De Europese Galileo-plaatsbepalingssatellieten worden inmiddels door meer dan twee miljard mensen gebruikt. Weliswaar gaat het om een combinatie van het Amerikaanse Global Positioning System en Galileo, maar dit aantal kan moeilijk tot een andere conclusie leiden dan dat het Europese systeem een succes is geworden. Als je de betrokkenen van begin jaren '90 nu vraagt of ze destijds hadden getekend voor de situatie waarin Galileo zich momenteel bevindt, zullen ze die vraag waarschijnlijk met een volmondig 'ja' beantwoorden.
Ga er maar aanstaan: een technisch zeer complex systeem optuigen en in de ruimte brengen, het grondnetwerk uitbouwen en alle juridische, politieke en financiële hordes nemen binnen de immer verdeelde Europese Unie. Er was destijds tegenwerking en irritatie vanuit de Amerikanen, een initieel gebrek aan interesse van de Europese industrie, ruziënde lidstaten over welke bedrijven de klus mochten klaren, rechtszaken, vertragingen en ga zo maar door.
Render van het moment waarop twee eerstegeneratiesatellieten van Galileo worden afgezet in de ruimte
Uiteindelijk hebben de Europese Commissie en de ESA zich over dit project ontfermd. Sinds 2016 is Galileo deels operationeel, zo'n tien jaar nadat er definitief groen licht kwam voor het project. Ter vergelijking: bij het Amerikaanse GPS-systeem duurde dat zo'n tweeënhalf keer zo lang. Inmiddels is het Galileo-netwerk zo goed als volledig operationeel, met 24 functionerende satellieten.
De totale kostenpost overschreed vorig jaar naar schatting al de 13 miljard euro. Het mag wat kosten, maar dan heb je ook wat. Een paar jaar geleden noemde de projectleider Paul Verhoef Galileo al een koopje. Hij gaf aan dat de markt voor satellietnavigatie, applicaties en elektronica in 2020 naar 250 miljard euro zou groeien en van die markt bezitten EU-bedrijven normaal gesproken een derde. "Dan is een publieke investering van jaarlijks 1 miljard voor zo'n cruciale sector weinig", zei hij tegen het AD.
Verhoef heeft een achtergrond in elektrotechniek en rolde na zijn afstuderen in meet- en regeltechniek in de satellietcommunicatie en ruimtevaart. Zo heel veel ambtenaren met dergelijke kennis en ervaring waren er destijds niet, dus klopte de Europese Commissie in 2005 bij hem aan om het Galileo-project te leiden. Tweakers sprak met hem over de huidige status van Galileo en met name over wat er nog aan komt. De ESA is namelijk van plan om in 2024 te beginnen met de tweede generatie Galileo-satellieten. Welke verbeteringen zullen die nieuwe satellieten met zich meebrengen en wat betekenen ze voor het netwerk en voor ons op de grond? En wat is de status van de huidige satellieten?
Tweede generatie Galileo-satellieten
Amerikaanse kritiek gaat over in lofzang
Het idee van Europa om een eigen plaatsbepalingssatellietsysteem te ontwikkelen, komt vooral voort uit het idee dat de afhankelijkheid van het Amerikaanse GPS te risicovol is. In een gezamenlijk rapport van de ESA en de Europese Commissie uit 2000 wordt geconcludeerd dat 'ruimte-infrastructuur' steeds belangrijker wordt voor strategische, technische en commerciële applicaties en doeleinden, en dat Europa niet afhankelijk mag worden van buitenlandse infrastructuur.
Render van een Galileo-satelliet van de eerste generatie
De toenmalige Franse president Jacques Chirac was op dit punt waarschijnlijk het felst. "De VS geeft zes keer meer publiek geld uit aan de ruimtesector dan Europa. Als we hier niet op reageren, leidt dat onvermijdelijk tot de situatie waarin onze landen eerst wetenschappelijke en technologische vazallen worden, en daarna industriële en economische", zei hij in 2001. Het leek er aanvankelijk op dat Chirac zijn zin niet zou krijgen. Niet iedereen was overtuigd van de noodzaak van een eigen systeem, met name omdat GPS er al was.
Daar kwam de stevige Amerikaanse druk nog bij. "Galileo is bijna dood", zei de woordvoerder van de verantwoordelijke Spaanse EU-commissaris Loyola de Palacio in januari 2002. Woordvoerder Gilles Gantelet beschreef hiermee de toenmalige status van de plannen van Galileo. Zijn pessimisme kwam voort uit felle kritiek vanuit de Verenigde Staten. Het land oefende al langer druk uit op Europa om af te zien van het Galileo-project. Zo stuurde Paul Wolfowitz, de Amerikaanse onderminister van Defensie, eind 2001 een brief naar verschillende Europese defensieministers met de oproep af te zien van bepaalde voornemens ten aanzien van Galileo. Ook vanuit de NAVO werd druk uitgeoefend.
Bedreigt Galileo de Amerikaanse nationale veiligheid?
Volgens de VS zou Galileo het monopolie van GPS ondermijnen en de nationale veiligheid bedreigen. Dat laatste bezwaar komt er in het kort op neer dat Amerikaanse strijdkrachten het afgeschermde, beveiligde, militaire GPS-signaal gebruiken, waarbij de discussies met name gingen over een additioneel Amerikaans militaire kanaal met de zogeheten M-code-signalen. Het idee hierachter is dat het reguliere, publiekelijk beschikbare GPS-signaal wordt geblokkeerd zodat vijanden er in conflictsituaties geen gebruik van kunnen maken. Als dan ineens het civiele, voor iedereen beschikbare en relatief zeer accurate Galileo beschikbaar is, hebben tegenstanders een alternatief en wordt dat militaire voordeel van de VS tenietgedaan. Daarnaast zou Galileo het GPS-systeem kunnen storen, zeker als de Amerikanen meer frequentiebanden gaan gebruiken.
Render van een Galileo-satelliet van de eerste generatie
Galileo heeft net als GPS een enigszins vergelijkbare tweedeling: een open dienst voor iedereen en de PRS-dienst, ofwel de beveiligde, commerciële en meer robuuste Public Regulated Service. Deze dienst is bedoeld voor gebruikers die door overheden zijn geautoriseerd. In de discussie over deze kwestie gaven sommige Europese landen aan dat de PRS-signalen zodanig vergelijkbaar zouden moeten zijn met de militaire GPS-signalen dat een poging van de VS om het Europese signaal te storen automatisch ook problemen voor de GPS-signalen met zich mee zou brengen. Dit conflict tussen het Europese PRS en het Amerikaanse M-code werd opgelost, maar er bleef een kwestie rond het harmoniseren van het vrije Galileo-signaal met M-code.
Uiteindelijk werd in juni 2004 overeenstemming bereikt, waarbij over en weer concessies zijn gedaan. De EU wilde modulatie Binary Offset Carrier 1.5 gebruiken voor het reguliere, vrije signaal, maar dat werd BOC 1.1. Daarmee besloten de VS en de EU dat het civiele Galileo-signaal werd afgezonderd, zodat er geen negatieve gevolgen zouden zijn voor het militaire GPS-signaal M-code. De bescherming van dit militaire deel van GPS betekende dat de Europese signaalstructuur in feite de internationale standaard voor open signalen in de Global Navigation Satellite System-markt werd. Ook GPS zou dit bij toekomstige modernisaties gaan gebruiken. Als onderdeel van de overeenkomst werd bepaald dat GPS en Galileo voor burgers compatibel en interoperabel zouden worden, zodat gebruikers met een enkele ontvanger beide systemen kunnen gebruiken en dus ook het gezamenlijke aantal satellieten, wat voor een grotere precisie zorgt.
Render van een GPS III-satelliet, de nieuwste generatie van de Amerikaanse luchtmacht. Deze satellieten worden gemaakt door Lockheed Martin.
Geruisloze samenwerking en tevredenheid
Als je de huidige situatie bekijkt, is het moeilijk om je voor te stellen dat de EU en de VS in het verleden elkaar in de haren vlogen over de komst van Galileo. "De Amerikanen zijn nu zeer tevreden", zegt Verhoef. "Ze gaan zelfs zo ver dat ze Galileo voor een aantal dingen willen gebruiken, al kan ik daar niet over praten. Er zijn concrete dingen die ze als back-up willen hebben. Dat zal nog wel een paar jaar duren en er wordt nog over onderhandeld." Hoe dan ook is inmiddels zowel in de VS als in Europa het besef neergedaald dat een back-upsysteem in beide richtingen slim is, want als er maar één systeem is en dat zou wegvallen, heb je niks meer.
Verhoef licht toe dat bij de modernisering van beide satellietsystemen sprake is van een soort vriendelijke 'strijd' tussen GPS en Galileo. Ter modernisering van het GPS-systeem is de VS al begonnen met GPS Block III. Dat bestaat uit tien nieuwe GPS-satellieten waarvan er al enkele zijn gelanceerd. "Ik ga ervan uit dat zij in de komende tijd dan ook een betere precisie zullen leveren. Daarna worden wij met de tweede generatie weer beter. Dat is een soort vriendelijke competitie. We kennen de collega's van de US Air Force die verantwoordelijk zijn voor het GPS-systeem. Zij zijn geïnteresseerd in wat wij doen en andersom. We kunnen elkaar niet altijd alles vertellen vanwege security, maar er zijn veel contacten."
Huidige status van Galileo
Op 25 juli 2018 lanceerde lanceerde Arianespace nog eens vier Galileo-satellieten, middels een aangepaste Ariane 5-raket. Daarmee kwam het totaal aantal Galileo-satellieten in een baan om de aarde op 26. De Europese Commissie greep dit aan om te onderstrepen dat het project een groot succes was: "Met een toekomstige precisie van 20cm zal Galileo het meest accurate satellietnavigatiesysteem ter wereld zijn", schreef de Commissie. Elżbieta Bieńkowska, de toenmalige commissaris voor de interne markt, deed er een schepje bovenop door met het nodige aplomb te stellen dat "Europa een echte ruimtemacht is geworden".
24 operationele satellieten
Destijds was de planning dat de constellatie in 2020 volledig voltooid zou worden en dan dertig Galileo-satellieten zou tellen. Dit aantal is nog altijd niet gehaald. De lancering van 25 juli 2018 is de meest recente; pas in november moeten weer twee nieuwe satellieten de lucht in gaan. De vier laatste gelanceerde satellieten van juli 2018 kwamen in februari 2019 uit hun testfase om volledig operationeel te worden. Daarmee kreeg het Galileo-netwerk de Full Operational Capability-status.
Er zijn dus nog altijd 26 Galileo-kunstmanen die op een hoogte van 23.222km in banen om de aarde draaien. De eerste veertien exemplaren gingen omhoog met Sojoez-raketten waarbij er steeds twee per keer meegingen. Daarna werden met drie Ariane 5 ES-missies in totaal twaalf satellieten gelanceerd, waarbij elke raket vier satellieten mee de ruimte in nam. Voor de komende lanceringen van de zogeheten Batch 3-satellieten worden de lichtere Ariane 62-raketten ingezet. Die zullen per lancering twee Galileo-satellieten meenemen.
Ariane 6
Het exacte aantal Galileo-satellieten is volgens Verhoef niet zo heel belangrijk. "Het gaat er niet om dat we een bepaald aantal satellieten halen. We moeten genoeg reserves in een baan om de aarde hebben, zodat die ingezet kunnen worden als er een keer eentje uitvalt. De realiteit zal zijn dat die reserves altijd meelopen. Het gaat erom dat je een strategie hebt zodat je onder geen enkele omstandigheid onder het minimale aantal van 24 komt, ook om in te spelen op de mogelijkheid dat er zich problemen voordoen bij de productie van satellieten en er vertragingen zijn."
De komende periode zal de ESA twaalf Batch 3-Galileo-satellieten lanceren. Die dienen twee doelen: reserves plaatsen en de eerste satellieten vervangen. Dat laatste is een voorzorgsmaatregel, want het is nooit precies te zeggen wanneer een individuele satelliet er de brui aan geeft. "Door metingen weten we heel goed wanneer ze ongeveer ophouden, maar als je pech hebt, kan dat uiteindelijk toch nog van het ene op het andere moment gebeuren. Dus als wij twaalf nieuwe satellieten in de ruimte brengen, kan het zo zijn dat die eerste satellieten nog steeds functioneren, ook al waren ze niet ontworpen voor zo'n langere levensduur. De ervaring leert dat ze vaak wel iets langer meekunnen. Het kan dus zomaar gebeuren dat we ineens 38 satellieten in de lucht hebben hangen die allemaal werken. Het kan ook zo zijn dat er tot de tijd van de nieuwe lanceringen vier of vijf kapot gaan en dan heb je het over een ander aantal", aldus Verhoef.
Batch 3-satellieten bij fabrikant OHB
Wat gebeurt er eigenlijk met een satelliet die niet meer goed functioneert? De kleinere en goedkopere Starlink-satellieten van SpaceX krijgen in dat geval een enkeltje naar de atmosfeer om op te branden. Dat is mogelijk omdat ze zich in een relatief lage baan van zo'n 550km bevinden. De Galileo-satellieten zitten in een baan die ongeveer 42 keer zo hoog is. Daardoor is een dergelijk opbrandscenario niet mogelijk. Voordat de Galileo-satellieten end-of-life zijn, worden ze naar de zogenaamde graveyard orbit gebracht. Die zit op een paar honderd kilometer van de operationale orbit. Eenmaal daar aangekomen, worden ze afgeschakeld en dan wordt er niets meer mee gedaan.
Problematische exemplaren
De vijfde en zesde Galileo-satelliet op de Sojoez-raket van augustus '14
De huidige 26 satellieten zijn niet allemaal operationeel. Eén exemplaar voert nog maar een paar heel beperkte functies uit en werkt dus niet meer goed. Een andere is in reserve omdat hij nog maar één functionerende atoomklok heeft. "De Commissie ziet dit exemplaar niet graag gebrandmerkt als een operationele satelliet. Als hij zou uitvallen, moeten ze dat verklaren en ze denken dat dat moeilijk is. Persoonlijk denk ik daar overigens anders over", zegt Verhoef.
Daarnaast zijn er twee satellieten die in een verkeerde, elliptische baan zijn terechtgekomen door een fout bij de lancering op 22 augustus 2014. De Sojoez ST-raket had een probleem met een Russische tussentrap. Hun baan is gaandeweg nog wel wat verbeterd, maar verder is daar niets meer aan te doen. Deze twee satellieten zijn nog niet zo lang geleden operationeel geworden. Volgens Verhoef functioneren ze perfect, maar omdat ze in de verkeerde baan zitten, moest een aantal zaken worden aangepast in de grondstations.
De elliptische banen van deze twee satellieten hadden ook gevolgen voor een specifieke telefoonfabrikant. "We moesten een aantal faciliteiten hebben waar smartphones via het internet toegang toe hebben", licht Verhoef toe. "Dat is geregeld, maar toen bleek dat bij één telefoonfabrikant om de een of andere reden een probleem was. Vervolgens heeft de European GNSS Agency ze in een testmodus gezet. Ze zijn momenteel bezig dat op te lossen". Verhoef weet niet om welk bedrijf het precies gaat, maar het is volgens hem in ieder geval niet één van de grote fabrikanten.
Een dergelijk probleem heeft waarschijnlijk te maken met het nauwgezet toepassen van zogeheten interface documents die de ESA produceert. Fabrikanten kunnen ervoor kiezen zich niet voor 100 procent aan deze documenten te houden. "Af en toe kiezen ze daarvoor omdat het ze beter past of het minder duur is. Dat merk je doorgaans niet, tot er zoiets als dit geval met de twee satellieten en hun verkeerde banen gebeurt. Als fabrikanten dan niet 100 procent compatibel werken, hebben ze ineens een probleem", zegt Verhoef.
Waarom geüpdatete satellieten en nieuw grondsegment?
Al vanaf de iPhone 7 en Samsung Galaxy S7 is het mogelijk GPS en Galileo te ontvangen. Die combinatie wordt door meer dan twee miljard mensen gebruikt. De doorsnee-smartphonegebruiker zal weinig klachten hebben over de precisie tijdens het gebruik van locatiediensten. Waarom is eigenlijk een nieuwe, tweede generatie nodig? Het voor de hand liggende antwoord is dat de satellieten van de eerste generatie relatief verouderde technologie aan boord hebben.
Het uitgebreidere antwoord is dat de Commissie nieuwe en verbeterde diensten mogelijk wil maken en daar is een geüpdatet ontwerp voor nodig, met de nodige nieuwe hardware. Het draait allemaal om het creëren van een zo flexibel en digitaal mogelijk ontwerp: hoe kun je zoveel flexibiliteit op je satellieten aanbrengen dat je zaken kunt veranderen zonder dat je een heel nieuwe constellatie in de lucht moet brengen en je weer vijftien tot twintig jaar moet wachten tot de capaciteit beschikbaar is?
Om dat te bereiken, wordt bij de G2-satellieten vrijwel alles volledig digitaal aangestuurd. Verhoef: "Er komen onder andere digitale signaalgeneratoren die allerhande signalen kunnen genereren. Die kunnen we programmeren. Als de beslissing valt om een ander soort navigatiesignaal te sturen, kunnen we dat gewoon genereren en hoeven we er geen nieuwe satellieten voor te bouwen. Dat is één van de grote nieuwe ontwikkelingen waar we aan werken."
Grondsegment
Het grondsegment is belangrijk om de betrouwbaarheid van de tijd- en positiedata in de signalen van Galileo-satellieten te verzekeren. Atoomklokken aan boord van de satellieten kunnen kleine afwijkingen vertonen. Een afwijking van een miljardste van een seconde in een klok betekent een verminderde accuraatheid op de grond van 30cm. Als diezelfde afwijking een hele seconde zou bedragen, wordt de positie van een gebruiker op aarde weergegeven met een afwijking van 300.000km. De satellieten kunnen ook iets verschuiven ten opzichte van hun geprogrammeerde baan, door de zwaartekracht van de aarde, maan en zon, en ook zonlicht kan dit teweegbrengen.
Een Galileo-antenne bij het Zweedse Kiruna, een zogeheten Telemetry, Tracking and Command Station. Daarnaast een foto van het Ground Control Segment-centrum in Oberpfaffenhofen. In dit centrum wordt de Galileo-constellatie met een hoge mate van automatisering gemonitord en beheerd.
Om problemen te voorkomen, is een netwerk van grondstations nodig om voortdurend elke Galileo-klok te controleren met de Galileo System Time. Dit systeem is accuraat tot 28 miljardste van een seconde en wordt gevormd door de Precise Timing Facilities bij de Galileo Control Centres in het Italiaanse Fucino en het Duitse Oberpfaffenhofen. De tijdsinformatie in deze centra wordt op zijn beurt weer gecontroleerd om aan te sluiten bij de International Coordinated Universal Time. Dit wordt gedaan door een groep Europese tijdslaboratoria. Als een tijdsafwijking wordt geconstateerd, wordt een correctiebericht naar de satellieten gestuurd.
De nieuwe satellieten die vanaf 2024 voor het eerst de ruimte ingaan, zullen worden ondersteund door een geüpdatet grondsegment. Dat is niet even een kwestie van een paar servers en computers vervangen. "Wat we hier hebben, zie je niet zo vaak bij satellieten, namelijk een closed loop system", zegt Verhoef.
"Je geeft een commando en meet wat er gebeurt. Die data gaat terug en daarmee pas je het inputsignaal aan om een bepaalde output aan te sturen. In het geval van Galileo is dit heel gecompliceerd, want het is niet één loop met één satelliet; je krijgt alle signalen van alle satellieten terug. Die moeten allemaal verwerkt worden in computercentra en daarmee worden ook alle inputsignalen naar alle satellieten bijgesteld. Dat gebeurt constant; er zit een supergecompliceerd rekencentrum aan vast. Je zendt timingsignalen en ook die moeten worden aangepast, op basis van de banen waar de satellieten in zitten."
Dit grondsegment is zo'n vijftien jaar geleden opgebouwd op basis van keuzes en technologie uit die tijd. De keuze die nu wordt gemaakt is om zo ongeveer alles naar de cloud te brengen. Daarbij wordt de laatste technologie toegepast, met als doel om zeker weer twintig jaar te kunnen functioneren. Volgens Verhoef is dat hard nodig om te voorkomen dat tegen heel praktische problemen wordt aangelopen. Dit nieuwe grondsegment zal uiteindelijk ook de besturing van de satellieten uit de eerste generatie overnemen, voor zover ze dan nog actief zijn. Tot die tijd wordt het bestaande grondsegment ook nog een beetje uitgebouwd.
De kunst der atoomklokken
De atoomklokken aan boord van plaatsbepalingssatellieten vormen het hart van het systeem. Elke satelliet van Galileo of GPS verstuurt een signaal met data over wanneer het signaal is uitgezonden en de orbitale positie. Aangezien deze signalen met de lichtsnelheid gaan, is door een ontvanger precies uit te rekenen wat de afstand tot de satelliet is. Combineer de inputsignalen van meerdere satellieten tegelijkertijd, en de locatie van de ontvanger is te bepalen. Daarbij is het van belang dat de signalen door de satellieten in de tijd worden gesynchroniseerd tot op een miljardste van een seconde. Anders is een hoge mate van precisie in de locatiebepaling niet mogelijk. Hiervoor zijn zeer stabiele en betrouwbare klokken noodzakelijk. De tweede generatie krijgt verbeterde atoomklokken.
De Space Passive Hydrogen Maser zoals gebruikt in Galileo-satellieten
Rubidiumklok voor Galileo-satellieten
Atoomklokken maken als basis voor de tijdmeting gebruik van de trillingen van atomen. Dat geeft al aan hoe complex deze klokken zijn. Verhoef windt er ook geen doekjes om: "Toen we begonnen, had ik een aantal gesprekken met collega's van GPS en heb ze gevraagd wat hun problemen waren. Het antwoord: probleem nummer één zijn de clocks, probleem nummer twee zijn de clocks en probleem nummer drie zijn de clocks. Ze zeiden: trek je jasje maar aan, want jullie gaan precies hetzelfde krijgen."
Dat bleek inderdaad het geval. Begin 2017, toen achttien Galileo-satellieten zich in een baan om de aarde bevonden, waren er negen atoomklokken die niet meer functioneerden. Op een totaal van 72 atoomklokken in de Galileo-satellieten was dat een behoorlijk groot aantal problematische exemplaren. Elke Galileo-satelliet bevat in totaal vier atoomklokken; twee traditionele rubidiumatoomklokken en twee meer geavanceerde waterstofmasers. Het laatstgenoemde type maakt een nog hogere precisie mogelijk. Er hoeft slechts één atoomklok operationeel te zijn; de overige drie aan boord van een Galileo-satelliet dienen als reserve. Van de negen probleemgevallen waren er zes van het waterstofmasertype. Voor een deel van de problemen werden de oorzaken weliswaar geïdentificeerd, maar het blijven zorgenkindjes.
Een foto van Estecs Navigation Laboratory. In de container rechts zit een actieve waterstofmaserklok. Deze is nog een stuk accurater dan de passieve varianten in de Galileo-satellieten, die al zo accuraat zijn dat ze maximaal één seconde in de drie miljoen jaar afwijken. In het rack links zitten meerdere caesiumklokken en onder meer een klokvergelijkingssysteem. Het Navigation Laboratory speelt een belangrijke rol bij het onafhankelijk valideren van de Galileo-timingprestaties. De klokken dragen ook bij aan de wereldwijde instelling van de Coordinated Universal Time (UTC).
"Als ze werken, doen ze het supergoed, maar één van de problemen is dat als we ze afschakelen, we ze niet meer krijgen ingeschakeld", zegt Verhoef. "Op het moment hebben we ze allemaal aanstaan om dat probleem te voorkomen, maar dat is natuurlijk niet ideaal. Dit moet worden verbeterd. We werken met de industrie aan verbeteringen en ontwikkelingen. De ontwikkeling van een nieuwe klok kost veel tijd, waarbij je lang moet meten en ze ook experimenteel moet laten vliegen. Op de tweede generatie satellieten hebben we één extra plaats voor een experimentele klok ingeruimd. Die zal niet operationeel worden ingezet, maar worden getest op betrouwbaarheid en prestaties. Pas als we aan het eind van dat traject zijn, werkt het goed genoeg en kunnen we operationele klokken bestellen. Dit zijn heel lange trajecten die tien tot vijftien jaar kosten."
Verhoef benadrukt nog maar eens hoe 'supergecompliceerd' deze technologie is. "Men weet van bepaalde dingen niet eens precies hoe ze functioneren, dus we kunnen het ook niet helemaal modelleren om te onderzoeken wat het beste zou zijn. Ik zou het zo uitdrukken: een gedeelte ervan is meer kunst dan wetenschap. Daardoor zijn er risico's aan verbonden. De ontwikkeling is dat we het onder controle krijgen en het 'artistieke' element eruit verdwijnt."
Render van een vroege Galileo-testsatelliet, waarbij rechtsonder de plek van de maserklok is verlicht. Daarboven zit de tweede maser en de twee back-up-rubidiumklokken zitten daar weer boven. Alle klokken zijn aan de romp bevestigd, in de schaduw om eventuele temperatuurinvloeden te minimaliseren.
Hypermoderne antenne, lasers en elektrische aandrijving
Naast digitaal configureerbare antennes is een krachtigere, hypermoderne navigatieantenne een belangrijke vernieuwing. "Hij is zo geavanceerd dat we in het begin niet zeker waren of we hem konden maken", zegt Verhoef. "We hebben eerst met een aantal simulatietools berekend of het mogelijk was. Beide tools gaven aan dat het zou kunnen. Toen hebben we bij Estec (ESA's testcentrum in Noordwijk, red.) een eigen testinstallatie opgebouwd; een model om te kijken of eruit kwam wat we wilden. Die data is doorgespeeld aan de industriële bouwers, omdat zij hem uiteindelijk moeten maken. Met deze antenne kun je onder andere je vermogen verdelen. Je kunt ook zogenaamde spotbeams inrichten, voor als je bij bepaalde toepassingen boven een bepaald gebied tijdelijk een hoger vermogen nodig hebt."
Signalen tussen satellieten
Daarnaast is een niet onbelangrijke vernieuwing de komst van inter-satellite-links, ofwel de capaciteit om signalen en data van de ene naar de andere satelliet te versturen. Dat heeft twee voordelen. Allereerst is het zo mogelijk de satellieten aan te sturen zonder dat dit bij elke satelliet vanaf de grond hoeft te gebeuren. Dat is vooral handig in gebieden in de wereld waar weinig of geen grondstations staan. Een ander voordeel is dat dergelijke links het mogelijk maken om de onderlinge afstand van de satellieten tot elkaar te meten. Dat is op zijn beurt weer belangrijk om de orbit determination te verbeteren.
De ESA concludeerde in 2019 dat voor deze inter-satellite-links optische signalen de voorkeur verdienen boven radiosignalen. Lasers hebben onder meer het voordeel van een veel hogere datasnelheid, bi-directionele communicatie en betere bescherming tegen interferentie en signaalstoringen. Bovendien heb je in tegenstelling tot radiosignalen bij optische signalen niet het issue dat het regulerende frequentieorgaan, de International Telecommunication Union, om de hoek komt kijken. De ESA stelde ook dat optische inter-satellite-links zichzelf hebben bewezen als volwassen technologie, sinds er ervaring mee is opgedaan bij de verschillende Copernicus Sentinel-aardobservatiesatellieten en het European Data Relay System.
De komst van lasers is duidelijk, maar in eerste instantie wordt bij de nieuwe generatie satellieten nog gekozen voor radiosignalen. Gaandeweg wordt er overgestapt op lasers, maar op de eerste satellieten die nu besteld worden, zal nog sprake zijn van RF, omdat volgens Verhoef de technologie toch nog niet zover is uitontwikkeld als de ESA graag ziet. De hoop is nu dat de technologie wel beschikbaar zal zijn voor de tweede batch satellieten die over een paar jaar zal worden besteld.
Een test van een ionenmotor in Estecs Propulsion Laboratory
Elektrische aandrijving
Een andere, noemenswaardige toevoeging aan de nieuwe satellieten is elektrische aandrijving, ofwel ionenaandrijving. Galileo-satellieten worden na lancering direct in hun baan om de aarde gebracht. Als de eerste satellieten van de tweede generatie vanaf eind 2024 omhoog gaan met een Ariane 62-raket, zullen ook zij waarschijnlijk direct in hun baan worden gebracht. Het plan is om satellieten in de toekomst op een lagere hoogte te ontkoppelen en ze op eigen kracht naar de juiste hoogte en baan te laten vliegen.
Dat is mogelijk door de toevoeging van elektrische aandrijving. Simpel gezegd wordt daarbij bijvoorbeeld een edelgas als argon of xenon als voortstuwingsstof gebruikt. De atomen worden geïoniseerd door stroom die wordt verkregen via de zonnepanelen van de satelliet. Bij het ioniseren wordt een deeltje geladen doordat het een elektron vangt of verliest. Als een elektron verdwijnt, blijven er geladen ionen over, die vervolgens door meerdere elektrische velden worden versneld en met een noodgang van tientallen kilometers per seconde via een uitlaat de ruimte in worden geblazen. Daar is weinig gas voor nodig, dus is de reactie groot in verhouding tot de massa. De satelliet wordt aangedreven in tegengestelde richting van waar de geladen deeltjes naartoe worden geblazen, en zo heb je dus aandrijving.
Dat gaat zeker niet zo snel als bij meer traditionele chemische aandrijving waarbij bijvoorbeeld hydrazine als brandstof wordt gebruikt, maar de efficiëntie is een stuk hoger en de satellieten hoeven ook niet enorm snel in hun juiste baan te komen. De Galileo-satellieten die er in de toekomst mee omhoog gaan, worden in een lagere baan afgezet. Via de elektrische aandrijving gaan ze in een tijdsbestek van zo'n zes maanden op eigen kracht omhoog, in de richting van hun uiteindelijke baan.
Bij de huidige lanceringen is de bovenste trap van de raket nodig om de satelliet direct in de juiste baan af te zetten. Door elektrische aandrijving aan te brengen, kunnen de satellieten die fase op eigen kracht doen en kan de bovenste trap achterwege blijven. Dat scheelt massa en dus kunnen er meer satellieten per keer omhoog. De Sojoez-raket nam tot nu toe nog twee Galileo-satellieten mee en Ariane 5 nam er vier mee. Om nu twee satellieten met elk een hoger gewicht te kunnen lanceren, worden ze in een lagere baan uitgezet om vervolgens op basis van hun eigen elektrische aandrijving in de uiteindelijke baan te komen. Zelfs de lichte Vega-raketten zouden dankzij deze toevoeging van elektrische aandrijving wellicht kunnen worden ingezet voor de lancering van individuele satellieten. Bij lancering met een zwaardere raket kan de massa per satelliet echter flink omhoog. Dat laatste is geen overbodige luxe, aangezien de satellieten van de tweede generatie groter en zwaarder zijn dan hun voorgangers.
Bovendien brengt de toevoeging van ionenmotoren een grotere flexibiliteit met zich mee voor het vernieuwen van de gehele Galileo-constellatie. Omdat de nieuwe satellieten oudere satellieten gaan vervangen, moet er flexibiliteit zijn om ze op het gewenste moment in de orbit te verschuiven. Het wordt dan ook makkelijker om eventueel het aantal satellieten in een orbit te vergroten, maar dan moeten de onderlinge afstanden ook worden aangepast.
Signalen versturen en oppikken in noodsituaties
Een voorbeeld van een dienst die nu al mogelijk is en gaandeweg verder zal worden uitgebouwd, is de Emergency Warning Service. Dit is een dienst in het kader van de GNSS-samenwerking tussen de EU en Japan, waarbij ook het Japanse plaatsbepalingssysteem Quasi-Zenith Satellite System betrokken is. Dit systeem dekt niet alleen Japan, maar ook het zuidoosten van Azië en Oceanië. De EU en Japan hebben beide plannen voor 'double-use strategy'. Daarbij wordt de plaatsbepalingsdienst enerzijds ingezet voor normale situaties, en daarnaast om te waarschuwen voor gevaren met bijbehorende instructies om weg te blijven van rampsituaties.
Waarschuwingen in noodsituaties
Na een aardbeving kan de volledige lokale aardse infrastructuur kapot zijn, inclusief mobiele netwerken en telecommunicatienetwerken. Communicatie is dan een groot probleem. Wat vervolgens nog als enige binnenkomt, zijn navigatiesignalen die gewoon op de smartphone zijn te ontvangen. Het is de bedoeling dat bepaalde berichten op die signalen worden gezet, zodat mensen alsnog zijn te bereiken. Deze berichten zijn te verbinden aan bepaalde geografische zones. Het systeem moet wereldwijd inzetbaar worden en vanaf 2023 volledig operationeel zijn, voor gebruik bij scenario's als bosbranden, aardbevingen en terroristische aanvallen. Met een paar kleine wijzigingen aan de signalen zal dit systeem al worden ingezet bij de eerstegeneratiesatellieten. Bij de tweede generatie zullen meer van dit soort diensten worden ingezet en meer vermogen in de signalen worden toegepast.
Afbeeldingen van de test in Melbourne
Het systeem is in 2018 al eens succesvol getest in de Australische stad Melbourne. Tijdens de test werd een waarschuwingsbericht voorbereid over een brand in een buitenwijk van de stad. Dit bericht werd geüpload naar het grondsegment van QZSS, waarna de boodschap naar de QZSS-satellieten werd gestuurd die het vervolgens weer doorstuurden naar smartphones in het waarschuwingsgebied. Tijdens deze test werd geen andere communicatie-infrastructuur - zoals mobiele zendmasten - gebruikt. Aanwezige smartphonegebruikers kregen berichten op hun telefoon met instructies op basis van het waarschuwingsgebied waarin ze zich bevonden. Sommigen werd geadviseerd binnen te blijven en te wachten op hulpdiensten, terwijl anderen de instructie kregen het gebied te verlaten en naar een vooraf bepaald ontmoetingspunt te gaan.
De voordelen van een dergelijk fijnmazig en wereldwijd waarschuwingssysteem zijn evident en op basis van bijvoorbeeld de test uit Melbourne blijkt dat het werkt. De technische kant is dan ook niet het grootste obstakel. "Dat is eigenlijk het makkelijkste onderdeel", legt Verhoef uit. "De organisatie is het moeilijkste. Kijk naar Nederland. De vraag is wie de autorisatie heeft om te bepalen dat er ergens een bericht moet verschijnen. Is dat de burgemeester van Amsterdam of vind je dat het de minister moet zijn? Dat is allemaal niet aan ons en dat is maar goed ook. Het moet echter wel georganiseerd worden, over de hele wereld. We willen absoluut vermijden dat er signalen worden verstuurd die niet hadden mogen worden uitgezonden, die niets doen, die foute informatie geven of naar een fout gebied gaan. Daar willen wij niet verantwoordelijk voor zijn."
Search and rescue
Er is ook een andere, indirecte manier waarop Galileo bijdraagt aan hulp in noodsituaties. Het gaat om de zogeheten Galileo’s Search and Rescue-dienst. Door noodsignalen van mensen in nood door te geleiden naar reddingswerkers, levert Galileo een bijdrage aan mogelijkheden om mensen te redden. Sinds vorig jaar is het 'return link'-systeem van Galileo operationeel, wat betekent dat de satellieten bij een noodsignaal ook kunnen reageren met een bericht dat reddingsdiensten onderweg zijn. Volgens de ESA is deze reactiemogelijkheid een unieke eigenschap van Galileo. Afhankelijk van de tijd die verstrijkt voordat het noodsignaal wordt gedetecteerd en gelokaliseerd, zitten er maximaal dertig minuten tussen de start van het noodsignaal en het versturen van een bevestigingsbericht naar de persoon in nood. Volgens de ESA kan zo'n bericht waarin staat dat reddingsdiensten zijn geïnformeerd over de noodsituatie en de locatie een enorm verschil maken.
Galileo’s Search and Rescue-dienst is de Europese bijdrage aan Cospas-Sarsat. Dit systeem is in 1979 uitgevonden door Canada, Rusland, Frankrijk en de Verenigde Staten. Het begon met payloads in satellieten in een lage baan om de aarde om de locaties van noodsignalen te kunnen bepalen, maar door hun lage baan is hun blikveld relatief klein. Vandaar dat naar de veel hogere, geostationaire satellieten werd gekeken. Het nadeel van geostationaire satellieten is dat ze niet bewegen ten opzichte van de aarde, waardoor de doppler-methode voor het bepalen van de locatie niet mogelijk is. Medium-orbiting satellites als Galileo bieden in dat opzicht het beste van twee werelden. Meerdere Galileo-satellieten 'zien' een aanzienlijk deel van de aarde en kunnen via time-of-arrival- en doppler-technieken SOS-signalen lokaliseren. De signaaldetectietijd gaat daarmee volgens de ESA van uren naar minder dan vijf minuten, met een precisie van één of twee kilometer.
De Svalbard Medium-Earth Orbit Local User Terminal in Spitsbergen, met vier antennes om vier satellieten te volgen. Samen met de andere twee locaties vormen ze in feite een enkel, groot station met twaalf antennes om een zo kort mogelijke detectietijd en lokalisatieprecisie te bereiken.
De 24 Galileo-satellieten die deze capaciteit hebben, beschikken over een zogeheten Cospas-Sarsat search and rescue package. Dat is een payload met een massa van 8kg die slechts 3 procent van de aanwezige stroom nodig heeft voor de receive-transmit repeater die direct naast de centrale navigatieantenne zit. De Cospas-Sarsat-satellietrepeaters worden bijgestaan door drie Europese grondstations, in Spitsbergen, Cyprus en de Canarische Eilanden. Daar komt nog een vierde bij, in het Franse Réunion, een eiland dat naast Madagascar in de Indische Oceaan ligt.
Slot
De twee openbaar aanbestede contracten voor de bouw van de eerste twaalf satellieten van de tweede generatie zijn inmiddels definitief toegewezen. Een contract loopt bij Thales Alenia Space en het tweede bij Airbus Defence and Space. Die tweede generatie zal dus bestaan uit twee onafhankelijke families van satellieten die aan dezelfde prestatiecriteria voldoen. Thales produceert zijn familie in Italië en Airbus doet dat in Duitsland.
Rechtszaken voorbij
Er was ook nog een derde partij in de race, het Duitse OHB. Dit bedrijf kreeg in januari 2010 een contract voor de bouw van veertien Galileo-satellieten en is ook nog bezig met de bouw van de Batch 3-satellieten. OHB heeft dus een bewezen staat van dienst, maar viel uiteindelijk af voor de bouw van de nieuwe satellieten. Daar waren de Duitsers het niet mee eens en ze wendden zich tot het Europees Gerecht met een verzoek om de ESA-toewijzing aan zijn concurrenten op te schorten. Het bezwaar van OHB ten aanzien van de toewijzing aan Thales werd eerder al afgewezen door de Europese rechter, maar dat gold niet voor de bezwaren over de toewijzing aan Airbus. Daar viel in mei een besluit over.
Het Gerecht wees uiteindelijk ook dit verzoek van OHB af en koos de kant van de ESA. De rechter liet daarbij meewegen dat een toewijzing zou betekenen dat de Europese Commissie niet meer succesvol een contract kon sluiten met de winnaars van de aanbestedingen. Dit zou aanzienlijke vertragingen met zich meebrengen en zou 'grote technische en financiële consequenties hebben voor het ruimteprogramma van de EU'. Daarom vond de rechter dat een snelle sluiting van het contract in het publieke belang was. Aldus werden de eisen van OHB afgewezen. Daarmee was de weg vrij voor beide contracten voor de bouw van de satellieten van de tweede generatie.
Compact Antenne Test Range van Airbus, waar in dit geval de tweede satelliet van het European Data Relay System wordt getest
Eerste tests
In de aanloop naar de tweede generatie wordt er nogal wat getest. De eerste hardwaretests van de tweede generatie van Galileo zijn kort geleden begonnen. Airbus Defense and Space doet dat in zijn Ottobrunn-faciliteit in Duitsland en Thales Alenia Space bij ESA's Estec in Noordwijk. Het gaat om zogeheten testbed-versies van de navigatiepayloads, genaamd Galileo Payload Testbeds. Beide bedrijven hebben deze ontwikkelmodellen ontworpen, waarbij het met name draait om de vraag of de navigatieantennes de ambitieuze prestatiedoelstellingen voor de tweede generatie halen.
Galileo Payload Testbed
De Galileo Payload Testbeds zijn niet vervaardigd uit componenten die al klaar zijn voor de ruimte; ze zijn opgebouwd uit elektrische 'breadbord'-onderdelen die in racks worden geplaatst, met daaraan een bevestigde proof-of-conceptversie van de navigatieantenne. Eén van de doelen is om de ontwerpconcepten in een vroeg stadium zich te laten bewijzen en eventuele technische issues zo snel mogelijk op te sporen. Ook moeten de tests en metingen bijdragen aan het strakke schema om al vanaf 2024 met de lanceringen van de tweede generatie te beginnen.
Momenteel is Airbus ook bezig om de Galileo Payload Testbeds te onderwerpen aan stralingstesten in zijn Ottobrunn-faciliteit, in een zogeheten Compact Antenna Test Range. Ondertussen staat Thales op het punt om zijn Galileo Payload Testbeds te testen in Estecs Hybrid European Radio Frequency and Antenna Test Zone, ofwel de Hertz Chamber. Deze ruimtes hebben metalen muren die zijn bedekt met pyramidevormig schuim om externe radio-interferentie te voorkomen en RF-signaalreflecties te minimaliseren. Daarmee worden de omstandigheden van het vacuüm van de ruimte nagebootst.
Batch 3-satellieten en dan de tweede generatie
Estecs Hertz Chamber
Eind dit jaar wordt gestart met de bouw van de twaalf Batch 3-satellieten, waarmee het totale aantal Galileo-satellieten gaandeweg op 38 uitkomt. Die zouden dan ook nog allemaal kunnen functioneren, afhankelijk van de vraag of er defecten ontstaan bij met name de wat oudere satellieten. Daarna zullen vanaf eind 2024 de eerste satellieten van de tweede generatie omhoog moeten gaan.
Dat zal naast de betere beveiliging en alle verbeteringen en vernieuwingen ook een nog hogere precisie mogelijk moeten maken. De combinatie van betere atoomklokken, interlinks, betere orbit determination en verbeteringen in de ontvangers maakt dat de precisie steeds beter wordt. Momenteel is er al een precisie van 75 tot 80cm van het signaal, wereldwijd. Een paar maanden geleden is een high accuracy service getest op de satellieten, waarmee de precisie onder de 25cm moet komen. De tijd zal leren hoeveel accurater de diensten nog kunnen worden, mits de atoomklokken de kunst van het uitermate precies aangeven van de tijd blijven verstaan.
Leuk artikel en ik snap dat je keuzes moet maken, omdat je er makkelijk een boek over vol kunt schrijven.
Waarom is er niet meer op de technische kant ingegaan, waarom Galileo de geclaimde (20) cm nauwkeurigheid niet (nooit) haalt (in het artikel stel je al 70-80cm) en even precies is als het (huidige, nieuwe generatie satellieten) GPS? (Hint: Heeft te maken met frequenties en de atmosferische storingen.) En dat de geclaimde nauwkeurigheden alleen met trucs en vernieuwingen in de ontvangers worden gehaald en welke dat dan zijn. Met je smartphone zal je nooit op die 70-80cm terechtkomen, namelijk.
Dat is nu juist technisch gezien ook erg interessant.
Je hebt een x aantal metingen nodig om reflecties e.d. uit te sluiten, dus als je stationair bent kom je uiteindelijk vanzelf op de cm nauwkeurigheid.
Zodra je gaat bewegen, loopt het fout. Dat is ook de reden dat je soms op een parallelrijbaan of ventweg zit op je navigatie, ipv. op de juiste rijbaan. (Je navigatie probeert je wel op een rijbaan te plaatsen aan de hand van de coördinaten, maar als er een paar dicht bij elkaar zitten en je hebt 2 meter afwijking, kan je navigatie je zomaar op de verkeerde weg plaatsen.) Dat kun je alleen maar aan de kant van de ontvanger oplossen (meerdere antennes, dual band, algoritmes, etc.)
Helemaal tussen (hoge) bebouwing heb je een probleem met een simpele antenne (o.a. multipath probleem).
In de begin dagen van de (consumenten) GPS ontvangers was er veel te doen met extra precisie ondersteuning dmv. steun zenders, het zg. WAAS/EGNOS/MSAS systeem. Er waren toen specifieke chipsets die dat ondersteunde, en je GPS positie nog nauwkeuriger zou maken.
Ik heb alleen geen flauw idee of dit nog aktief in gebruik is.
--EDIT--
Ja, zo te zien bestaat het nog steeds
Heb alleen geen idee in hoeverre het nog wordt toegepast in smartphones ed.
[Reactie gewijzigd door Madshark op 23 juli 2024 03:05]
SBAS systemen zoals WAAS (Verenigde Staten) en EGNOS (Europa) zijn zeker nog in gebruik. Ze zijn zelfs verplicht voor alle vliegtuigen van en naar Schiphol en Lelystad bijvoorbeeld en dat wordt de komende jaren nog verder uitgebreid.
Ook andere regio's hebben inmiddels hun eigen systemen die hiermee compatible zijn.
Het voegt twee belangrijke dingen toe, meer precisie in de positie en veel snellere fout detectie. Zonder SBAS heeft een ontvanger heel lang nodig om een fout of spoofing te herkennen, met SBAS weet je het binnen maximaal 6 seconden als je positie niet klopt of verstoord wordt door iemand. Dat is voor safety critical toepassing zoals vliegtuigen heel belangrijk.
Wat ik niet snap is dat ze de software niet zo kunnen schrijven dat het niet logisch is dat je op een ventweg rijdt, omdat waar je eerder was tot het moment van rijden bijv geen afslag is geweest.
Realiseer je dat GPS plaatsbepaling, in graden, uren, minuten, seconden etc, losstaat van de beschikbare kaart data. Het is slechts input voor de kaart software om het juiste stuk kaart te laten zien.
edit: ook hoogte kan er uit berekend worden...
[Reactie gewijzigd door onetime op 23 juli 2024 03:05]
Ik heb diverse technieken gezien om een veel preciezere locatiebepaling uit system als GPS en Galileo te halen die best interessant waren. Je zult zulke systemen niet zomaar op je smartphone kunnen gebruiken, maar het is voor industriële toepassingen wel heel praktisch mogelijk.
Hoe werkt zoiets? Er worden ontvangers neergezet op een of meer plekken in de nabije omgeving waarvan de locatie met hoge precisie te vinden is (bijvoorbeeld door een tijd lang locatiesignalen te verzamelen om de atmosferische invloed te middelen en te berekenen). Als de nodige precisie eenmaal bekend en ingesteld is, worden deze ontvangers als ijkpunten gebruikt voor mobiele apparaten in de buurt. De vaste posities worden gebruikt om de invloed van de atmosfeer op dat moment te detecteren, en de mobiele clients kunnen door middel van een lokale verbinding die compensaties meenemen. Op die manier kun je alsnog Galileo of GPS gebruiken voor een precisie van slechts centimeters, ondanks verstoorders als de de luchtstromingen in de atmosfeer.
Zo'n setup is niet goedkoop of triviaal te maken, maar je kunt er makkelijk mee onder die 70cm precisie komen. Theoretisch is het mogelijk om zoiets ook met smartphones te gebruiken als je de juiste technologie maar hebt.
Het verandert weinig aan jouw verhaal, maar ik vind het een interessant dat zelfs de verstoringen van hoog-atmosferische luchtstromingen met relatief eenvoudige techniek buiten spel kunnen worden gezet.
Een rudimentaire variant hierop werd jaren geleden al gebruikt in auto’s met ingebouwd navigatiesysteem. Toen een jaar of 20 geleden het GPS-signaal nog een onnauwkeurigheid had van ongeveer 10 meter, gebruikten diverse navigatiesystemen de wielomwentelingen van de auto om de locatiebepaling aan te vullen. Ik kan mij van mijn Volvo S80 uit die tijd herinneren dat hij in lange tunnels - zonder GPS-ontvangst - prima wist waar hij zich bevond. Bij het verlaten van de tunnel pikte hij dan het GPS-signaal weer op en versprong de auto op de kaart een stukje van de geschatte positie naar de positie die het GPS-signaal aangaf.
Op Twitter kan je een account volgen (zie hieronder) die de satellieten en hun signalen volgt. In eerste instantie letterlijk, en kon je lezen hoe bepaalde satellieten buggy waren of ineens downtime hadden. Dit ging zover dat de EU is begonnen met het aankondigen van downtime om triomfantelijke berichtjes van deze account te vermijden.
Inmiddels vind je ook veel achtergrond en informatie over het systeem. Super interessant om te volgen.
Het mooie is dat dit rapport gemaakt is met behulp van opensource hardware probes en software en dat de wereldwijde internet gemeenschap deze probes overal geplaatst heeft.
Ook leuk en recent is hoe schrikkelseconden effect hebben op GNSS
Een leuk stuk! Wat ik zelf interessant vind is dat is een alledaags voorbeeld is van Einsteins relativiteits theorie (special and general).
Voor GPS:
- De satellieten en dus de klokken bewegen met ongeveer 14.000 KM/hr, en om dat veel sneller is dan de klokken op aarde bewegen lopen ze 7 microseconden per dag langzamer.(special relativity).
- De satellieten en dus de klokken hebben een orbit van ongeveer 20.000 Km hoogte en ervaren een zwaartekracht dat vier keer zwakker is als op de grond, daardoor lopen de klokken 45 microseconden sneller dan op aarde. (general).
satellieten en dus de klokken bewegen met ongeveer 14.000 KM/hr, en om dat veel sneller is dan de klokken op aarde bewegen lopen ze 7 microseconden per dag langzamer.(special relativity).
Dit heb ik dus nooit helemaal begrepen, de klokken op aarde staan toch ook niet stil, die bewegen toch ook met 110.000 km/hr om de zon (en zelfs ons zonnestelsel beweegt met enorme snelheid een bepaalde richting op)
Dus die klokken in de ruimte bewegen relatief gezien toch niet zo veel sneller dan de aardse atoom klokken?
Ruimte en tijd hangen vast aan elkaar wat wilt zeggen dat de expansie van de ruimte de motor is die tijd maakt. Als je voor de big bang gaat dan bestond er nog geen ruimte en dus ook geen tijd. Grote objecten zoals de aarde maken zwaartekracht en dus hebben een buigend effect op ruimte, gezien ruimte en tijd samen hangen heeft dat ook een effect op tijd.
Gezien er continu ruimte bijgemaakt word, alsmaar sneller (welke energie hiervoor verantwoordelijk is, is niet gekend), is de het volledige universum altijd in beweging en is het simpelweg niet mogelijk stil te staan.
Daardoor is tijd altijd relatief, simpelweg bewegen veroorzaakt afwijkingen, hoe miniem die ook mogen zijn. Daardoor krijg je bijvoorbeeld een paradox dat ons niet toelaat de enkele richting snelheid van licht te meten, immers kan je maar 1 klok gebruiken in combinatie met een spiegel die het licht weerkaatst (en dus meet je licht altijd in 2 richingen). Immers als je van punt A naar B gaat heb je een klok bij A & B nodig, maar je kan de klokken niet syncroniseren met een signaal en je mag de klokken niet bewegen. Einstein gaat in zijn theorie er vanuit dat de lichtsnelheid gelijk is in welke richting dan ook maar zeker is dat niet, al onze natuurwetten blijven namelijk werken mocht dat niet het geval zijn.
Tijd en snelheid zijn dus altijd relatief, zit ik nu stil of beweeg ik hangt af met welk referentiekader je vergelijkt. In vergelijking met de zon beweeg ik maar in vergelijking met mijn stoel sta ik stil. Gezien alles beweegt is mijn snelheid en locatie altijd relatief, hetzelfde geld met tijd, er is altijd een referentiekader waarop je u tijd meet.
In de kwantum fysica is tijd ofwel totaal anders ofwel onbestaand, dat is nog een openstaande vraag. Er is ook geen natuurwet die bepaald dat tijd maar in 1 richting kan gaan. De consensus is dus dat we maar een begrip van tijd hebben maar het niet echt begrijpen. Of dat we tijd enkel kunnen waarnemen als 2D terwijl het in werkelijkheid 3D is.
Concluderend lijkt tijd héél simpel op het eerste zicht maar hoe meer je naar tijd gaat kijken, hoe complexer het word. Of je hinder ondervind van die relativiteit hangt af van je toepassing, om af te spreken met je vrienden heb je geen hinder, bij navigatie via satteliet heb je hinder en als je de eenrichting snelheid van licht wilt meten is de huidige concensus dat het onmogelijk is (maar zeker een nobelprijs waardig mocht het je lukken)
Wat een ontzettend interessant artikel! Zeker Tweakers Plus waardig. Ik had geen idee dat Galileo onderhand zo succesvol is geworden. Het stond mij altijd bij dat het 'een zwak broertje van GPS' was.
Zeker een zeer interessant stuk leesvoer! Galileo is al een tijd een serieuze optie. Het viel mij voor het eerst op toen in mijn sporthorloge (een garmin fenix5x) de mogelijkheid zag om GPS + Galileo te kiezen onder de tracking instellingen (naast de opties GPS of GPS + Glonass). Mijn oude fenix3 had alleen een GPS of GPS + Glonass optie. Het lijkt er op dat Galileo zijn weg al een tijdje heeft gevonden in Garmin producten.
Ik weet overigens niet of andere merken die voorbeeld volgen maar ik vind het een mooie toevoeging (sneller een GPS fix hebben is altijd mooi )
Wat ik niet wist, maar eigenlijk wel logisch is, is dat de keuze voor 2 satelliet-gebaseerde plaatsbepalingsystemen een 10% extra stroomverbruik ongeveer geeft.
Op andere webpagina's lees ik overigens dat je eigenlijk op het moment dat je gaat lopen moet kijken welke dienst de meeste satellieten zichtbaar heeft op dat moment aan de hemel (15 à 20 graden boven de horizon dan ook nog). Ik ga mijn nieuwe Garmin horloge op GPS alleen voorlopig instellen, net zoals mijn vorige horloge
[Reactie gewijzigd door Frij5fd op 23 juli 2024 03:05]
Wel raar dat zo'n Duits bedrijf de boel weer loopt te vertragen met die rechtszaken over de aanbesteding. Natuurlijk is het goed dat de gang naar de rechter bestaat voor grote misstanden maar ik heb het gevoel alsof elk bedrijf dat niet wint tegenwoordig standaard een rechtzaak aanspant voor het geval ze er toch iets uit weten te slepen. Daar is het natuurlijk niet voor bedoeld.
Het gronstation heeft een atoomklok die accuraat is tot 28 miljardste van een seconde en controleert de satellieten, die bij 1 miljardste van een seconde een afwijking van 30cm veroorzaken.
Hoe werkt dat, als het gronstation een afwijking van 840cm heeft? Het leek mij dat het gronstation en grotere nouwkeurigheid nodig zou hebben dan de satellieten, om die te kunnen controleren.
[Reactie gewijzigd door JackBe op 23 juli 2024 03:05]
Wanneer de satelietklok 1 miljardste van een seconde afwijkt, zal dit de nauwkeurigheid verslechten met 30cm.
Omdat de grondstations nooit een grotere afwijking hebben dan 28 miljardste van een seconde, kunnen deze de nauwkeurigheid garanderen van ongeveer 1cm afwijking.
Jammer dat er niets over RTK wordt uitgelegd. Daarmee bereik je betrouwbare cm precisie, hangt echter wel een prijskaartje aan, maar wordt vooral in de industrie gebruikt. https://nl.wikipedia.org/wiki/RTK
Galileo's zogeheten Galileo’s Search and Rescue-dienst.
Als dit systeem beschikbaar is, waarom is het systeem van Inmarsat dan nog nodig als het zo'n probleem is om het op hun frequentie draaiend te houden? reviews: '112 voor schepen' bedreigt supersnel 5G
[Reactie gewijzigd door Fire69 op 23 juli 2024 03:05]
:strip_exif()/i/2002129727.jpeg?f=imagegallery)
:strip_exif()/i/2004510074.jpeg?f=imagegallery)
:strip_exif()/i/2004510096.jpeg?f=imagenormal)
:strip_exif()/i/2004507024.jpeg?f=imagegallery)
:strip_exif()/i/2004507144.jpeg?f=imagegallery)
:strip_exif()/i/2004509338.jpeg?f=imagegallery)
/i/2004960912.png?f=fpa_thumb)
:strip_exif()/i/2005584172.jpeg?f=fpa)
/i/2004779058.png?f=fpa)
/i/1334836518.png?f=fpa)
:strip_icc():strip_exif()/u/326331/crop5a11862143866_cropped.jpeg?f=community){kind=small}
/u/1982/crop5a048313062a4_cropped.png?f=community){kind=small}
:strip_exif()/u/284473/crop598caffe294d9.gif?f=community){kind=small}
/u/186071/crop58bc21e8285fa.png?f=community){kind=small}
:strip_exif()/u/15310/tomato60%252072%2520frames%25205%2520deg%2520per%2520frame%2520optimized%252026%2520colors.gif?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/172905/crop59a5561d63c7d.jpeg?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/148466/crop67a9f8be8f987_cropped.jpg?f=community){kind=small}
)
:strip_icc():strip_exif()/u/305019/crop636fec657ac8d_cropped.jpg?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/474290/crop5612d647692a7.jpeg?f=community){kind=small}
:strip_exif()/u/119419/candc-60px.gif?f=community){kind=small}
/u/28429/crop59eb40ac5dc83_cropped.png?f=community){kind=small}