Navigation: Ein altes Problem der Menschheit

Bereits die Menschen der Steinzeit nutzten die Sterne am Nachthimmel zur Orientierung, denn sie waren gute Naturbeobachter. Das genügte aber der sich ebenfalls schon vor Tausenden Jahren entwickelnden Seefahrt nicht mehr. Sie stellte immer höhere Anforderungen an die Navigation. Neben der Kenntnis der Sternbilder und der Bewegungen der Sterne am Himmel war nun auch die genaue Angabe der Zeit eine Voraussetzung für eine gute Navigation. Halfen den Seefahrern über viele Jahrhunderte ausschließlich mechanische und optische Instrumente, wie Kompasse, Sextanten oder Chronometer bei ihrer Orientierung auf See, kamen im 20. Jahrhundert schließlich die Funkwellen zu Hilfe. An geografisch genau definierten Orten wurden Sender errichtet, deren Funkwellen von Empfängern an Bord der Schiffe angepeilt werden können. Aus den Empfangsrichtungen von mindestens zwei Sendern kann schließlich der Standort des Schiffes bestimmt werden. Die Navigation wurde damit erstmals wetterunabhängig. Die Genauigkeit der Funkverfahren genügte jedoch den Militärs als auch der zivilen Schifffahrt nicht.

Satellitennavigation: Ein Quantensprung

In den 60er-Jahren platzierten die USA und die Sowjetunion deshalb ihre ersten militärischen Navigationssatelliten im Weltraum. Die auf der Erde befindlichen Empfänger waren noch mit Elektronenröhren bestückt und füllten ganze Schränke. Sie wurden zunächst nur bei den Seeflotten der beiden Supermächte eingesetzt, später auch in „abgespeckter“ Form, also mit geringerer Genauigkeit, in der zivilen Seefahrt.
Eine neue Generation von Navigationssatelliten der USA hat sich in den achtziger Jahren des letzten Jahrhunderts etabliert und wurde zum weltweiten Standard: das Global Positioning System (GPS). Es ermöglicht auch bei zivilen Anwendungen eine bis dahin undenkbare Genauigkeit, die im Bereich weniger Meter liegt, für militärische Anwendungen sogar noch genauer: ein Quantensprung in der Geschichte der Navigation. Dank der stürmischen Entwicklung der Elektronik genügen heute bereits Antennen und Empfänger, die in moderne Smartphones passen. Gleichzeitig sanken die Kosten für einfache Navigationsgeräte auf weniger als 100 Euro.
Diese Fakten haben dazu beigetragen, dass der Umfang der zivilen Anwendung heute die militärische bei weitem übertrifft. Navigation im Alltag ist zu einem lukrativen Milliardengeschäft geworden.

Wie funktioniert Satellitennavigation?

GPS ermöglicht es dem Benutzer, mit Hilfe eines Geräts für den Empfang von Signalen einer Satellitenkonstellation mit mindestens vier Satelliten seine zeitliche und räumliche Position jederzeit exakt zu bestimmen.
Das Funktionsprinzip ist einfach: Die Navigationssatelliten sind mit einer extrem genauen Atomuhr ausgerüstet. Die von ihnen gesendeten Signale enthalten Informationen über den Sendezeitpunkt und die Bahndaten der Satelliten. Das Empfangsgerät auf der Erde besitzt einen Speicher mit den übertragenen genauen Koordinaten der jeweiligen Satellitenumlaufbahn. Beim Empfang eines Signals kann somit der Satellit, von dem das Signal ausgestrahlt wurde, festgestellt sowie die Laufzeit des Signals und damit auch die Entfernung zum Sendesatelliten berechnet werden. Werden gleichzeitig Funksignale von mindestens vier Satelliten empfangen, ist durch entsprechende Berechnungen eine genaue 3-D Positionsbestimmung möglich.

Sicher ist: Satellitennavigationssysteme werden im täglichen Leben eine immer wichtigere Rolle spielen, so wie dies vor 30 Jahren bei Personalcomputern zu beobachten oder vor fünfzehn Jahren beim Internet der Fall war. Das unermessliche Anwendungs-Potenzial lässt sich heute nicht einmal abschätzen.