Satellitennavigationssystem Galileo: Eine ökonomische Analyse von Procurement-Optionen und Bepreisungsalternativen

von Thomas Düker Daniel N. Schmidt

Textprobe:Kapitel 4.2, System / Technik:Die Galileo-Infrastruktur soll weltweit Daten zur genauen Positionsbestimmung liefern und ähnelt im Aufbau dem US-amerikanischen NAVSTAR-GPS sowie dem russischen GLONASS-System. Im Gegensatz zu den bestehenden Systemen wurde Galileo ursprünglich nur für zivile Zwecke konzipiert und unterliegt nach wie vor einer zivilen und keiner militärischen Kontrolle.Galileo basiert auf 30 Satelliten, die in einer Höhe von ca. 23.616 km die Erde umkreisen sowie einem Netz von Bodenstationen, welche die Satelliten kontrollieren. Empfänger in der Größe einer Notebook-Maus können aus den Funksignalen der Satelliten die eigene Position mit einer Genauigkeit von ca. vier Metern bestimmen. Bei Verwendung von Zusatzinformationen und / oder -diensten lässt sich ähnlich wie bei anderen satellitengestützten Navigationssystemen (GNSS) die Positionsgenauigkeit in den Zentimeterbereich steigern.Der erste Testsatellit GIOVE-A1 wurde im Dezember 2005 vom Raumfahrtzentrum in Baikonur (Kasachstan) gestartet und hat in 23.222 km Höhe seinen planmäßigen Betrieb aufgenommen. Das erste Navigationssignal übertrug GIOVE-A1 zu Testzwecken am 2. Mai 2007. Ein zweiter Testsatellit namens GIOVE-B wurde im April 2008 ebenfalls vom Kosmodrom Baikonur gestartet. Als neue Nutzlast verfügt er über Laser-Retroreflektoren zur exakten Bahnvermessung und über eine hochgenaue passive Wasserstoff-Maser Atomuhr. Anfängliche Probleme von GIOVE-B bei der Ausrichtung auf die Sonne aufgrund eines Softwareproblems konnten schnell behoben werden und am 7. Mai 2008 sendete er die ersten hochgenauen Navigationssignale.4.2.1, Funktionsweise:Bei der Standortbestimmung über Satelliten misst man die Laufzeiten der Signale von mindestens vier Satelliten. Hierbei wird die Dauer gemessen, die das Signal vom Satelliten zum Empfänger benötigt. Über die Signalgeschwindigkeit (Lichtgeschwindigkeit) lässt sich daraus die Entfernung ableiten. Jede dieser Entfernungen (Empfangsgerät zu vier Satelliten) definiert eine Kugeloberfläche um den zugehörigen Satelliten, auf der sich der Empfänger befindet. Zwei Kugeln schneiden sich in einem Kreis und drei Kugeln ergeben maximal zwei Punkte als Schnittmenge. Einer davon befindet sich einige tausend Kilometer von der Erdoberfläche entfernt und kann somit verworfen werden; der andere stellt die gesuchte Position des Empfängers dar. Ein vierter Satellit wird benötigt, um die Abweichung zwischen den Uhren der GNSS-Satelliten und der des Empfängers zu ermitteln und die gemessenen Laufzeiten zu bereinigen. Stationäre Empfangsstationen verbessern die Positionsgenauigkeit, indem sie Korrektursignale an die Nutzer übermitteln.Das Gesamtsystem wird 30 Satelliten (27 im Einsatz befindliche und 3 aktive Reservesatelliten) umfassen, die die Erde auf drei verschiedenen Kreisbahnen in 23.616 km Höhe mit einer Bahnneigung von 56° zum Äquator umlaufen. Nach Fertigstellung des Systems werden die Galileo-Navigationssignale auf Breitengraden bis zu 75° Nord (entspricht dem Nordkap) und Süd problemlos sowie in guter Qualität auch auf höheren Breiten zu empfangen sein.4.2.2 Satelliten / Bodenstationen:Die Satelliten sollten ursprünglich von European Satellite Navigation Industries gefertigt werden. Durch die Neuausschreibung von Galileo ist die Bereitstellung der Satelliten jedoch ungeklärt. Die Startmasse von 680 kg wird mit Ariane 5 oder Sojus-Fregat-Trägerraketen auf ihre Umlaufbahn gebracht. Dieses Manöver erfordert eine extreme Genauigkeit, da die Satelliten selbst über keine Positionierungseinrichtungen verfügen. Die Energieversorgung erfolgt über 14,8 m2 große Solarpanels, die bis zu 1,5 kW Leistung liefern. Als Lebensdauer werden 12 Jahre angegeben. Zur genauen Zeitbestimmung werden die Satelliten mit zwei neu entwickelten Atomzeituhren ausgestattet. Diese Uhren bieten minimalste Abweichungen und können von einem Satelliten aufgenommen werden. Zur weiteren Steigerung der Genauigkeit werden die Uhren regelmäßig mit den Uhren der Bodenstationen synchronisiert. Die Steuerung der Satelliteninfrastruktur findet in zwei Kontrollzentren statt, wobei das Hauptkontrollzentrum in Oberpfaffenhofen Bayern, 2008 bereits von der DLR eröffnet wurde. Die Investitionssumme betrug EUR 16,- Mio. Die Bodeninfrastruktur wird des Weiteren durch neun Uplink- und 29 Sensorstationen ergänzt.4.2.3, Kompatibilität:Galileo wird – entgegen früheren Planungen – mit dem bis zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme modernisierten NAVSTAR-GPS-System (GPS III; ab 2010) kompatibel sein. Dies hat den Vorteil, dass durch die Kombination der GPS- und Galileo-Signale eine deutlich verbesserte Abdeckung mit einer Verfügbarkeit von bis zu 15 Satelliten erreicht werden kann. Eine negative Folge ist jedoch, dass heutige ‘normale’ GPS-Empfänger – trotz Kompatibilität – nicht für das zukünftige satellitengestützte Navigationssystem Galileo genutzt werden können.4.2.4, Kosten:Bisher wurden EUR 2,5 Mrd. in die Entwicklung des europäischen Satellitennavigationsprogramms investiert. Bis zur vollständigen Inbetriebnahme schätzt die Europäische Kommission in Kooperation mit der ESA einen weiteren Finanzmittelbedarf in Höhe von 3,4 Milliarden Euro. Diese Gelder werden von der Europäischen Union getragen. Somit werden sich die Fixkosten für das Satellitennavigationssystem auf EUR 5,9 Mrd. belaufen.Für den Betrieb rechnet die Europäische Kommission mit Kosten in Höhe von € 220, Mio. jährlich, während der prognostizierte Markt für Satellitennavigation bis zum Jahr 2025 ca. EUR 450,- Mrd. jährlich beträgt (zu diesem Wert findet man widersprüchliche Angaben in offiziellen EU-Papieren). Beim geschätzten Marktanteil des Galileo-Systems von einem Drittel könnten so pro Jahr EUR 150,- Mrd. Umsatz erzielt werden.