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Photo: U.S. Air Force, Wikimedia Commons, Public domain.Glaubst du zu wissen, wie dein Handy die Welt kartiert? Mach eine Reise in die Umlaufbahn und teste dein Wissen über die Satelliten, die Geschichte und die Wissenschaft hinter dem Global Positioning System.
Orbit-Neugieriger 0–4 · Signal-Sucher 5–8 · Meister-Navigator 9–10
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Ein weit verbreiteter Irrglaube ist, dass GPS-Empfänger mit Satelliten kommunizieren. In Wirklichkeit ist GPS ein völlig passives System: Die Satelliten senden ständig Zeit- und Umlaufdaten aus, und dein Smartphone hört einfach nur zu. Dein Telefon berechnet deine Position lokal, ohne Daten ins All zurückzusenden. Deshalb funktioniert GPS selbst dann, wenn du absolut keinen Handyempfang hast.
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Galileo ist Europas hochmodernes globales Satellitennavigationssystem, das 2016 in Betrieb ging. Im Gegensatz zum GPS, das vom US-Militär betrieben wird, ist Galileo primär für zivile und kommerzielle Zwecke konzipiert und bietet anspruchsvollen Nutzern eine extreme Genauigkeit im Zentimeterbereich.
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GPS-Satelliten operieren in einer mittleren Erdurmlaufbahn in einer Höhe von etwa 20.200 Kilometern. Diese Umlaufbahn ist ideal, weil sie hoch genug ist, um große Gebiete abzudecken, während sie gleichzeitig alle 12 Stunden eine volle Umdrehung schaffen. Geostationäre Satelliten hingegen befinden sich viel weiter oben und stehen fest über einem Punkt am Äquator.
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Die Schwerkraft ist hoch über der Erde schwächer, wodurch Satellitenuhren etwa 45 Mikrosekunden pro Tag schneller gehen. Obwohl ihre hohe Geschwindigkeit sie aufgrund der speziellen Relativitätstheorie um 7 Mikrosekunden verlangsamt, gehen sie unter dem Strich 38 Mikrosekunden pro Tag zu schnell. Ingenieure müssen vor dem Start eine konstante Korrektur in die Satellitenuhren einprogrammieren, damit die GPS-Koordinaten nicht driften. Foto: NASA, Wikimedia Commons, Public domain.
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Im September 1983 schoss ein sowjetisches Kampfmittel den Flug 007 der Korean Air Lines ab, nachdem das Passagierflugzeug aufgrund eines Navigationsfehlers versehentlich in den gesperrten sowjetischen Luftraum geraten war. Als Reaktion auf die Tragödie kündigte Präsident Reagan an, dass die GPS-Technologie des US-Militärs der zivilen Luftfahrt frei zur Verfügung gestellt werde, um solche Fehler zu verhindern.
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Das US-Verteidigungsministerium hat das Programm offiziell unter dem Namen NAVSTAR GPS ins Leben gerufen, was für Navigation System with Timing and Ranging steht. Transit war tatsächlich ein früheres, separates Satellitennavigationssystem, das ab den 1960er Jahren von der US-Marine genutzt wurde. Der erste experimentelle Navstar-Satellit wurde 1978 in die Umlaufbahn gebracht. Foto: U.S. Air Force, Wikimedia Commons, Gemeinfrei.
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Der erste experimentelle Block-I-GPS-Satellit wurde im Februar 1978 gestartet. Es dauerte weitere fünfzehn Jahre und Dutzende von Starts, bis das System 1995 seine volle Einsatzbereitschaft erreichte. Heute wird das System ständig mit neueren Satellitengeneration aktualisiert, um die Genauigkeit zu wahren. Foto: Paulsava, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.
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Gladys West programmierte die Computer zur Berechnung der exakten Erdform, dem Geoid. Ohne dieses hochdetaillierte mathematische Modell wären GPS-Berechnungen nicht präzise genug zur Standortbestimmung. 2018 wurde sie in die Hall of Fame der US Air Force Space and Missile Pioneers aufgenommen. Foto: Adrian Cadiz, Wikimedia Commons, Public domain.
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GPS-Signale werden im Mikrowellenbereich übertragen, genauer gesagt auf Frequenzen, die als L-Band bekannt sind. Mikrowellen eignen sich perfekt dafür, da sie Wolken, Regen und Plastikgehäuse leicht durchdringen können, auch wenn sie bei dicker Vegetation und Betonwänden an ihre Grenzen stoßen. Kurzwellenfrequenzen werden stattdessen für internationale Langstrecken-Rundfunksendungen genutzt.
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Der Magellan NAV 1000 schrieb 1989 Geschichte, als er auf den Markt kam. Er wog etwa 1,5 Pfund und kostete rund 3.000 US-Dollar. Er wurde hauptsächlich für Bootsfahrer entwickelt und konnte mit AA-Batterien nur wenige Stunden betrieben werden. Garmins frühe Modelle wie das GPS 50 folgten kurz darauf und läuteten den wettbewerbsintensiven Markt für Verbrauchernavigation ein.
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