Nog nauwkeuriger en betrouwbaarder

Galileo, de Europese tegen-hanger van het Amerikaanse gps-systeem, wil vanaf 2019 overal op aarde satellietnavi-gatie bieden. Uitgebreider, preciezer en betrouwbaarder dan de concurrentie.

Met een dag uitstel worden morgen vanaf de basis in Kourou in Frans Guyana ‘Thijs’ en ‘Natalia’ gelanceerd, de eerste twee satellieten van het Europese navigatiesysteem Galileo. Ze zijn genoemd naar twee kinderen uit België en Bulgarijë die een prijsvraag wonnen.

De satellieten, gelanceerd door een Russische Sojoez-raket, zijn identiek aan zestien satellieten die in de toekomst nog de ruimte in zullen gaan en die ook in een baan op 23.222 meter hoogte zullen vliegen.

Als ze allemaal rondcirkelen, volgens plan in 2019, moet Galileo overal op aarde satellietnavigatie bieden, net als het Amerikaanse gps (global positioning system). Dat werkt zo: satellieten met precieze atoomklokken zenden radiosignalen uit met daarin gecodeerd gegevens over hun positie en het exacte moment dat het signaal werd verzonden.

Die signalen reizen met de snelheid van het licht (300 duizend kilometer per seconde). Zo gauw ze opgepikt worden door een ontvanger, kan die uitrekenen hoe lang het signaal onderweg is geweest. Daarmee is ook bekend hoe ver de satelliet staat.

Strikt meetkundig zouden peilingen van drie satellieten al genoeg kunnen zijn voor een plaatsbepaling, maar omdat de meeste ontvangers zelf geen atoomklok meedragen, is nog een vierde baken nodig.

Om overal op aarde minstens vier Galileo-satellieten in zicht te hebben, waren oorspronkelijk dertig satellieten gepland, maar door herhaaldelijke bezuinigingen in het Europese miljardenproject is er voorlopig alleen geld voor achttien stuks

Het grote voorbeeld is het Amerikaanse militaire GPS, de motor achter een technologische en economische revolutie die toepassingen opleverde van TomTom tot smart bomb, en een industrie waarin inmiddels zo’n 30 miljard euro per jaar in omgaat.

Ook China en India hebben eigen satellietnavigatiesystemen op stapel staan, en Rusland had al een eigen systeem, Glonass. Dat viel in 1995 uit wegens achterstallig onderhoud, maar is afgelopen september met lanceringen van nieuwe satellieten weer in de oude glorie hersteld.

Toch, of juist daarom, blijft de vraag waarom er dan nóg een satellietnavigatiesysteem nodig is. Het antwoord is eenvoudig: Europa wil niet afhankelijk zijn van het ‘buitenland’ en de beschikking hebben over een eigen systeem.

Anders dan GPS, dat gratis maar zonder garanties wordt geboden, is Galileo daarnaast een civiel systeem. Technologisch is het een stap voorwaarts, zegt Marco Falcone, manager voor Galileo bij de Europese ruimtevaartorganisatie ESA. Hij is verantwoordelijk voor het testen en inregelen van het complete Galileo-systeem en nauw betrokken bij het geplande Galileo Performance Monitoring Centre in Noordwijk.

Falcone: „We hebben twee typen atoomklokken aan boord. Een rubidium-atoomklok, vergelijkbaar met die aan boord van de GPS-satellieten, die ongeveer 10 nanoseconden per dag verloopt. En de nieuwe passieve waterstof-maser-atoomklok, die nog maar 1 nanoseconde per dag uit de pas loopt; dat komt neer op 1 seconde afwijking in 3 miljoen jaar.”

Maar volgens Christiaan Tiberius, satellietnavigatie-onderzoeker aan de TU Delft en betrokken bij de ontwikkeling van een Galileo-testontvanger, vertalen de superieure prestaties van de klokken zich vooral in betrouwbaarheid, niet in navenant preciezere plaatsbepalingen. De klokken aan boord van de satellieten worden vanaf de aarde sowieso een paar keer per dag gelijkgezet.

„Het gaat om technische verbeteringen die liggen in de orde van grootte van procenten, niet meer”, zegt Tiberius. Het grootste voordeel van de extra Galileo-satellieten zit hem vooral in de mogelijkheid te navigeren op een combinatie van GPS en Galileo, simpelweg omdat er dan vanaf een willekeurig punt meer satellieten zichtbaar zijn. Dat maakt de metingen nauwkeuriger.

Verder zijn de Galileo-diensten uitgebreider, met behalve een openbare gratis variant, ook een betaalde dienst met een gegarandeerde precisie, inclusief een waarschuwingssysteem voor als die onverhoopt niet gehaald wordt. Cruciaal voor veiligheidskritische toepassingen, bijvoorbeeld bij vliegtuignavigatie of vervoer van gevaarlijke stoffen. Ook zullen de satellieten noodsignalen kunnen ontvangen, bijvoorbeeld van schepen in nood.

Vergeleken met de GPS-satellieten hebben de Galileo-zenders verder iets meer zendvermogen en drie kanalen in plaats van een, wat de storingsgevoeligheid verlaagt. Ook de in het signaal gecodeerde informatie over de positie van de satelliet is verbeterd. Daardoor zou Galileo beter bestand moeten zijn tegen reflecties van bijvoorbeeld hoge gebouwen. In grote steden willen zulke echo’s GPS nog wel eens op hol brengen.

De plaatsafwijkingen die nog overblijven zijn vooral het gevolg van variaties van de lichtsnelheid in de ionosfeer, een geleidende laag in de atmosfeer. Een deel van die afwijkingen kunnen gecompenseerd worden met een netwerk van grondstations, die lokale afwijkingen in kaart brengen en aan geavanceerde (maar steeds goedkopere) ontvangers doorgeven via communicatiesatellieten.

In de VS is er volgens dit principe het WAAS-netwerk, waarmee de GPS-precisie verder teruggebracht wordt tot 1 tot 5 meter; in Europa is er het vergelijkbare EGNOS-netwerk. Beide werken ook in combinatie met Galileo.

Verdere verbeteringen zullen vooral in verbeterde technologie en procedures op de grond zitten, niet in de satellieten zelf. Tiberius: „De posities van de satellieten zelf zijn steeds beter te bepalen. Een volgende generatie autonavigatie-apparatuur zal daardoor ook zien in welke rijbaan je zit. Relatieve afstanden – tussen twee zenders – kun je met speciale apparatuur zelfs op decimeter- of centimeterprecisie meten.” Dat kan dan met GPS, en in de toekomst dus ook, iets beter, met Galileo.