Dr.-Ing. Frank Zimmermann: Innovationen der Satellitennavigation

Satellitennavigation ist als moderne Tech­­nologie durch eine wachsende Zahl von Anwendungsfeldern und damit ein enormes Marktpotenzial gekennzeichnet. Neue, hochentwickelte Lösun­­­gen können eine erhebliche wirtschaftliche Wirkung erzielen. Ob hierbei Arbeitsplätze ge­­schaffen werden, hängt ent­­scheidend davon ab, in welchem Umfang es gelingt, Innovationen um­­zusetzen. Der Mehrwert einer neuen Anwendung bildet hierbei die Grund­­lage für den Markterfolg.

Das Satellitennavigationssystem Galileo ist eines der wichtigsten europäischen Inno­­vationsprojekte. Es bietet die Grund­­lage für eine Vielzahl satellitengestützter Pro­­dukte und Dienstleistungen. Galileo soll weltweit Daten zur genauen Positions­­­­bestimmung liefern. Das dem US-ameri­­kanischen Global Positioning System (GPS) ähnliche System wurde gemeinsam von der Europäischen Union (EU) und der European Space Agency (ESA) initiiert. Galileo leistet mit seiner effizienten Satelliten- und Bodeninfrastruktur einen wichtigen Beitrag zur technologischen Unabhängigkeit Europas. Zudem bietet es im Vergleich zu GPS Verbesserungen in Bezug auf Verfügbarkeit sowie Genauig­­keit. Galileo wird aus einer Kon­­stellation von 30 Satelliten in drei Bahn­­ebenen auf einer Höhe von 23.000 Kilo­­metern und einem weltweiten Netzwerk aus Boden­­stationen bestehen. Es wird einen hoch­­­­präzisen, garantierten, welt­­umspannenden Ortungsdienst bieten und dabei mit den beiden vorhandenen globalen Sys­­temen, dem GPS und dem russischen GLONASS (Globales Satelliten­­navigations­system), verbund­fähig sein. Mit seinem Doppel­fre­quenzstandard wird Galileo eine Echt­­zeitortung mit einer Genauig­­keit im Meter­­bereich er­­möglichen, was bisher noch kein öffent­­lich zugängliches System schafft. Galileo wird die erste Infra­struktur sein, welche Eigen­­tum der Euro­pä­ischen Union wird, ver­­treten durch die Euro­päische Kom­mission. Ab 2014 soll mit 18 Satelliten zunächst eine erste für den Anwender nutzbare Aus­­bau­­stufe erreicht werden, mit der vollen Einsatz­bereit­schaft des Satelliten­­­navi­­gations­systems mit 30 Satelliten wird ab 2019 gerechnet.

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Das Centrum für Satellitennavigation Hessen, genannt cesah, ist ein Kom­­pe­­­tenz-, Informations- und Gründer­zen­­trum für Satellitennavigation und wird vom Land Hessen, der Wissen­schafts­stadt Darmstadt sowie namhaften Industrie- und For­schungs­­ein­rich­tungen getragen. Neben der TU Darmstadt und der Hochschule Darmstadt sind zwei privatwirtschaftliche Gesell­schafter be­­teiligt: die T-Systems Inter­national GmbH und die VEGA Space GmbH.
Die Gründung beruht auf einer gemeinsamen Ini­­tiative der Europäischen Raumfahrt­agentur ESA und des Landes Hessen zur Schaffung eines Zentrums für Satelliten­­navigation – in unmittelbarer Nähe zum Europäischen Satelliten­kontrollzentrum ESOC in Darmstadt. Ziel ist die Förderung und Beschleunigung der Markt­ent­wicklung für Anwendungen im Bereich Satellitennavigation sowie die Schaffung von Hochtechnologie-Arbeitsplätzen in der Region. Im Auftrag der ESA betreibt cesah das ESA-Business-Inkubations­Zentrum (BIC) Darmstadt. Dieses unter­­stützt junge Unternehmen bei der tech­­nischen Entwicklung, Realisierung und Markteinführung neuer Produkte und Dienstleistungen mit Bezug zur Satelliten­­navigation. In enger Zusammenarbeit und mit technischer sowie finanzieller Unterstützung der ESA erhalten die Unternehmen die notwendige Start­hilfe. Diese umfasst die Entwicklung von Ideen zu Konzept und Businessplan, Fragen zur Patentierung und Reali­sierung von Prototypen, Auf­­bau einer Organisationsstruktur sowie die Gewinnung strategischer Partner und Schlüsselkunden. Ein wesentlicher Erfolgs­­faktor für die Unternehmen ist auch die Einbindung in das Expertennetzwerk der ESA sowie die enge Zusammenarbeit mit regionalen und internationalen Partnern. cesah fungiert in diesem Zusammen­hang als Organisations- und Kontakt­stelle für den Ideenwettbewerb European Satellite Navigation Competition (ESNC).

Die mittlerweile 22 durch cesah betreuten Unternehmen beschäftigen sich mit An­­wendungen der Satellitennavigation für Verkehr und Logistik, Hochwasserschutz und Forstwirtschaft, Kontroll- und Wartungs­­aufgaben, sichere mobile Zahlungs­systeme und hochgenaue Positionierung in der Schifffahrt. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf Themen zur Nutzung von GPS, European Geostationary Navi­­gation Overlay Service (EGNOS) sowie zukünftig insbesondere auch Galileo.

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Neben der Nutzung in der Land­wirt­­schaft, für Land- und Luftverkehr sowie für die Fußgängernavigation kommt die Satellitennavigation auch für eine Viel­­zahl von Anwendungen im Bereich Logistik in Frage, insbesondere für die Ver­folgung von Gütern. Die Satelliten­­navigation stößt allerdings innerhalb von Gebäuden und in deren unmittelbarem Umfeld an ihre Grenzen. Durch Abschattungseffekte wird der Empfang der Signale beschränkt oder gar verhindert. In diesem Kontext versprechen komplementäre Technologien zur Ortung in Innenräumen eine höhere System­verfügbarkeit und Genauig­keit. Hier kann nur eine kombinierte Nutzung verschiedener Navigations­technologien die Erschließung neuer Märkte ermöglichen.
Insbesondere in der Logistik erwartet der Nutzer Lösungsansätze, die einen reibungslosen Prozessablauf gewährleisten. Vor diesem Hintergrund wurden im Rahmen des Forschungsprojekts GNSS-INDOOR geeignete Technologien zur Ortung in Gebäuden und deren Umfeld intensiv untersucht. Das hierzu entwickelte System kombiniert neben der eigentlichen Ortungstechnologie auch Kommunikations­­elemente sowie unterstützende Verfahren. Ergänzt wurde das Ortungssystem um Sensoren zur Zustandsüberwachung von beförderten Gütern hinsichtlich Temperatur und Druck, um nur zwei Beispiele zu nennen. Diese Daten werden entweder direkt über Funk oder über webbasierte Schnittstellen an einen Server übertragen. Zusammen mit der eigentlichen Positions­übermittlung wird dadurch ein Informations­­gehalt generiert, welcher die Optimierung eines logistischen Prozesses ermöglicht und sowohl in Form einer Überwachung als auch Steuerung verwendbar ist. Durch die frühe Erkennung von Fehlern im Prozessablauf soll eine Kosteneinsparung möglich werden.

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Erste experimentelle Untersuchungen zur Leistungsfähigkeit der ausgewählten Technologien erfolgten unter Labor­be­dingungen. Daran schloss sich ein Feld­­versuch am DHL-Hub des Flughafens Leipzig/Halle an, zur Verfolgung von Luftfrachtcontainern, die mittels Zug­maschinen von einer Lagerhalle zu vor­­gegebenen Ladezonen auf dem Flughafen­­vorfeld transportiert wurden. Ausgestattet mit einem mobilen Ortungsgerät, welches im konkreten Fall GPS mit WLAN kombinierte, gelang eine lückenlose Ver­­folgung der Zugmaschinen und damit auch der Container. Der gesamte Prozessablauf wurde von einer Zentrale aus überwacht und mögliche Fehler, wie beispielsweise das Entladen an der falschen Ladezone, in Echtzeit erkannt – ergänzt um Infor­ma­­tionen zum Zustand des Ladeguts. Damit gelang in einem realen betrieblichen Umfeld, unter realistischen Bedingungen und im Rahmen eines bestehenden logis­­tischen Prozesses der Eignungs­nachweis des entwickelten Ortungssystems zur Prozessüberwachung und -optimierung. Das Vorhaben wurde über einen Zeit­raum von mehr als zwei Jahren mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie durch die Raumfahrt­agentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) gefördert – unter dem Förderkennzeichen 50 NA 0701. Projektpartner waren neben weiteren Industrie- und Forschungseinrichtungen auch das Centrum für Satelliten­navigation Hessen cesah und sein in Darmstadt an­­sässiger Gesellschafter VEGA Space GmbH. Die gewonnene Kompetenz für die naht­­lose Verfolgung von Gütern im Innen- und Außenbereich kommt den Gründungs­unternehmen am cesah zugute.

IMG_4488-KopieNach seinem Studium der Luft- und Raum­­fahrttechnik an der Universität Stuttgart und anschließender Promotion im Bereich Raumfahrt ist der Autor seit 2001 Mit­­arbeiter der VEGA Space GmbH. Seit 2009 ist er Geschäftsführer der cesah GmbH Centrum für Satellitennavigation Hessen. Zudem ist Dr. Zimmermann Lehr­be­­auf­­tragter an der Universität Stuttgart im Fach­bereich Raumfahrtsysteme.