Navstar ist ein Netzwerk von US-Satelliten, die Dienste des Global Positioning System (GPS) anbieten. Sie werden sowohl vom Militär als auch von Zivilisten zur Navigation genutzt.

Die 24 Haupt-GPS-Satelliten umkreisen die Erde alle 12 Stunden und senden ein synchronisiertes Signal von jedem einzelnen Satelliten. Da sich die Satelliten in unterschiedliche Richtungen bewegen, empfängt ein Nutzer am Boden die Signale zu leicht unterschiedlichen Zeiten. Wenn mindestens vier Satelliten mit dem Empfänger in Kontakt treten, kann dieser berechnen, wo sich der Benutzer befindet – für den zivilen Gebrauch oft auf wenige Meter genau.

GPS-Signale wurden früher für den zivilen Gebrauch „degradiert“, das heißt, sie waren nur für militärische Anwendungen wirklich präzise. Im Jahr 2000 genehmigte Präsident Bill Clinton jedoch die Abschaltung dieser „selektiven Verfügbarkeit“

Heute sind Global Positioning System Geräte für viele Menschen selbstverständlich. Die meisten Menschen sind mit dem Konzept vertraut, ein GPS-System (entweder als eigenständiges Gerät oder in einem Telefon) zu verwenden, um sich zurechtzufinden. GPS kann auch den Standort eines Benutzers identifizieren, was für die Orientierung und sogar für spaßige Aktivitäten wie Geocaching (das Auffinden von versteckten Caches mit Hilfe von GPS-Geräten) nützlich ist. Aber es gibt auch andere Verwendungszwecke, neben Standort und Navigation.

GPS kann auch zur Verfolgung eingesetzt werden, z. B. um ein Tier zu markieren und so die Ausdehnung seines Territoriums zu erkennen. Die Technologie hilft auch bei der Kartierung, z. B. um die Umrisse eines Landes besser definieren zu können. Es gibt wahrscheinlich Tausende von Anwendungen für GPS-Systeme, die von der Unterstützung von Wanderern bei der Navigation in abgelegenen Gebieten über die Unterstützung von Landwirten bei der präzisen Aussaat ihrer Felder bis hin zur Unterstützung von Drohnen bei der Suche nach ihren Zielen reichen.

„Die Vorstellung, irgendwo hinzugehen, ohne Satellitenpositionierung und Karten zur Hand zu haben – oder Fotos ohne Geotagging-Daten zu schießen – kann den Menschen heutzutage so fremd sein wie das Anspannen eines Wagens für eine Fahrt zum Futtermittelgeschäft. Es ist ein Anachronismus aus einer anderen Ära“, schreibt Digital Trends über GPS.

U-Boote in die richtige Richtung bringen

Die US-Marine entwickelte in den 1960er Jahren das erste einsatzfähige Satellitennavigationssystem – genannt Transit. Diese „spin-stabilisierten“ Raumsonden – was bedeutet, dass ihr Spin die Sonde in der gleichen Richtung hält – wurden erstmals 1964 von den Polaris-U-Booten zur Navigation eingesetzt.

Selbst in diesen frühen Tagen sahen die Leute, die das System bauten, wissenschaftliche Anwendungen für GPS.

„Wir beide waren enorm erfreut über einige der vergangenen und gegenwärtigen Anwendungen der Satellitennavigation, einschließlich der Verfolgung von Zugvögeln und Tieren und effektiver Such- und Rettungstechniken, die Probleme in entlegenen Gebieten weltweit lokalisieren können“, schrieben George Weiffenbach und William Guier, die beide zum Bau von Transit beitrugen, 1998 in einem Artikel für die Johns Hopkins University.

„Natürlich haben wir den Fortschritt in der Elektronik unterschätzt. Insbesondere haben wir das unglaubliche Ausmaß nicht vorhergesehen, in dem Größe und Kosten für alltägliche Anwendungen für den Massenmarkt reduziert werden würden, z. B. Navigationssysteme für unsere Autos und Freizeitboote und sogar Handgeräte für Wanderer.“

Es gab auch andere frühe Systeme, wie den Timation-Satelliten der Navy, der die Verwendung von genauen Uhren im Weltraum testete. Dies war ein wichtiger Vorläufer von Navstar, da dieses GPS-System auf die Zeitmessung angewiesen ist, um die Satelliten synchron zu halten.

Generationen von Satelliten

In der Zwischenzeit arbeiteten andere Zweige des US-Militärs an ihren eigenen Navigationssystemen. Bei so vielen Systemen, die versuchten, die Nutzer auf dem richtigen Weg zu halten, erkannte das Militär schließlich, dass es sich lohnen könnte, ein System zu entwickeln, das alle Zweige nutzen konnten.

Im Jahr 1973 schlug das Pentagon ein globales Positionierungssatellitensystem vor, das heute als Navstar bekannt ist.

„Die Hauptgründe für die Entwicklung von GPS waren die Notwendigkeit, Waffen präzise auf das Ziel zu liefern und die Verbreitung von Navigationssystemen im US-Militär umzukehren.Die Hauptgründe für die Entwicklung von GPS waren die Notwendigkeit, Waffen zielgenau zu liefern und die Verbreitung von Navigationssystemen im US-Militär rückgängig zu machen“, schrieb Rick Sturdevant 2007 in einem NASA-Buch über die Raumfahrt in zivilen Anwendungen.

„Von Anfang an erkannte das Verteidigungsministerium (DOD) jedoch den Nutzen von GPS für die weltweite zivile Gemeinschaft.“

Navstar ist für den Betrieb mit mindestens 24 Satelliten im Orbit ausgelegt. Die erste Generation von Navstar-Satelliten wurde 1978 gestartet. Bis auf den Ausfall von Navstar 7 im Jahr 1981, der die Umlaufbahn nicht erreichte, schafften es etwa 10 von Lockheed Martin gebaute Satelliten ins All.

Ab 1989 wurden laut Gunter’s Space Page die ersten vollwertigen GPS-Satelliten gestartet. Sie waren so konzipiert, dass sie 14 Tage lang ohne Eingreifen des Bodens funktionieren sollten. Neun dieser Satelliten starteten in schneller Folge zwischen 1989 und 1990.

Die GPS-Systeme in den Vereinigten Staaten haben seit 1978 sechs große Iterationen durchlaufen. Der jüngste Block von Satelliten, IIF genannt, startete zwischen 2010 und 2016. Die 12 Satelliten sind alle für eine Lebensdauer von 12 Jahren ausgelegt. Einige ihrer bemerkenswerten Eigenschaften sind die Fähigkeit, Software-Uploads zu empfangen, eine bessere Störungsresistenz und eine Verdopplung der Genauigkeit.

Der GPS Block IIIA-Satellitensatz – der siebte Satz von GPS-Satelliten und der erste Satz der dritten Generation – wird von Lockheed Martin hergestellt. Der Block sollte ursprünglich im Jahr 2014 starten. Aufgrund technischer Verzögerungen wurde der erste geplante Start jedoch auf Mai 2018 verschoben. Es wird erwartet, dass die Serie 10 Satelliten starten wird, wobei der letzte für das zweite Quartal 2023 geplant ist.

„Lockheed Martins GPS-III-Satelliten werden eine dreimal bessere Genauigkeit und bis zu achtmal verbesserte Anti-Jamming-Fähigkeiten haben“, schrieb das Unternehmen auf seiner Website. „Die Lebensdauer der Satelliten wird sich auf 15 Jahre verlängern, 25 Prozent länger als bei den neuesten GPS-Satelliten, die sich heute im Orbit befinden. Das neue zivile L1C-Signal von GPS III macht ihn außerdem zum ersten GPS-Satelliten, der ein kompatibles Signal mit anderen internationalen globalen Navigationssatellitensystemen wie Galileo ausstrahlt, was die Konnektivität für zivile Nutzer verbessert.“

GPS III befindet sich laut Digital Trends seit 1998 in der Entwicklung und wird seit 2000 finanziert. Der neue Satz von Satelliten wird vier Sätze von zivilen Signalen anstelle des Standard-Satzes haben. Eines dieser neuen Signale (bekannt als L2C) hat ein stärkeres Signal, das leichter unter Bäumen, im Inneren von Gebäuden oder in schwierigen Gegenden wie Schluchten empfangen werden kann.

Auch das Militär wird davon profitieren, da M-Code-Signale mit hoher Bandbreite verfügbar sind. In einigen Gebieten wird dies die GPS-Signalstärke um das 100-fache erhöhen. Das Militär wird also ein stärkeres Signal haben, das schwieriger zu stören ist, was eine Hilfe für Drohnen oder für Teams ist, die in abgelegenen Gebieten arbeiten.

Selektive Verfügbarkeit

GPS für zivile Nutzer machte im Jahr 2000 einen Sprung nach vorn, als Clinton das Ende der „selektiven Verfügbarkeit“ genehmigte. Zuvor erhielten Zivilisten eine viel „gröbere“ Ansicht ihrer Position, weil das Militär Faktoren wie Orbitaldaten oder die Frequenz der Satellitenuhr manipulierte.

Es dauerte jedoch nicht lange, bis die Zivilisten befürchteten, die Option könnte wieder eingeschaltet werden. Die Terroranschläge vom 11. September 2001 auf das World Trade Center und das Pentagon lösten eine Reihe neuer Sicherheitsmaßnahmen aus. Sechs Tage nach den Anschlägen erklärte das Interagency GPS Executive Board, dass es keine Änderung der Politik der Vereinigten Staaten gebe: die selektive Verfügbarkeit nicht mehr zu nutzen.

Im Jahr 2007 akzeptierte Präsident George W. Bush eine Empfehlung, einen Schritt weiter zu gehen. Auf Anraten des Verteidigungsministeriums ordnete er an, dass die Navstar-III-Generation überhaupt nicht in der Lage sein sollte, selektive Verfügbarkeit zu nutzen. Da GPS heute eine Multi-Milliarden-Dollar-Industrie ist, hatten kommerzielle Erwägungen in Washington offenbar eine starke Stimme.

„Obwohl diese Maßnahme die Leistung des Systems nicht wesentlich verbessern wird“, heißt es in einer Erklärung des Verteidigungsministeriums, „spiegelt sie das starke Engagement der Vereinigten Staaten gegenüber den Nutzern wider, indem sie unterstreicht, dass dieses globale Dienstprogramm für friedliche zivile Anwendungen auf der ganzen Welt eingesetzt werden kann.“

Im Gegensatz zu den Anfängen steht Navstar heute im Wettbewerb mit anderen GPS-ähnlichen Systemen, die von anderen Ländern für zivile und militärische Zwecke gebaut werden. Die Russen haben ein System namens GLONASS, während die Europäer ein anderes namens Galileo haben, das sich in der Anfangsphase des Einsatzes befindet.

Da die neuesten GPS-Satelliten keine selektive Verfügbarkeit bieten, können die neueren Systeme laut The Verge Standorte für Zivilisten bis auf einen Fuß genau lokalisieren. Ein typisches GPS-Ortungsgerät kann heute zivile Standorte mit einer Genauigkeit von drei bis neun Metern bestimmen.