Das Global Positioning System, besser bekannt als GPS, ist seit seiner Einführung im Jahr 1993 zu einem integralen Bestandteil des modernen Lebens geworden. Von Navigationshilfen auf Smartphones bis hin zu hochpräzisen Anwendungen in der Industrie und im Militär hat das GPS unsere Art, uns zu orientieren und zu positionieren, revolutioniert. Doch trotz seiner weiten Verbreitung und Bedeutung zeigt das System zunehmend Schwächen – insbesondere gegenüber Störungen und Manipulationen. Die Suche nach zuverlässigen GPS-Alternativen gewinnt daher weltweit an Bedeutung und führt zu bahnbrechenden Innovationen in der Satelliten- und Navigationsbranche. Das zentrale Problem liegt in der Natur des GPS-Netzwerks selbst.
Die 24 Satelliten des Systems befinden sich in einer mittleren Erdumlaufbahn, etwa 20.200 Kilometer über der Erde. Diese hohe Position bedeutet, dass die Signale, die zur Positionsbestimmung auf der Erde verwendet werden, extrem schwach sind, wenn sie ankommen. Schwache Signale sind anfällig für Störungen – sei es durch natürliche Einflüsse wie Weltraumwetter oder durch menschliche Eingriffe wie GPS-Jamming und Spoofing, bei denen die Signale gezielt unterbrochen oder gefälscht werden. Vor allem in Zeiten geopolitischer Spannungen, wie etwa nach dem russischen Angriff auf die Ukraine, haben solche Angriffe auf GPS-Signale erheblich zugenommen und die Kritik an der Verletzbarkeit des Systems verschärft.
Als Reaktion auf diese Herausforderungen hat sich eine neue Generation von Unternehmen und Technologien herausgebildet, die GPS nicht nur ergänzen, sondern grundlegend verbessern wollen. Ein bemerkenswertes Beispiel ist das kalifornische Startup Xona Space Systems, das eine eigene Satellitenkonstellation im niedrigen Erdorbit plant. Diese Satelliten sollen erheblich näher an der Erde positioniert sein als die bestehenden GPS-Satelliten – etwa 12.000 Meilen näher –, wodurch sie stärkere und präzisere Signale senden können. Für Nutzer bedeutet dies mehr Genauigkeit bei der Positionsbestimmung, eine höhere Resistenz gegen Störungen und die Möglichkeit, auch in Innenräumen oder dichter bebauten Gebieten zuverlässige Navigationsdaten zu erhalten.
Dass die Positionierung von Satelliten in einem niedrigeren Orbit eine ganz neue Qualität der Navigation verspricht, war vor einigen Jahren noch technisch und wirtschaftlich kaum denkbar. Die Kosten für den Start und Betrieb eines so umfangreichen Netzwerks von Satelliten schienen prohibitiv. Armaturen, Elektronik und Kommunikationstechnologie mussten kleiner und günstiger werden, um diesen Traum Realität werden zu lassen. Doch die rasante Entwicklung in der Raumfahrttechnik, vorangetrieben durch Unternehmen wie SpaceX mit ihren günstigen und häufigen Raketenstarts, hat das Spielfeld verändert. Heute können selbst kleinere Satelliten in großen Stückzahlen ins All gebracht werden und dort in Konstellationen betrieben werden, die eine lückenlose globale Abdeckung garantieren.
Neben Xona entwickeln auch andere Unternehmen und Organisationen Lösungen, die auf unterschiedlichen technischen Wegen GPS ergänzen oder ersetzen möchten. Einige setzen auf bodengestützte Technologien wie Inertialnavigation. Diese Systeme arbeiten mit Gyroskopen und Beschleunigungssensoren, die zum Beispiel in Fahrzeugen oder Drohnen eingesetzt werden können, um die Position anhand der eigenen Bewegungen zu ermitteln. Moderne Versionen dieser Technologie, unterstützt durch Fortschritte bei photonischen Bauteilen und Mikroelektromechanischen Systemen (MEMS), sind mittlerweile klein, kostengünstig und für vielfältige zivile und militärische Anwendungen geeignet. Sie bieten insbesondere den Vorteil, dass sie GPS-Spoofing erkennen und überbrücken können, sodass Navigationssysteme bei GPS-Ausfällen oder Störungen nicht komplett nutzlos werden.
Darüber hinaus experimentiert die europäische Raumfahrtagentur ESA mit innovativen Konzepten zur Präzisionsverbesserung, wie dem ACES-Mission, die das Ziel verfolgt, hochpräzise Atomuhren im All zu installieren. Diese Uhren könnten nicht nur die Zeitmessung und Synchronisation revolutionieren, sondern auch die Höhenmessung auf der Erdoberfläche deutlich verbessern und so neue Anwendungen im Umweltschutz, der Geodäsie und der Katastrophenüberwachung ermöglichen. Die strategische Dimension dieser Innovationsaktivitäten darf nicht unterschätzt werden. Die zunehmenden geopolitischen Spannungen und militärischen Konflikte haben die Bedeutung eines zuverlässigen und sicheren Positionierungs-, Navigations- und Zeitsystems (PNT) für die nationale Sicherheit massiv in den Vordergrund gerückt. In Kriegsgebieten und an umkämpften Grenzregionen sind GPS-Signale immer häufiger ausfallen oder manipuliert worden, was militärische Operationen erschwert und zivile Infrastruktur gefährdet.
Gleichzeitig legen auch kritische zivile Bereiche wie die Luftfahrt, der Schiffsverkehr und die Energieversorgung einen immer größeren Wert auf stabile PNT-Dienste, um Systemausfälle und damit verbundene Risiken bestmöglich zu minimieren. Die Herausforderung, verschiedene Technologien miteinander zu verbinden, um ein robustes Gesamtsystem zu schaffen, wird in der Praxis heiß diskutiert. Experten sind sich einig, dass es keine einzelne Lösung geben wird, die alle Problembereiche abdeckt. Vielmehr ist ein hybrider Ansatz erforderlich, der Satellitensysteme, bodengestützte Sensorik, Funknetze und fortschrittliche Softwarelösungen kombiniert, um Störungen frühzeitig zu erkennen und Ausweichstrategien zu ermöglichen. Ein interessanter Aspekt im Wettlauf um GPS-Alternativen ist auch die Frage der Kompatibilität.
Xona Spacesystems und andere setzen bewusst darauf, ihre Signale mit bestehenden GPS-Empfängern kompatibel zu machen, um die Integration und den Übergang für Nutzer möglichst einfach zu gestalten. Dadurch könnten Millionen von Geräten von der verbesserten Leistung neuer Satelliten profitieren, ohne dass komplette Neuentwicklungen nötig wären. Die Tragweite dieser Entwicklungen ist enorm. Sie könnten nicht nur die Sicherheit von Systemen erhöhen, die heute bereits stark von GPS abhängig sind, sondern auch neue Anwendungen ermöglichen, die bisher an den Grenzen der Positionierungstechnologie scheiterten. Autonome Fahrzeuge zum Beispiel benötigen eine Positionsgenauigkeit im Zentimeterbereich, um sicher im Straßenverkehr navigieren zu können.
