Karte zücken oder Passanten fragen. Was wäre die Welt ohne GPS?

Im Docusign eBook – Die Geschichte von 50 Innovationen wird als Hommage an die Erfinder, die unsere Gesellschaft geprägt haben, die Geschichte der Innovation zusammengefasst. Im folgenden Artikel wollen wir ein Thema des eBooks „Das GPS“ wieder aufgreifen, interessante Hintergrundinformationen dazu vermitteln und der Frage nachgehen, welche Innovation dieses Navigationssystem auszeichnet: 

Urlaub fahren damals

Das waren noch Zeiten. Man war mit dem Auto im Urlaub unterwegs. Irgendwo in Spanien. Mit an Bord außer Verpflegung waren die Stapel von Straßenkarten. Jene 2 m² großen Karten, die ihre Geheimnisse erst nach vorschriftsmäßiger Entfaltung und korrekter Ausrichtung preisgaben.

„Wo sind wir?“ Eine gute Frage. Das letzte Straßenschild haben wir vor 2 Stunden passiert. Es geht auf und ab, eine Kurve folgt der nächsten und es vergehen Kilometer um Kilometer bis die Irrfahrt an einer Tankstelle irgendwo im Nirgendwo ihr Ende findet. Mein Spanisch reicht, um nach dem Weg zu fragen. Der Tankwart, ein älterer Herr, gibt uns schließlich Auskunft. Ja, wir hatten Glück gehabt. 10 Minuten später und der Tankwart hätte bereits seinen Feierabend angetreten. Dann wären wir da gestanden. An der Tanke in Spanien. Orientierungslos und verloren. Dafür mit einer Flasche abgestandener Cola und unseren Straßenkarten.

Viele von uns können sich noch an solche Szenarien erinnern. An das Anhalten von Passanten, um nach dem Weg zu fragen. Lustig wurde es immer, wenn man nach 2 Kilometern einen anderen Passanten nach dem Weiterweg fragte und dieser einem die komplett andere Richtung empfahl. Über kurz oder lang, gelangte man aber immer an den Zielort. Zwar mit dem einen oder anderen ungeplanten Zwischenstopp, aber das war nicht so tragisch. Man war im Urlaub, hatte Zeit und manchmal entdeckte man Dinge, auf die man ohne Irrfahrt nicht gestoßen wäre. Frei nach dem Motto: Wer nie vom Weg abkommt, wird auf der Strecke bleiben. 

Heutzutage in 2020 fragt man kaum noch nach dem Weg. Man zückt sein Smartphone und schon weiß man auf den Quadratmeter genau wo auf diesem Planeten man sich genau befindet.

Endlich keine Straßenkarten mehr!

Möglich gemacht hat diese Orientierung erst eine Erfindung: das GPSGlobal Positioning System.

Entwickelt wurde dieses Navigationssystem vom amerikanischen Militär in den 70er-Jahren zur Positionsbestimmung und Navigation von Waffensystemen, Kriegsschiffen, Flugzeugen etc. Der Grundgedanke war dabei, ein System zur Orientierung zu schaffen, mit dem man zwar seine eigene Position bestimmen konnte, es Dritten aber nicht möglich war, den Standort der eigenen Position zu erfahren. So wurde das GPS entwickelt. Der Clou an der Sache: GPS-Geräte können Signale nur empfangen, aber nicht senden. 

Das Funktionsprinzip von GPS

Die Signale erhalten die Geräte von Satelliten in der Erdumlaufbahn. Diese wurden 1978 erstmals in ihre Umlaufbahn, 20.000 Kilometer ins All geschickt. Diese Satelliten strahlen ständig Ihre aktuelle Position, sowie die exakte Uhrzeit aus. Ein Empfänger misst die Abstände zu den Satelliten im Weltraum. Aufgrund der Abstände ist eine Umrechnung auf die Position des Empfängers möglich.

Das GPS besteht aus drei Segmenten oder Bausteinen:

1. dem „Weltraumsegment“, bestehend aus 24 Satelliten, die die Erde auf verschiedenen Bahnen umkreisen,

2. dem „Kontrollsegment“, bestehend aus 5 Stationen, die die Satelliten kontrollieren und korrigieren, und

3. dem „Benutzersegment“, bestehend aus dem GPS-Empfänger und den anschließenden Anwendungen. Für den Anwender ist nur das Benutzersegment von Interesse. Für das Funktionieren werden alle drei Bausteine benötigt.

Ein „Weltraumsegment“ besteht aus 24 Satelliten (21 aktiv und 3 zur Reserve), die die Erde in einer Höhe von 20182 km umkreisen. Jeweils 4 Satelliten kreisen auf einer von sechs Umlaufbahnen knapp 2 mal am Tag um die Erde (ein Orbit in 11h:58min). Diese Verteilung ermöglicht es, dass stets eine genügende Anzahl von Satelliten (mindestens 4) auf der ganzen Erde (ohne politische Grenzen) zu jeder Zeit sichtbar ist.

Satelliten bewegen sich mit 3875 m/s, sind etwa 1660 kg schwer, und haben eine Lebensdauer von 7.5 Jahren. Energieversorgung erfolgt über Solarkollektoren, für den Notfall sind auch Batterien an Bord. Satelliten besitzen kleine Düsen zur Bahnkorrektur.

Satelliten senden Signale auf zwei unterschiedlichen Radio-Frequenzen:

1.  L1 mit 1575.42 MHz = 154 · 10.23 MHz

2. L2 mit 1227.60 MHz = 120 · 10.23 MHz

Diese Signale passieren Wolken, Glas und Plastik. Werden aber von Gebäuden oder Gebirgen abgeschirmt/abgelenkt. GPS funktioniert daher nicht in Gebäuden und auch nicht über all auf der Welt wie z.B am Nord- und Südpol. Diese beiden Regionen werden mit eigenen Satelliten bzw. Systemen abgedeckt.

Die große Innovation - Von der militärischen zur zivilen Nutzung

Wie bereits erwähnt, wurde GPS anfangs für rein militärische Zwecke entwickelt. Ein bedauerlicher Zwischenfall 1983 führte zur Öffnung von GPS für die zivile Nutzung:

In den Hochzeiten des Kalten Krieges wurde ein ziviles koreanisches Flugzeug (Korean Airlines Flight 007) von russischen Abfangjägern abgeschossen. Das koreanische Flugzeug war dabei lediglich aus Versehen in den sowjetischen Luftraum geraten.

Von dieser Tragödie war der damalige US-Präsident Ronald Reagan so berührt, dass er beschloss das GPS-System auch für die zivile Nutzung frei zu geben.

1994 war es dann soweit – Die Fertigstellung des GPS steckte in den letzten Vorbereitungen. Mittlerweile hatten die Block-II-Satelliten die Satellitenkonstellation im All vervollständigt, so dass 1995 dann endlich die volle Betriebsbereitschaft durch das US-Verkehrsministerium bekannt gegeben wurde.

Die zivile Nutzung von GPS wurde demnach bereits 1995 eingeführt. Bis in das Jahr 2000 wurde die zivile Nutzung allerdings eingeschränkt. Mittels künstlicher Filter wurde die Genauigkeit von GPS auf ca. 100 Meter begrenzt. Im Jahr 2000 wurden diese Filter abgeschaltet und seitdem ist eine zivile Nutzung auf 10 Meter genau möglich.

Während für das Navigieren im Auto lange ein eigenes Navigationssystem notwendig war, haben sich in den letzten Jahren auch Smartphones stark etablieren können. Gerade das Aufkommen von kostenlosen Diensten wie Google Maps oder Apples Kartendienst haben den Navigationssystemen harte Konkurrenz gemacht. Schließlich will jeder richtig und pünktlich an sein Ziel kommen. Mit dem Navi oder dem Smartphone. Hauptsache man kommt an, ganz ohne Straßenkarten und Wegbeschreibungen von Passanten.

Der GPS hat die Welt revolutioniert und gehört aus diesem Grund, zu unseren 50 Innovationen, die in die Geschichte eingegangen sind. Weitere 49 Innovationen warten auf Sie online:  Die Geschichte von 50 Innovationen