Galileo, das bereits präziseste Satellitennavigationssystem der Welt, erfüllt nun internationale Standards zur Führung der zivilen Luftfahrt vom Start bis zur Landung. Es ergänzt dabei Europas EGNOS für die kritischsten Operationen. Interessanterweise wurde Galileo ursprünglich nicht konzipiert, um diese strengen Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Wie also gelang es den Ingenieuren der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), diese bemerkenswerte Leistung zu vollbringen? Es ist eine Geschichte von exzellenter Ingenieurskunst und innovativer Anpassung, die die Flugsicherheit in Europa maßgeblich vorantreibt.
In der zivilen Luftfahrt, insbesondere in kritischen Phasen wie dem Endanflug, müssen Navigationssysteme extrem zuverlässig sein. Die Internationale Zivilluftfahrt-Organisation (ICAO) definiert die strikten Anforderungen, die Systeme erfüllen müssen, um in sogenannten „Safety-of-Life“-Operationen eingesetzt zu werden. Bei einem Systemausfall in solchen Szenarien könnten schwerwiegende menschliche oder ökologische Katastrophen die Folge sein. Ursprünglich war Galileo nicht dafür ausgelegt, diesen strengen Integritätsstandards zu entsprechen, da Europa mit EGNOS bereits über ein dediziertes „Safety-of-Life“-System für die Navigation verfügte. EGNOS „augmentiert“ GPS-Signale für kritische Operationen in der Luftfahrt, Seefahrt, Landwirtschaft und weiteren Bereichen. Doch im Jahr 2016 schloss sich die ESA mit der Europäischen Kommission (EC) und der EU-Agentur für das Weltraumprogramm (EUSPA) zusammen, um die Zuverlässigkeit von Galileo zu erhöhen und es für die zivile Luftfahrt nutzbar zu machen – als eigenständiges Unterstützungssystem im Streckenflug und in Kombination mit EGNOS bei Start und Landung. Angesichts von 18 bereits im Orbit befindlichen Satelliten im Jahr 2016 und dem fortlaufenden Ausbau der Konstellation war eine Neugestaltung des gesamten Systems keine Option. Das Team setzte stattdessen auf flexibles Denken und kreative Lösungen, um im typischen ESA-Stil die Grenzen der Ingenieurskunst zu erweitern.
Flugzeug beim Start, eine kritische Phase des Fluges
Galileo: Von Beginn an robust und leistungsfähig
Seit dem ersten Positionsfix von Galileo im Jahr 2013 und mit dem Wachstum der Konstellation war den ESA-Ingenieuren klar, dass es sich um ein robustes Navigationssystem handelte, das alle Erwartungen bereits erfüllte und übertraf. Didier Flament, Leiter der EGNOS- und SBAS-Abteilung der ESA, erinnert sich: „Galileo war noch nicht einmal im Dienst, als wir vom EGNOS-Team vorschlugen, es für die zivile Luftfahrt zu nutzen – so überzeugt waren wir von seiner Leistungsfähigkeit.“ Mit wertvoller Unterstützung der europäischen Industrie, insbesondere von Thales Alenia Space und Airbus Defence and Space, machte sich das Team daran, Beweise für die Robustheit und Zuverlässigkeit von Galileo zu sammeln. Sie untersuchten fast eine Million Betriebsstunden und analysierten jede Anomalie genau – deren Ausmaß, Dauer, Ursache und Auswirkungen. Dabei stellten sie fest, dass in der Geschichte von Galileo nur sechs Ereignisse die von der ICAO festgelegten Standards überschritten und keines davon mehr als einen einzelnen Satelliten gleichzeitig betraf.
Betriebsraum des Galileo-Systemteststands
Modifizieren, neu abstimmen, stärken: Der Software-Ansatz
Der nächste Schritt bestand darin, das System so zu modifizieren, dass die Auswirkungen der (sehr wenigen) potenziellen Fehlfunktionen gemindert werden konnten. Der einzige Ansatzpunkt war das komplexe Bodensegment, da die Satelliten bereits im Orbit waren. „Die Lösung war überhaupt nicht offensichtlich! Wir haben viele und vielfältige Ideen auf den Tisch geworfen, als wir nach der richtigen Lösung suchten, von der Hinzufügung weiterer Stationen bis zur Nutzung von Daten des erwarteten Hochgenauigkeitsdienstes“, erklärt Santiago Perea, Galileo Safety-of-Life System Engineer. Schließlich entwickelten die ESA-Ingenieure eine Reihe strategischer Maßnahmen, um die Erkennung fehlerhafter Messungen zu verbessern, indem sie Barrieren im Bodensegment hinzufügten und Empfänger benachrichtigten, diese fehlerhaften Messwerte aus ihren Berechnungen auszuschließen. Stefan Wallner, Leiter der Galileo Signal-in-Space Engineering Unit, erläutert: „Letztendlich wurde kein einziges Infrastruktur- oder Hardwareelement angefasst; wir haben die Überwachungs- und Benachrichtigungsfunktionen von Galileo rein durch die Neuanpassung der Software im Bodensegment verbessert.“ Ausgestattet mit einem umfassenden Dossier, das die Zuverlässigkeit von Galileo belegte, und einer Verpflichtungscheckliste für EUSPA, wandte sich die Galileo-Partnerschaft an die ICAO, die Galileo schließlich im März 2023 für „Safety-of-Life“-Operationen in der zivilen Luftfahrt genehmigte.
Galileo-Antenne in Kiruna
Internationale Zivilluftfahrt-Organisation (ICAO)
Sicherere Himmel mit europäischer Satellitennavigation
Mit dieser Errungenschaft verändert die ESA die Spielregeln für die Luftfahrt, da die europäische Satellitennavigation nun jede Phase eines Fluges leiten kann. Praktisch bedeutet dies, dass Flugzeughersteller nun Empfänger bauen können, die die Signalintegrität von Galileo (zusammen mit GPS) autonom überwachen, ohne externe Korrekturen oder Fehlererkennung zu benötigen, um nicht-kritische Flugphasen, einschließlich Teilen des Aufstiegs, Abstiegs und des Streckenfluges, zu unterstützen. Darüber hinaus ist Galileo nun bereit, durch die neue Version von EGNOS erweitert zu werden, um kritische Operationen wie Landungen zu unterstützen, bei denen Satellitennavigationssysteme wie Galileo oder GPS allein nicht genügend Zuverlässigkeit bieten können. „Diese technologische Leistung war dank des außergewöhnlichen internen Talents der ESA und der hervorragenden Leistung von Galileo möglich: Das System hat eine hohe Flexibilität und Anpassungsfähigkeit gezeigt, um anspruchsvolle Standards zu erfüllen, für die es nie konzipiert wurde“, bemerkt Jörg Hahn, Leiter der Galileo System Engineering der ESA. Die langjährige Zusammenarbeit zwischen der ESA und ihren Partnern EC und EUSPA sowie mit der Europäischen Agentur für Flugsicherheit (EASA), Flugsicherungsdienstleistern und anderen nationalen Behörden war ebenfalls entscheidend für diesen Erfolg.
Das Galileo Safety-of-Life Team
Blick in die Zukunft: Galileo der zweiten Generation
Die zweite Generation des Galileo-Programms, die sich derzeit in Entwicklung befindet, wird einen weiteren Schritt gehen: Eine neue Einrichtung wird eine Integritätsunterstützungsnachricht (Integrity Support Message) generieren, die dem Benutzer mitteilt, dass dem System vertraut werden kann. Ein technischer Prototyp testet diese neue Funktion bereits bei ESTEC, dem technischen Herzstück der ESA in den Niederlanden. Alle Entwicklungen gehen Hand in Hand mit der Implementierung von EGNOS V3, das nicht nur GPS, sondern auch Galileo augmentieren kann und so den europäischen und globalen Himmel noch sicherer macht.
Über Galileo
Galileo ist derzeit das präziseste Satellitennavigationssystem der Welt und bedient seit seinem Start im Open Service im Jahr 2017 fast vier Milliarden Nutzer weltweit. Alle im europäischen Binnenmarkt verkauften Smartphones sind inzwischen garantiert Galileo-fähig. Darüber hinaus macht Galileo einen Unterschied in den Bereichen Bahn, Schifffahrt, Landwirtschaft, Finanzzeitdienste und Rettungsdienste. Galileo ist ein Flaggschiffprogramm des EU-Weltraumprogramms, das von der Europäischen Union verwaltet und finanziert wird. Seit seiner Gründung leitet die ESA das Design, die Entwicklung und die Qualifizierung der Weltraum- und Bodensysteme sowie die Beschaffung von Starts. EUSPA (die EU-Agentur für das Weltraumprogramm) fungiert als Dienstleister von Galileo und überwacht die Markt- und Anwendungsbedürfnisse und schließt den Kreis zu den Nutzern.
Die beeindruckenden Errungenschaften Galileos im Bereich der zivilen Luftfahrt unterstreichen die Innovationskraft europäischer Ingenieurskunst und die Bedeutung internationaler Zusammenarbeit. Durch die erfolgreiche Anpassung eines hochpräzisen Navigationssystems an die strengsten Sicherheitsstandards hat Europa nicht nur die Flugsicherheit erheblich verbessert, sondern auch seine führende Rolle in der globalen Satellitennavigation gefestigt. Bleiben Sie dran für zukünftige Entwicklungen und Innovationen, die Europas Himmel noch sicherer machen und die Möglichkeiten der Satellitennavigation weiter ausbauen werden.