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4. Februar 2005

GPS: Drei Buchstaben schaffen Orientierung

Jung-Redakteure der Kinder-Uni machten sich über Technik schlau

24 Satelliten kreisen in einer Höhe von 20184 Kilometern um die Erde und senden ständig Signale zur Erdoberfläche; so entsteht das Globale Positionierungssystem (GPS)

24 Satelliten kreisen in einer Höhe von 20184 Kilometern um die Erde und senden ständig Signale zur Erdoberfläche; so entsteht das Globale Positionierungssystem (GPS). Unser Bild zeigt einen der GPS-Satelliten der zweiten Baureihe. Foto: ESA/European Commission/Eurocontrol


"Ich habe 16 Stundenkilometer geschafft", ruft der zehnjährige Marcel. In der Hand hält er einen GPS-Empfänger, der ihm die aktuelle Laufgeschwindigkeit ausrechnet, während er zwischen den Gebäuden der Heidelberger Universität hin und her saust. GPS (Globales Positionierungssystem), drei Buchstaben, die die Welt der Navigation veränderten. Ob im Auto, im Flugzeug oder auf dem Schiff, überall sind Navigationsysteme anzutreffen, die auf das GPS zurückgreifen. Da war es selbstverständlich, dass die Jung-Redakteure der Kinder-Uni im Netz (www.kinder-hd-uni.de), dem wissenschaftsjournalistischen Projekt der RNZ, sich über diese Technik schlau machten.

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Praxistest bestanden

"Das GPS besteht aus 24 Satelliten, die in einer Höhe von 20184 Kilometern die Erde umkreisen und ständig Signale zur Erdoberfläche senden", erklärt die Geologin Dr. Johanna Kontny vom Geologisch-Paläontologischen Institut der Ruperto Carola. Geologen nutzen das GPS nämlich ebenfalls, aber nicht nur um sich in der Wüste besser zu orientieren, sondern auch um Veränderungen der Eroberfläche festzustellen.

Errichtet wurde das GPS 1978 von den U.S. Amerikanern, wirft die Erdwissenschaftlerin Kontny eine Blick zurück auf die Geschichte des Navigationssystems. Für die ersten ins All geschossenen, 845 Kilogramm schweren GPS-Satelliten war eine Lebensdauer von etwa vier Jahren vorgesehen. Sie arbeiteten aber fünf Jahre länger und einer schaffte es sogar auf 13 Jahre. Allmählich wurden sie aber durch neue, über 1500 Kilogramm wiegende Exemplare ersetzt, für die eine Lebensdauer von zehn Jahren eingeplant ist.

"Die Satelliten umkreisen die Erde in einem ganz bestimmten System, so dass mindestens die Signale von drei Satelliten empfangen werden können", erläutert Johanna Kontny. Dabei besteht das Signal nur aus folgender Botschaft: "Ich bin Satellit Nr. X, meine Position ist Y und diese Nachricht wurde zum Zeitpunkt Z versandt". Um die eigene Position zu bestimmen, vergleicht der GPS-Empfänger die Zeit, zu der das Signal ausgesandt wurde mit der Zeit, zu der er das Signal empfangen hat. Aus der Zeitdifferenz kann die Entfernung des Satelliten berechnet werden. Werden von zwei weiteren Satelliten Messungen hinzugefügt, so kann die aktuelle Position des Empfängers bestimmt werden. Können die Signale von vier oder mehr dieser Raumsonden empfangen werden, so lässt sich auch die Höhe über dem Meeresspiegel errechnen.

Damit eine Positionsbestimmung mit einer Genauigkeit von zehn Metern gelingt, muss die Laufzeit des Signals von den Satelliten zum Empfänger bis auf 0,00000003 Sekunden genau sein. Deshalb sind in den Satelliten Atomuhren eingebaut. Unser GPS-Empfänger hat aber keine solche Atomuhr, dies würde ihn nämlich viel zu teuer machen. Stattdessen ist in ihm eine normale Quarzuhr vorhanden, die auch schon einmal falsch gehen kann. Dies ist aber nicht so schlimm, denn aus den Zeiten, die von den Satelliten gemeldet werden, kann der GPS-Empfänger die richtige Zeit wieder einstellen.

Beim Praxistest mit den GPS-Empfängern stellten die kleinen Redakteure auch gleich die Probleme fest, die es mit diesem System geben kann. In der Nähe von Häusern können nicht genügend Satelliten empfangen werden. Da heißt es einen Platz suchen, wo man mehr Satelliten "einfangen" kann. Endlich ist dann auch die Positionsbestimmung da: N 49° 25´150´´, E 008°40´423´´. Nach einem Blick auf die topographische Karte ist klar: Wir befinden uns im Neuenheimer Feld in Heidelberg. GPS hat den Testlauf der Jung-Redakteure einwandfrei bestanden.
Stefan Zeeh

Rückfragen bitte an
Dr. Michael Schwarz
Pressesprecher der Universität Heidelberg
Tel. 06221 542310, Fax 542317
michael.schwarz@rektorat.uni-heidelberg.de
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und
Irene Thewalt
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Tel. 542311
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