GLONASS

GLONASS (russ. ГЛОНАСС, als Akronym für Globalnaja Nawigazionnaja Sputnikowaja Sistema, d. h. Globales Satellitennavigationssystem) ist ein Satellitennavigationssystem, das vom Verteidigungsministerium der Russischen Föderation betrieben wird.

Technik

GLONASS ähnelt in Aufbau und Funktionsweise dem US-amerikanischen NAVSTAR-GPS. Die Satelliten der GLONASS-Konstellation tragen den Namen Uragan (Hurrikan). Technisch basiert GLONASS auf ähnlichen Prinzipien wie GPS. Die parallele Entwicklung der beiden gleichwertigen Systeme während des Kalten Krieges war aus militärstrategischen Gründen unabdingbar.

Die Entwicklung des Systems begann 1972. Die ersten drei Satelliten starteten am 12. Oktober 1982, das System ist am 24. September 1993 offiziell als operationell erklärt worden. Der Vollausbau, bestehend aus 21 Standard- und drei Reservesatelliten, wurde 1996 erreicht. Die Satelliten sind auf einem Medium Earth Orbit in drei Bahnebenen mit 64,8° Neigung gegen den Äquator. Dadurch ist die Verfügbarkeit in den Polarregionen etwas besser als bei GPS (55° Bahnneigung). Die Große Halbachse der Umlaufbahn beträgt 25.500 km, die Bahnhöhe 19.100 km (GPS 20.200 km). Die Umlaufzeit liegt bei 11:15 Stunden (GPS 11:58).

Im Gegensatz zum GPS senden bei GLONASS alle Satelliten mit gleichem Code (PRN: Pseudozufallsrauschen), aber auf unterschiedlichen Frequenzen (FDMA). Maximal zwei Satelliten senden auf demselben Kanal im Dezimeterwellen-Bereich. Jeder von GLONASS verwendete Kanal sendet Signale auf zwei Frequenzen L1 und L2, nämlich

L1 = 1602 MHz + k · 562,5 kHz
L2 = 1246 MHz + k · 437,5 kHz, wobei k die Kanalnummer bezeichnet.

Beim GPS nutzen alle Satelliten die gleichen Frequenzen.

Wie GPS benötigt GLONASS zum Regelbetrieb knapp 24 Satelliten, damit gewährleistet werden kann, dass immer zumindest drei davon an einem Ort sichtbar sind. Bisher reichte die Anzahl der funktionsfähigen Satelliten dafür nicht aus, so dass nicht immer an jedem Ort der Erdoberfläche genügend Satelliten für die Ortsbestimmung verfügbar sind. Bei bekanntem Standort ist dann lediglich eine Zeitbestimmung möglich.

Am 12. September 2008 ordnete der Ministerpräsident von Russland, Wladimir Putin den Ausbau von GLONASS für 67 Milliarden Rubel (1,8 Milliarden Euro) an. Im Jahr 2012 sollen alle für den weltweiten Regelbetrieb notwendigen Satelliten einsatzbereit und im Orbit sein.

Systemarchitektur

Satellitenkonstellation (Space Segment)

Der erste Uragan-Testsatellit Kosmos 1413 wurde im Oktober 1982 zusammen mit zwei Uragan-Attrappen in seine Umlaufbahn gebracht. Ursprünglich sollte das System 21 Satelliten für den Normalbetrieb sowie drei Reservesatelliten umfassen. Die neue Planung sieht 30 Satelliten vor, die sich auf drei Orbits mit jeweils 8 Satelliten und 2 Reservesatelliten verteilen.

Nach dem Zerfall der Sowjetunion konnten bis ins Jahr 1995 noch weitere Satelliten pro Jahr gestartet werden, die wohl schon zu Sowjetzeiten fertiggestellt wurden, so dass man 1995 ein System von 25 funktionierenden Satelliten hatte. Im Jahr 1998 war die Anzahl jedoch schon auf 13 gesunken und verringerte sich bis 2001 auf nur sieben Satelliten. Ab 2002 begann die Anzahl der funktionsfähigen Satelliten wieder anzusteigen. Das Problem dabei war die hohe Ausfallrate aufgrund der sehr kurzen Lebensdauer der einzelnen Uragan-Satelliten von nur drei Jahren.

Seit 2001 werden auch verbesserte Uragan-M-Satelliten mit einer Lebensdauer von sieben Jahren eingesetzt. Eine neue Uragan-K-Generation mit geringerer Startmasse und einer Lebensdauer von zehn Jahren befindet sich in Entwicklung (der erste Start ist für 2010 geplant). Uragan und Uragan-M (beide 1415 kg) werden in einem Tripel mit schweren Proton-Raketen gestartet, die leichteren Uragan-K (850 kg) sollen zu zweit mit einer deutlich günstigeren Sojus-2/Fregat starten können.

Ende 2005 wurden drei weitere GLONASS-Satelliten (zwei Uragan-M und ein Uragan) mit einer Proton-Rakete gestartet, Ende 2006 folgte ein weiterer Proton-Start mit drei Uragan-M-Satelliten; im Oktober 2007, Dezember 2007, September 2008, Dezember 2008 und Dezember 2009 wurden jeweils drei Satelliten gestartet.

Derzeit (Dezember 2019) besteht das Satellitensegment von GLONASS aus 27 Satelliten.

Bodenstationen (Control Segment)

Alle Bodenstationen befinden sich auf dem Gebiet der ehemaligen Sowjetunion, nämlich in Moskau, Komsomolsk am Amur, Sankt Petersburg, Jenisseisk (alle auf dem Gebiet der Russischen Föderation) und Ternopil (Ukraine).

Benutzersegment (User Segment)

Nach Aussagen des russischen Verteidigungsministeriums im November 2006 soll ab 2009 die kommerzielle Nutzung von GLONASS möglich werden. Das System würde damit in direkter Konkurrenz zum US-amerikanischen GPS, dem europäischen Galileo-System und dem chinesischen Compass-System stehen.

Entsprechend konstruierte Navigationsgeräte könnten Daten sowohl von den GLONASS- als auch GPS-Satelliten empfangen und durch Kombination beider Signale eine erhöhte Genauigkeit erzielen. Auch bei dem Ausfall eines Systems oder als Schutz gegen Manipulation hätte diese Anwendung Vorteile.

Im Jahr 2009 wurde der erste russische vollständig auf einem Chip integrierte Empfänger für GLONASS (inkl. GPS/Galileo/Compass) vorgestellt.
Im April 2011 brachte ZTE (Zhong Xing Telecommunication Equipment Company Limited) das erste Smartphone auf den Markt, das neben GPS auch GLONASS verwendet, diesem folgten mehrere Smartphones unterschiedlicher Hersteller.