Wenn sich das „Navi“ mit den Satelliten unterhält

Viele Autofahrer nutzen ein Navigationsgerät, um den Weg zu ihrem Ziel zu finden. Bild: K.-A.
Viele Autofahrer nutzen ein Navigationsgerät, um den Weg zu ihrem Ziel zu finden. Bild: K.-A.

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Wenn man von A nach B fährt, den Weg aber leider nicht so genau kennt, fragt man unterwegs jemanden. Und hofft dabei, dass er oder sie sich wirklich auskennt und man nicht versehentlich nach C geschickt wird. So war das jedenfalls früher – und manchmal war es ein mühsames Hin und Her, bis man ans Ziel kam. Heute nutzen wir dafür immer öfter moderne Navigationsgeräte. Mit ihnen kann man seine eigene Position bestimmen und ziemlich „stressfrei“ den direkten Weg zum Ziel finden.

Die sogenannten „Navis“ sind kleine technische Wunderwerke: Sie „sprechen“ mit den Satelliten, die weit draußen im Weltraum die Erde umkreisen und sagen dann dem Autofahrer oder der Autofahrerin, ob er oder sie an der nächsten Kreuzung rechts oder links abbiegen muss. Irgendwie also schon beeindruckend, ein Gerät im Auto zu haben, das mit Satelliten in Kontakt steht. Und vor allem sehr nützlich: Weil man so schneller den Weg findet, sich seltener verfährt, weil man Staus umgehen kann – und weil das dann wiederum auch für die Umwelt besser ist, weil so weniger Abgase in die Luft gelangen.

Wie funktioniert ein „Navi“?

Doch wie funktioniert das alles? Zunächst einmal vornweg zwei wichtige Begriffe: Der erste heißt Ortung – und dabei geht es einfach darum, die eigene Position zu bestimmen. Der zweite heißt Navigation – und das ist der Weg zum Ziel.

In naher Zukunft wird das europäische Satelliten-Navigationssystem Galileo zum Einsatz kommen. Bild: ESA
In naher Zukunft wird das europäische Satelliten-Navigationssystem Galileo zum Einsatz kommen. Bild: ESA

Ein Navigations-Satellit sendet ständig Signale aus – und zwar mit der Lichtgeschwindigkeit von 300.000 Kilometer pro Sekunde. Der Mini-Computer im „Navi“ kann daraus berechnen, wie lange das Signal unterwegs war und welche Strecke es dabei zurückgelegt hat. Wenn die Signale aber nur von einem einzigen Satelliten stammen würden, wäre das noch keine große Hilfe. Denn es gibt ja logischerweise viele Punkte auf der Erde, die von einem einzigen Satelliten gleich weit entfernt sind. Würde man sie alle auf einen Globus malen, käme dabei ein großer Kreis heraus. Nehmen wir nun einen weiteren Satelliten dazu, bleiben nur noch einige Punkte auf der Erde übrig, die zu beiden Satelliten die identische Distanz haben. Das wären jedoch immer noch zu viele – Verwechslungsgefahr also vorprogrammiert. Erst mit vier Satelliten lässt sich ein Punkt auf der Erde unmissverständlich und eindeutig orten: Der „Navi“ im Auto weiß dann genau, wo er sich gerade befindet. Damit aber auch immer vier Satelliten im Blickfeld sind und sie nicht gerade auf der anderen Seite der Erde herumfliegen, benötigt man alles in allem 20 bis 30 solcher Navigationssatelliten, die in über 20.000 Kilometer Entfernung unseren Planeten umrunden.

Eine Sekunde in einer Million Jahre

Das amerikanische Satellitensystem GPS liefert die Daten für die heutigen Navigationsgeräte. Bild: NOAA
Das amerikanische Satellitensystem GPS liefert die Daten für die heutigen Navigationsgeräte. Bild: NOAA

Schaltet man nun das „Navi“ an, ermittelt es erst mal die aktuelle Position. Gibt man zusätzlich das Ziel ein, berechnet der Mini-Computer die Strecke. Dazu hat er Landkarten und Stadtpläne gespeichert. Der Computer empfiehlt dann dem Fahrer eine Route – geradeaus, dann rechts ab, dann auf die Autobahn und so weiter. Unterwegs berechnet das „Navi“ anhand der Satellitensignale die Position des Autos immer wieder neu. Es steht also andauernd mit den Satelliten in Verbindung. Und wenn man sich mal verfahren hat oder ihm nicht folgt, merkt das Gerät es sofort: Dann versucht die freundliche „Navi-Stimme“, einen wieder auf den richtigen Weg zu führen.

Kompakt & wissenswert
  • Wie genau gehen die Uhren an Bord von Satelliten?
    Die Borduhren eines Satelliten gehen anders als die Uhren auf der Erde. Auch wenn es absurd klingt: Die Zeit wird durch die Geschwindigkeit, mit der ein Satellit fliegt, und auch durch seine Entfernung von der Masse der Erde beeinflusst. Das hat schon der Physiker Albert Einstein vorausgesagt – und genau so ist es auch. Für Ingenieure, die Navigationssatelliten entwickeln, ist das Alltag. Auch wenn es unserer Alltagserfahrung völlig widerspricht, dass die Zeit mal schneller und mal langsamer vergehen soll. Wie auch immer: Die Uhren an Bord der neuen Galileo-Satelliten gehen extrem genau: mit nur einer einzigen Sekunde Abweichung in einer Million Jahre!

Das alles haben wir hier ziemlich vereinfacht dargestellt. Damit es wirklich klappt, sind viele Dinge nötig: Die digitalen Karten im Computer müssen möglichst aktuell sein. Die Zeit, die die Signale vom Satelliten zum Empfänger benötigen, muss ganz genau gemessen werden – und allein schon das ist ein eigenes Kapitel für sich. Denn die Uhren an Bord von Navigationssatelliten gehen so genau – es ist einfach unglaublich: Beim europäischen Navigationssystem Galileo dürfen sie in einer Million Jahre nur um eine einzige Sekunde vor- oder nachgehen! Ach ja: Zusätzliche Informationen wie etwa eine Staumeldung müssen natürlich auch noch ins System einfließen, damit man solche Probleme umfahren kann. Dann überlegt sich der Mini-Computer automatisch eine Umleitung …