliche Instrumente an Bord führen auch Messungen der Strahlung und anderer Charakteristiken in der Umgebung der Testsatelliten durch die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die endgültige Gestaltung des Gesamtsystems und seiner Elemente ein GIOVE A ist am 28. Dezember 2005 mit einer Sojus-Trägerrakete von Baikonur aus gestartet, GIOVE B folgt im Jahre 2006

Phasen von GALILEO Planungs- und Definitionsphase Technische Daten der Satelliten GIOVE A (erster Testsatellit) Abmessungen: 1,30m x 1,74m x 1,40m Startmasse: 450kg Nutzlast: Rubidium-Atomuhren, Signalgenerator Elektrische Leistung: 660W Hersteller: Surrey Satellite Technology Start: 28. Dezember 2005 Startort: Kosmodrom Baikonur Träger: Sojus-Fregat

Phasen von GALILEO Planungs- und Definitionsphase Technische Daten der Satelliten GIOVE A montiert auf der Sojus-Fregat-Oberstufe

Phasen von GALILEO Planungs- und Definitionsphase Technische Daten der Satelliten GIOVE B (zweiter Testsatellit) Abmessungen: 0,95m x 0,95m x 2,40m Startmasse: 523kg Nutzlast: Rubidium- und Wasserstoffmaser-Atomuhren, Signalgenerator Elektrische Leistung: 943W Hersteller: Galileo Industries Start: 2006 Startort: Kosmodrom Baikonur Träger: Sojus-Fregat

Phasen von GALILEO Planungs- und Definitionsphase Technische Daten der Satelliten Galileo IOV (die ersten vier Satelliten) Abmessungen: 2,70m x 1,20m x 1,10m Spannweite der Solarpanels: 13m Startmasse: 680kg Elektrische Leistung: 1500W (nach 12 Jahren) Lebensdauer (mindestens): 12 Jahre Hersteller: Galileo Industries Start: ab 2008 Startort: Kosmodrom Baikonur Träger: Sojus-Fregat (für weitere Satelliten auch Ariane 5)

Phasen von GALILEO In-Orbit-Validierungsphase Aufbau eines Systems mit vier operationellen GALILEO-Satelliten, die bereits dem späteren Serientyp entsprechen, sie werden mit zwei Doppelstarts 2007/08 in den Weltraum befördert die Satelliten werden so positioniert, dass zwei von ihnen in der „Bahnebene 1“ und zwei in der „Bahnebene 2“ Platz finden zusammen mit einem Teil der Bodeneinrichtungen und einem Netzwerk von Testempfängern wird mit diesen vier Satelliten sowohl das grundlegende Weltraumsegment als auch das zugehörige Bodensegment des GALILEO-Systems überprüft Analyse der Systemleistung, um nötige Verbesserungen rechtzeitig einführen zu können außerdem prüfen die Ingenieure die Verarbeitungsstrategien für die Navigations- bzw. Integritätsnachrichten sowie die Genauigkeit der empfangenen Messdaten

Phasen von GALILEO Errichtungsphase zügiger Aufbau des Gesamtsystems in allen drei Bahnebenen die Satelliten sollen dabei möglichst mit Raketen des Typs Ariane 5 gestartet werden, denn nur sie kann gleichzeitig acht GALILEO-Satelliten in die hohen Umlaufbahnen befördern neben dem Weltraumsegment wird auch das Bodensegment fertig ausgebaut, so dass Ende 2010 mit dem Regelbetrieb begonnen werden kann

Phasen von GALILEO Errichtungsphase die Satelliten auf den drei Bahnebenen

Phasen von GALILEO Errichtungsphase Achtfachstart der Satelliten mit der Ariane 5

Dienste von GALILEO GALILEO bedient mit fünf speziellen Diensten alle Regionen der Welt rund um die Uhr Der offene Dienst (Open Service, OS) OS resultiert aus einer Kombination offener Signale, die vom Nutzer gebührenfrei empfangen werden und – was die Genauigkeit der Standort- und Zeitbestimmung angeht – bisherige Angebote qualitativ übertreffen. Auf der Basis von OS werden kostenlose Dienste von allgemeinem Interesse zu Ortungs-, Navigations- und Zeitsynchronisationszwecken aufgebaut.

Dienste von GALILEO Der kommerzielle Dienst (Commercial Service, CS) Der kommerzielle Dienst bietet Zusatzinformationen zur Aufwertung von Produkten und Leistungen verschiedenster Anbieter. Dieser gebührenpflichtige Dienst soll einer Zugangskontrolle unterliegen. Er ist für den professionellen Endanwender gedacht, wie beispielsweise in den Bereichen Vermessungswesen, Netzsynchronisation oder Flottenmanagement. Dieser Dienst umfasst ferner eine begrenzte Übertragungskapazität für Nachrichten von Servicezentren an Nutzer (in der Größenordnung von 500 Bits pro Sekunde). Neu ist: Gegenüber dem Nutzer werden Haftungsverpflichtungen eingegangen.

Dienste von GALILEO Der sicherheitskritische Dienst (Safety of Life Service, SoL) Dieser weltweit verfügbare, jedoch verschlüsselte, Dienst steht Nutzergruppen offen, bei denen die garantierte Genauigkeit ein wesentliches Merkmal darstellt. Das betrifft vor allem die Bereiche des Verkehrswesens (Luft- und Schifffahrt, Schienenverkehr). Für die Kontinuität dieses Dienstes wird eine Garantie gegeben.

Dienste von GALILEO Der öffentliche regulierte Dienst (Public Regulated Service, PRS) Der zugriffsgeschützte, verschlüsselte und störresistente Dienst wird von staatlichen Stellen genutzt, wie z.B. Polizei, Zoll und Sicherheitsorganen. Er dient hoheitlichen Aufgaben der EU-Staaten. Der PRS-Dienst muss ständig und unter allen Umständen in Betrieb sein, insbesondere in Krisensituationen. Ein wesentlicher Faktor für den PRS-Dienst ist die Signalstabilität, die den Dienst gegen Störsender und elektronische Täuschungen schützt.

Dienste von GALILEO Der Such- und Rettungsdienst (Search and Rescue, SAR) Der SAR-Dienst ermöglicht den Empfang von Notrufen von beliebigen Standorten auf der ganzen Erde praktisch in Echtzeit, die exakte Positionsbestimmung der Warnmeldungen auf wenige Meter anstelle der derzeitigen Genauigkeit von 5 km erlaubt. Er ermöglicht auch Rückmeldungen an den Geschädigten. Der Dienst unterstützt bereits vorhandene SAR-Systeme wie z.B. COSPAS-SARSAT.

Dienste von GALILEO die verschiedenen Dienste bei Galileo und deren wichtigste Parameter Dienst Open Service Commercial Services Public Regulated Services Abdeckung global local Genauigkeit 15 bis 30m (eine Frequenz); 5 bis 10m (zwei Frequenzen) 5 bis 10m (zwei Frequenzen) 10cm bis 1m 4 bis 6m (zwei Frequenzen) 1m Verfügbarkeit 99% bis 99,9% Signalintegritäts-Information nicht generell nötig Zusatzdienst implementiert

Dienste von GALILEO Frequenzzuweisungen für die Navigationssatelliten-Systeme GPS, GLONASS und GALILEO Bezeichnung Frequenz-Band System Bemerkung zu Diensten L1 L1-Band 1559 – 1610MHz GPS in Nutzung G1 GLONASS L2 L2-Band 1215 – 1260 MHz G2 E1 GALILEO geplant für SoL E2 geplant für OS L5 L5/E5-Band 1164 – 1215 MHZ GPS III geplant E4 geplant für CS E5 E6 E6-Band 1260 – 1300 MHz

Architektur von GALILEO Weltraumsegment besteht nach vollständigem Ausbau aus 30 Satelliten, die gleichmäßig auf drei kreisförmigen Bahnebenen in etwa 23 600 km Höhe verteilt sind und mit dem dazugehörigen terrestrischen Kontrollsegment eine globale Abdeckung garantieren die Bahnneigung der Ebenen zum Äquator beträgt 56 Grad auf jeder Ebene befinden sich neun jeweils um 40 Grad versetzt fliegende Satelliten, ein zehnter Satellit wird als Reserve in der jeweiligen Bahnebene vorgehalten die Abweichung eines Satelliten von seinem Platz innerhalb der Bahnebene darf höchstens 2 Grad betragen, das entspricht etwa 1000km

Architektur von GALILEO Weltraumsegment mit dieser Satellitenkonstellation wird erreicht, dass stets mindestens vier Satelliten, in der Regel jedoch sechs bis acht, für den Nutzer des GALILEO-Systems Daten liefern können insgesamt bilden also 27 operationelle GALILEO-Satelliten das europäische Navigationssatellitensystem im Weltraum aus der hohen Umlaufbahn resultiert eine geringe Winkelgeschwindigkeit der Satelliten, was eine längere Sichtbarkeit über dem Erdhorizont bedeutet, außerdem treten in dieser Höhe keine störenden Wechselwirkungen mit der Erdatmosphäre auf, so dass nur selten Korrekturmanöver erforderlich sind, damit kann ein zuverlässiger Betrieb über viele Jahre gewährleistet werden.

Architektur von GALILEO Bodensegment Kern des Bodensegments bilden zwei GALILEO-Kontrollzentren in Deutschland sowie in Italien das künftige GALILEO-Hauptkontrollzentrum wird am DLR-Standort Oberpfaffenhofen errichtet und von dort aus der Regelbetrieb der 30-Satelliten-Konstellation über mindestens 20 Jahre hinweg durchgeführt ein umfassendes zweites GALILEO-Kontrollzentrum mit eigenen Aufgaben für den Regelbetrieb soll in Fucino (Italien) entstehen, es fungiert auch bei auftretenden Problemen als Backup-Einrichtung

Architektur von GALILEO Bodensegment die Positionierung der 30 Satelliten werden das Europäische Satellitenkontrollzentrum ESA/ESOC in Darmstadt sowie das französische Raumfahrtzentrum der CNES (Centre National d'Etudes Spatiales) in Toulouse zu jeweils gleichen Anteilen übernehmen im Geiste eines "Netzwerks der Satellitenkontrollzentren" wird dabei versucht, die zahlreichen anspruchsvollen Arbeitsaufgaben der Start- und Testphasen von GALILEO auf Europas wichtigste Operationskompetenzzentren zu verteilen

Architektur von GALILEO Bodensegment europäisches Satellitenkontrollzentrum ESA/ESOC in Darmstadt

Architektur von GALILEO Bodensegment das GALILEO-Kontrollzentrum ist in zwei Hauptbereiche gegliedert, das so genannte Ground Control Segment (GCS) und das Ground Mission Segment (GMS) Ground Control Segment ist für die grundsätzliche Funktionstüchtigkeit der GALILEO-Satelliten und ihre korrekten Umlaufbahnen verantwortlich, hierfür stehen fünf global verteilte Satelliten-Kontrollstationen zur Verfügung, die über 13 Meter-Antennen im S-Band (2,6 – 3,95 GHz) wechselseitig Daten über den Zustand der Raumflugkörper empfangen und Kommandos senden

Architektur von GALILEO Bodensegment Das Ground Mission Segment ist für die Lieferung korrekter Navigationssignale und die Überwachung der Integrität verantwortlich, dabei wird überprüft, ob sich das ausgehende Signal innerhalb vorgegebener Toleranzen befindet, weicht es ab, erhalten die Nutzer spätestens nach sechs Sekunden eine Information über fehlerhafte oder fehlende Signale, das gesendete Navigationssignal setzt sich aus der Zeit der Atomuhr an Bord, den präzisen Orbitdaten des Satelliten und Integritätsinformationen zusammen

Architektur von GALILEO Bodensegment zur Ermittlung der nötigen Daten werden über ein Netzwerk von 40 GALILEO Sensor Stations (GSS) die Signale aller Satelliten ständig im L-Band (1 – 2,6 GHz) von speziellen Referenz-Empfängern erfasst, die dabei gewonnenen Daten erhält ein Computer des GMS, wo zusammen mit weiteren Informationen (Zeitsignal der Bodenstationsuhren, Ionosphärendaten u.a.) die neuen Orbitdaten jedes Satelliten ermittelt werden, außerdem erfolgt ein Abgleich aller Borduhren mit der Uhr der Kontrollstation, eine Vorhersage der Bahnverläufe für die nächsten Stunden und die Bewertung der Integrität aller Satellitensignale, die Berechnung wird alle zehn Minuten durchgeführt, die Ergebnisse der Berechnungen werden über neun UpLink-Stationen (ULS) mittels 3 Meter-Antennen im C-Band (3,95 – 5,8 GHz) zu den Satelliten übertragen, so dass diese wieder über die korrekten Navigationsinformationen verfügen

Unterschied von GALILEO zu bisherigen Satellitennavigationssystemen die beiden bisher existierenden Systeme sind GPS (USA) und GLONASS (Russland), beide wurde nach militärischen Gesichtspunkten entwickelt, wobei GLONASS bisher noch im Aufbau befindlich ist und keine zivilen Anwendungen hervorgebracht hat, somit ist GALILEO die einzige Alternative zur faktischen Monopolstellung des GPS-Systems

Unterschied von GALILEO zu bisherigen Satellitennavigationssystemen GALILEO hat gegenüber GPS mehrere Vorteile es ist unter zivilen Aspekten konzipiert und erstellt, weist aber auch den aus Sicherheitsgründen nötigen Schutz auf anders als GPS bietet GALILEO daher für bestimmte der vorgeschlagenen Dienste rechtliche Funktionsgarantien es basiert auf derselben Technologie wie GPS und ist aufgrund der Struktur der Satellitenkonstellation und der vorgesehenen Bodensysteme für die Kontrolle und das Management noch genauer es ist zuverlässiger, da es eine „Integritätsmeldung" umfasst, die den Nutzer unmittelbar über auftretende Fehler informiert außerdem wird GALILEO im Gegensatz zu GPS ohne Schwierigkeiten in Städten und in Gebieten hoher geografischer Breite empfangen werden können es stellt eine echte öffentliche Dienstleistung dar und bietet als solche eine Garantie der Dienstekontinuität für bestimmte Anwendungen GPS-Signale waren in den letzten Jahren mehrmals unfreiwillig oder absichtlich nicht verfügbar, teilweise ohne Vorwarnung

Unterschied von GALILEO zu bisherigen Satellitennavigationssystemen GALILEO hat gegenüber GPS mehrere Vorteile Empfang in Städten und in Gebieten hoher geografischer Breite

Unterschied von GALILEO zu bisherigen Satellitennavigationssystemen GALILEO stellt jedoch auch eine Ergänzung des GPS dar die harmonische Nutzung der beiden Infrastrukturen („double source") bringt echte Vorteile hinsichtlich der Genauigkeit und hinsichtlich der Sicherheit beim Ausfall eines der beiden Systeme die Existenz zweier unabhängiger Systeme ist für alle Nutzer von Vorteil, die sowohl die GPS-Signale als auch die GALILEO-Signale mit ein und demselben Empfänger nutzen können

Unterschied von GALILEO zu bisherigen Satellitennavigationssystemen mit der Kompatibilität zu GPS ergibt sich auch ein möglicher Nachteil für GALILEO Voraussetzung für den Abschluss des Vertrages über die Kompatibilität von GPS und GALILEO 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

Unterschied von GALILEO zu bisherigen Satellitennavigationssystemen die Europäische Kommission und ESA legen großen Wert auf die ergänzende und komplementäre Beziehung zwischen Galileo und GPS, um den Nutzern weltweit verbesserte und sicherere Dienste bieten zu können, dies zeigt sich mit dem EGNOS Programm, mit dem die in Europa von den Satellitenkonstellationen GPS und GLONASS gebotenen Dienste erheblich verbessert werden das seit 1994 entwickelte EGNOS erhöht die Zahl der GPS-Signale und ergänzt sie durch eine Differentialkorrektur und eine Integritätsmeldung, EGNOS soll auch in GALILEO integriert werden

Anwendungsbeispiele von GALILEO Anwendung von Galileo-Navigationssatelliten 1. Industrie Landwirtschaft Landkartenerstellung Photogrammetrie (Bildmessung) Sicherheitsdienste Telekommunikation 2. Wissenschaft Archäologie Atmosphärenforschung Geodäsie (Erdmessung, Landes- und Katastervermessung) Ozeanografie

Anwendungsbeispiele von GALILEO Anwendung von Galileo-Navigationssatelliten 3. Transportwesen individueller Straßenverkehr Flottenmanagement von Lkws, Bussen und Eisenbahnwaggons Schiffsverkehr Raumfahrt Rettungsdienste 4. Freizeit und Sport Segeln Bergsteigen Radtouren u.ä. Golf

Anwendungsbeispiele von GALILEO Anwendung von Galileo-Navigationssatelliten 5. Militärwesen Marine (Schiffe und U-Boote) Flugzeuge »intelligente« Munition Raketen, Satelliten 6. Behörden und Umweltschutz Geo-Informationssysteme Ortung gestohlener Fahrzeuge