Seite weiterempfehlenSeite drucken

Neue Uhren für die Satelliten-Navigation der Zukunft

Das Galileo Kompetenzzentrum hat eine wichtige Rolle bei Quanteninnovationen: Wissenschaftler entwickeln im Projekt Compasso hochgenaue Uhren für die Satelliten-Navigation.

Es gibt keine einfachen Vergleiche dafür, wie exakt die Uhren auf den Galileo-Satelliten funktionieren. Geht es um Bruchteile von Sekunden – oder von Millisekunden? Viel zu unpräzise. Im Galileo-System befinden sich Atomuhren, die auf die Nanosekunde genau sind. Eine Milliarde Nanosekunden dauern eine Sekunde lang. Und es geht noch mehr: Die im Institut für Quantentechnologien entwickelten Jod-Laseruhren würden um ein Vielfaches genauer sein als andere Systeme, sagt Prof. Felix Huber vom Galileo Kompetenzzentrum im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Je besser die Zeit bestimmt wird, umso sicherer läuft zum Beispiel die Navigation auf der Erde.

Uhren auf den Galileo-Satelliten für den Einsatz im Weltraum qualifiziert

Das Galileo Kompetenzzentrum in Oberpfaffenhofen wurde 2019 gegründet, die Aufbauphase ist nahezu abgeschlossen. Das Kompetenzzentrum verbessert laufend die Technologien für das Galileo-Navigationssystem. Dazu werden die Erfindungen der DLR-Institute zusammen mit der Industrie so vorangebracht, dass sie für die Satelliten und die Bodensysteme eingesetzt werden können.

Das Institut für Quantentechnologien bringt die Jod-Laseruhren in das Projekt Compasso ein, das vom Galileo-Kompetenzzentrum geführt wird. Die Jod-Laseruhren werden jetzt gemeinsam für den Einsatz im Weltraum qualifiziert: Sie müssen besonders klein, robust und langlebig sein. Für das Compasso-Projekt hat außerdem das Institut für Kommunikation und Navigation mit Wirtschaftspartnern ein Laserterminal erarbeitet, das die Daten überträgt, die Uhren der Satelliten synchronisiert und Entfernungen hochpräzise bestimmt. Hinzu kommen ein Frequenzkamm und weitere Instrumente, die Experimente im Weltraum unterstützten. Der Frequenzkamm überträgt die optischen Signale in den Frequenzbereich für die Satellitennavigation. Das Institut für Softwaretechnologie liefert die Betriebssoftware für den Computer, der die Experimente steuert. Der DLR-Raumflugbetrieb unterstützt und übernimmt die Vorbereitung und Durchführung des Gesamtbetriebs.

Minimale Abweichung mit großem Effekt

Das Galileo-Satellitennavigationssystem bietet schon jetzt eine außerordentlich hohe Positionsgenauigkeit und präzise Zeitinformation. Satelliten senden bei der Navigation ständig Daten, damit Nutzer ihren Standort bestimmen können. Dass dabei die Laufzeiten zwischen Sender und Empfänger richtig gedeutet werden, ist immens wichtig: Eine Ungenauigkeit der Zeitmessung von einer Nanosekunde würde zum Beispiel einem Fehler von 30 Zentimetern in der Entfernungsmessung entsprechen, erklärt Huber. Das scheint nicht viel zu sein – die Satelliten kreisen immerhin in etwa 23.000 Kilometern Höhe um die Erde. Aber: Bei der Navigation von Fahrzeugen, die automatisiert unterwegs sind, wäre das nicht tolerierbar. Die Atomuhren in den Satelliten müssten so exakt übereinstimmen, dass sie Positionsgenauigkeiten im Bereich weniger Zentimeter in Echtzeit erlauben, sagt Huber.

Die Jod-Laseruhren aus dem Compasso-Projekt basieren auf den Prinzipien der Quantenmechanik. Sie beschreibt physikalische Vorgänge auf atomarer Ebene – also in der Welt des Allerkleinsten. Das Galileo Kompetenzzentrum hat neben dem DLR-Institut für Quantentechnologien in Ulm und dem DLR-Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik in Hannover eine bedeutende Rolle bei terrestrischen und raumfahrtbasierten Quanteninnovationen. Natürlich stehen auch Forschungs- und Entwicklungsarbeiten für künftige Quantencomputer im Fokus.

Weitere Informationen unter www.dlr.de

3689 - Neue Uhren für die Satelliten-Navigation der Zukunft
PR/as
Keywords:
Geo-ITGeodäsieGeoinformationGeoGeoinformatikGIDLRGalileoSatelliten-Navigation