Auch Flugzeuge könnten vielleicht in Zukunft von der neuen Hightech-Navigation komplett ohne Satelliten-Bedarf navigieren. (Bildquelle: Adobe Firefly, generative KI)

Euer Handy kennt den Weg, ebenso wie das Navi eures Autos oder die Navigation eines Verkehrsflugzeuges. All das ist nur dank Satelliten möglich, die Grundprinzipien der Physik ausnutzen, um den Weg zu weisen.

Doch braucht es wirklich Satelliten, um sich metergenau auf Erden zu verorten? Ein Unternehmen aus Australien stellt nun ein System vor, das mittels KI anhand des Erdmagnetfeldes navigieren kann – mit bisher ungekannter Präzision.

5:15 NASA-Video aus dem Jahr 2009: Wie der Klimawandel die Ozeane beeinflusst

Autoplay

Den Spuren des Magnetfeldes nach

Das australische Unternehmen Q-CTRL hat in einem Forschungspapier ein neuartiges Navigationssystem vorgestellt: Es kommt anders als GPS und Galileo komplett ohne Satelliten aus.

GPS und Galileo

Klicken zum Aufklappen

Das Global Positioning System (GPS) diente vor dem 1. Mai 2000 vor allem dem amerikanischen Militär. Doch an jenem Tag unterschrieb US-Präsident Bill Clinton das Ende der sogenannten selektiven Verfügbarkeit. Von da an lag die für zivile Zwecke erlaubte Ungenauigkeit von GPS bei nur noch rund 10 Metern. Davor konnte eine Position um bis zu 100 Meter falsch berechnet werden, sie wurde künstlich ungenau gehalten.

Das US-Militär kommt wohl auf eine Genauigkeit um 5 Meter herum (Precise Positioning Service (PPS)). Der modernere europäische Konkurrent Galileo vermag bis auf 50 Zentimeter exakt zu arbeiten – fürs Militär sogar noch exakter.

Beide Systeme funktionieren ähnlich: Das Smartphone in euren Händen nimmt gleichzeitig Kontakt zu mehreren Satelliten im Orbit auf. Die antworten, immer mit einer extrem genauen Uhrzeit versehen – und die ist entscheidend. Denn auch wenn nur Mikrosekunden sind, der unterschiedliche Ort der einzelnen Satelliten auf ihren Umlaufbahnen als auch ihre Geschwindigkeit lassen Unterschiede entstehen.
Aus der Verzögerung und der Signallaufzeiten errechnet das Satellitennavigationssystem eure Position auf der Erdoberfläche.

Damit die Ironstone Opal getaufte australische Technik auf Satelliten verzichten kann, greift sie auf Quantenmagnetometer zurück, die feinste Unterschiede im Erdmagnetfeld erkennen können.

Die Interpretation der Daten ist nur dank KI möglich. Die filtert das unvermeidbare Rauschen (und damit die Ungenauigkeit der Daten) so gründlich heraus, wie es ohne Algorithmen nicht möglich wäre.

Systeme dieser Gruppe nennen sich allgemein: MagNav, was für Magnetische-Anomalie-Navigation steht.

Erste Tests seien vielversprechend verlaufen. Ironstone Opal demonstrierte seine Fähigkeiten dabei an Bord von Drohnen und Verkehrsflugzeugen bis zu einer Höhe von etwa sechs Kilometern (ungefähr die halbe Flughöhe von Airlinern) und nicht näher spezifizierten Fahrzeugen am Boden.

Kein echter GPS-Ersatz, aber dennoch ein Meilenstein

Die Vorteile von MagNavs sind evident – gleichwohl aus ziviler und militärischer Sicht:

Unabhängigkeit von Satelliten, da weder Signale gesendet noch empfangen werden müssen
Nicht durch Feinde stör- oder gar abschaltbar. GPS und Galileo unterliegen jeweils staatlicher Kontrolle und könnten jederzeit deaktiviert werden.
Dadurch, dass es mit lokalen Daten arbeitet, ist es praktisch Spoofing-sicher.
Unter Spoofing wird die absichtliche Fehlleitung von Positionsanfragen verstanden. So gibt das System zum Beispiel bei den Koordinaten amerikanischer Militärbasen auf Wunsch der US-Betreiber stattdessen eine Position im Nirgendwo an. So kann GPS nicht einfach militärisch gegen die USA verwendet werden.

Allerdings ist Ironstone Opal derzeit nicht als Ersatz für GPS und Co. gedacht. Vielmehr beschreibt es das Unternehmen in dem Paper als Alternative zu sogenannten Trägheitsnavigationssystemen, wie das INS an Bord von Verkehrsflugzeugen.

Trägheitsnavigationssystem, auch genannt inertiales Navigationssystem (INS):

Das als Ergänzung zu GPS gedachte System berechnet anhand von Kurs, Geschwindigkeit und weiteren Parametern die Position eines Flugzeugs. Stellt es euch vor, als würdet ihr von eurer Haustür aus mit geschlossenen Augen loslaufen und wüsstet nur, wie schnell und wo lang ihr lauft. Irgendwann bleibt ihr stehen und gebt an, wo ihr euch befindet. Vereinfacht funktioniert so ein INS-System (via sbg-systems).

Das KI-gestützte MagNav-System übertrifft so ein Trägheitssystem um bis zu dem 50-fachen. Während das INS die tatsächliche Position um hunderte Meter verfehlt, lag das Ironstone Opal gerade mal 22 Meter daneben.

Theoretisch könnte ein MagNav-System Satellitensoftware in Zukunft auch im Alltag ersetzen. Allerdings müsste dafür die Genauigkeit gerade im Vergleich zum präzisen Galileo noch deutlich gesteigert werden.

Solch ein neues Satelliten-loses System hätte vor allem einen impliziten Nebenvorteil: Wir bräuchten keine Raketenstarts extra für seinen Ausbau – wenn wir mal die zur Kartierung des Magnetfeldes beiseitelassen. Denn Raketenstarts sowie das Verglühen von alten Satelliten könnte sich beiderseits in Zukunft zu zwei gravierenden Problemen für die Ozonschicht und das für Menschen geeignete Erdklima aufschwingen.

Forscher zapfen die Umdrehung der Erde selbst an, um Strom zu generieren

von Gerald Weßel

Ein deutsches Experiment hat bewiesen: Betonkugeln sind fantastische Batterien, jetzt versenkt Kalifornien eine 9-Meter-Kugel im Ozean – und plant schon Versionen mit 30 Metern

von Gerald Weßel

Die NASA hat gerade eine 60 Jahre alte Hypothese bestätigt: dass die Erde über ein verborgenes drittes Energiefeld verfügt

von Gerald Weßel

Bis auf Weiteres steht einem breiteren Einsatz von MagNav vor allem unser mangelndes Wissen im Weg. Denn damit solche MagNav-Systeme die Position berechnen können, brauchen sie eine Datengrundlage. Die muss in Form von hoch-akkuraten Karten des Erdmagnetfeldes vorliegen – und solche Aufzeichnungen existieren bisher nur von einem Bruchteil der Erde.

Ferner weisen die Forscher auf einen weiteren Zweifel hin, den nur die Zeit final ausräumen kann: Das Magnetfeld verändert sich – allein die Pole verrücken jedes Jahr um rund 50 Kilometer. Inwiefern das bestehende Karten als unbrauchbar machen oder vielleicht gar die gesamte Technik infrage stellen könnte, müssen zukünftige Tests zeigen.