GPS - Global Positioning System

GPS - Global Positioning System Übung

• Bestimme die passenden Fakten über GPS.

  Tipps

  Das amerikanische Militär hat GPS in den 70er Jahren entwickelt.

  In den 90er Jahren wurde die Datennutzung durch GPS für die allgemeine Bevölkerung freigegeben.

  GPS steht für Global Positioning System.

  Lösung

  Zur Orientierung auf der Erde wurde lange Zeit der Kompass in Kombination mit anderen Geräten und Kenntnissen verwendet.

  • Andere Geräte waren beispielsweise in der Schifffahrt der Sextant, ein nautisches Winkelmessgerät.
  • Kenntnisse über Sonnenstand sind zur Grundorientierung stets hilfreich.

  In den 70er Jahren wurde das Global Positioning System, kurz GPS, erfunden.

  • Es ist ein technisches System zur Bestimmung der Position auf der Erde.
  • GPS kann genutzt werden, um sich auf der Erdoberfläche, in der Luft oder auf dem Wasser zu orientieren und um zu navigieren.

• Zeige auf, wie die Standortbestimmung mit GPS funktioniert.

  Tipps

  Mit einem GPS-Empfangsgerät und Signalen von drei Satelliten kann man einen Standort exakt bestimmen.

  Mit einem Signal ist die Standortbestimmung ungenau. Mit zwei Signalen können zwei Standorte definiert werden.

  Und mit einem dritten Satellitensignal wird der aktuelle Standort dann definitiv bestätigt.

  Lösung

  Du kennst jetzt die minimale Ausrüstung für eine einfache GPS-Standortbestimmung:

  • ein GPS-Empfangsgerät und die Signale von drei verschiedenen Satelliten.

  Nun kannst du die Funktionsweise vereinfacht darstellen:

  • Mit einem ersten und einem zweiten Satellitensignal werden zwei Standorte bestimmt. Das dritte Signal bestätigt einen dieser beiden Standorte.

  Grundlage der GPS-Positionierung sind Zeitsignale, also die Zeit, die das Signal vom Satelliten zum Empfangsgerät benötigt.

  • Hierzu werden hochpräzise Atomuhren eingesetzt.
  • Schon ein Fehler von Millisekunden würde eine Verschiebung von ca. 3.000 km ausmachen.
  • Da die meisten GPS-Geräte keine hochpräzisen Messgeräte beinhalten, wird ein vierter Satellit benötigt, um diese Genauigkeit der Zeitmessung umzusetzen.

• Beschreibe die Funktion von Satelliten bei der Standortbestimmung.

  Tipps

  Der Empfang von GPS-Signalen ist beispielsweise möglich mit Smartphones, Autonavigationsgeräten und Smartwatches.

  Ca. 24 Satelliten senden für das Global Positioning System aus ca. 20.000 m Höhe Signale.

  Lösung

  Nun weißt du also,

  • dass über uns in ziemlich weiter Höhe (ca. 20.000 km) ungefähr 24 Satelliten auf unterschiedlichen Umlaufbahnen die Erde umkreisen,
  • um uns mit Daten zur GPS-Navigation zu versorgen.

  Was ist denn nun ein Satellit?

  • Satelliten sind Objekte, die einen Planeten auf einer Umlaufbahn umrunden.
  • Es gibt natürliche Satelliten, diese nennt man Monde.
  • Und es gibt künstliche Satelliten. Dazu gehören beispielsweise die ca. 24 Satelliten für die GPS-Navigation.

• Ermittle weitere globale Navigationssatellitensysteme.

  Tipps

  GPS ist das bekannteste globale Navigationssatellitensystem.

  Ungefähr 24 Satelliten, die sich in der Stratosphäre bewegen, versorgen die gesamte Welt mit Navigationsdaten.

  Es gibt noch weitere globale Navigationssatellitensysteme (GNSS).

  Die Russische Föderation bietet GLONASS an, China BEIDOU. Auch Europa entwickelt ein eigenes GNSS: Galileo.

  Lösung

  Neben den Satelliten des GPS-Systems umrunden also noch weitere Navigationssatelliten unsere Erde.

  Sind dies nun die einzigen Satelliten, die die Erde umrunden? Für welche Beobachtungen und Dienste werden noch Satelliten benötigt?

  • Du weißt, dass die Wetterbeobachtung und -vorhersage heute sehr oft am Satellitenbild erklärt wird. Es gibt also viele Satelliten zur Wetterbeobachtung.
  • Einige Haushalte nutzen Satellitenfernsehen. Auch hierzu umkreisen einige Satelliten die Erde.
  • Die Erforschung der Erde, der Sonne sowie Sternen bis hin zu anderen Galaxien wird über Satelliten gesteuert.
  • Auch für die Telekommunikation werden Satelliten eingesetzt.

• Definiere Geräte und Daten zur erfolgreichen Standort- und Navigationsbestimmung.

  Tipps

  Drei Navigationshilfsmittel sowie vier Navigationsdaten werden zugeordnet.

  Navigationshilfsmittel sind unter anderem Kompass, Landkarte, GPS-Gerät.

  Lösung

  Mit GPS-Geräten und teilweise auch mit Kompass und Landkarten kann man hilfreiche Daten generieren.

  • Man kann Standorte genau bestimmen.
  • Höhenmeter von Standorten und die Summe von Höhenmetern können berechnet werden.
  • Man kann zwischen verschiedenen Standorten hin- und hernavigieren.
  • Wegzeiten können berechnet werden.

• Erläutere den Aufbau von Satelliten.

  Tipps

  Tausende Satelliten werden für verschiedene Zwecke eingesetzt, z. B. zur Wetterbeobachtung und zu Forschungszwecken.

  Widerstandsfähigkeit ist ein wichtiges Merkmal bei der Herstellung von Satelliten.

  Neben der Hauptplattform sind noch Sonnenkollektoren und wiederaufladbare Akkus eingebaut.

  Lösung

  Jetzt weißt du einiges über

  • das GPS-System,
  • andere Navigationssatellitensysteme und
  • weitere Funktionen von Satelliten.

  Viele Satelliten umkreisen die Erde und es werden immer mehr.

  • Neben bekannten nationalen Weltraumorganisationen wie der NASA (USA) und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt gibt es vereinzelte weltweite Foren.
  • Diese verschiedenen globalen Zusammenschlüsse untersuchen ein dringliches Problem: die Vermeidung und die Entsorgung von Weltraummüll.
  • Bei einer steten Zunahme der Satelliten gibt es zwingenden Handlungsbedarf beim Thema Vermüllung.