Galileo, nu al het meest precieze satellietnavigatiesysteem ter wereld, voldoet nu aan de internationale normen om de burgerluchtvaart van start tot landing te begeleiden en vult Europa's EGNOS aan voor de meest kritieke operaties. Galileo was niet ontworpen om aan deze strenge veiligheidseisen te voldoen, dus hoe hebben de ingenieurs van ESA deze prestatie geleverd? Dit is een verhaal van uitmuntende techniek.
In de burgerluchtvaart, vooral voor kritieke fases zoals eindnaderingen, moeten navigatiesystemen uiterst betrouwbaar zijn. De International Civil Aviation Organization (ICAO) definieert de strenge eisen waaraan systemen moeten voldoen om te kunnen worden gebruikt in deze zogenaamde 'Safety-of-Life'-operaties, waarbij een storing in het systeem zou leiden tot grote menselijke of milieurampen. Galileo is nooit ontworpen om aan deze strenge integriteitsnormen te voldoen omdat Europa al EGNOS had, een speciaal Safety-of-Life systeem voor navigatie. EGNOS 'augmenteert' GPS-signalen voor kritieke operaties in de luchtvaart, maritieme navigatie, landbouw en nog veel meer. Maar in 2016 bundelde ESA haar krachten met de Europese Commissie (EC) en het EU Agentschap voor het Ruimtevaartprogramma (EUSPA) om de betrouwbaarheid van Galileo te verhogen en het geschikt te maken voor de burgerluchtvaart, als een standalone ondersteuningssysteem tijdens de vlucht en aangevuld door EGNOS bij het opstijgen en landen. Met 18 satellieten die in 2016 al in een baan om de aarde draaiden en de stationering van de rest in volle gang, was het geen optie om het hele systeem opnieuw te ontwerpen, dus ging het team aan de slag met flexibel denken en een creatieve geest, in ware ESA-stijl, om de grenzen van de techniek te verleggen.
Galileo, sterk sinds zijn geboorte
Sinds de eerste positiebepaling van Galileo in 2013 en naarmate de constellatie groeide, was het voor de ESA-technici duidelijk dat het een robuust navigatiesysteem was, dat al aan alle verwachtingen voldeed en die zelfs overtrof. "Galileo was nog niet eens in gebruik toen we vanuit het EGNOS-team voorstelden om het te gebruiken voor de burgerluchtvaart - zo overtuigd waren we van de prestaties," herinnert ESA-hoofd van de EGNOS- en SBAS-divisie Didier Flament zich. Met waardevolle steun van de Europese industrie, met name Thales Alenia Space en Airbus Defence and Space, begon het team bewijzen te verzamelen voor de robuustheid en betrouwbaarheid van Galileo. Ze onderzochten bijna een miljoen bedrijfsuren en keken nauwkeurig naar elke anomalie en de omvang, duur, oorzaak en impact ervan. Ze ontdekten dat slechts zes gebeurtenissen in de geschiedenis van Galileo de normen van de ICAO overschreden en dat geen enkele gebeurtenis meer dan één satelliet tegelijk trof.
Aanpassen, afstemmen, versterken
De volgende stap was het aanpassen van het systeem om de effecten van de (zeer weinige) potentiële storingen te beperken. De enige hefboom was het ingewikkelde grondsegment, omdat de satellieten al in een baan om de aarde waren. "De oplossing lag helemaal niet voor de hand! We gooiden veel verschillende ideeën op tafel toen we op zoek waren naar de juiste oplossing, van het toevoegen van meer stations tot het gebruik van gegevens van de verwachte High Accuracy Service," legt Santiago Perea, systeemingenieur bij Galileo Safety-of-Life, uit. Uiteindelijk bedachten de ESA-ingenieurs een reeks strategische acties om de detectie van foutieve metingen te verbeteren door barrières in het grondsegment op te werpen en ontvangers te waarschuwen dat ze deze foutieve metingen uit hun berekeningen moesten verwijderen. "Uiteindelijk werd geen enkel infrastructureel of hardware-element aangeraakt; we verbeterden de bewakings- en meldingsmogelijkheden van Galileo puur door de software in het grondsegment opnieuw af te stellen," legt Stefan Wallner, hoofd van de Galileo Signal-in-Space Engineering Unit, uit. Uitgerust met een dossier vol bewijs van de betrouwbaarheid van Galileo en na een checklist voor verplichtingen aan EUSPA te hebben verstrekt, benaderde het Galileo-partnerschap de ICAO, die Galileo uiteindelijk goedkeurde voor de veiligheid van de burgerluchtvaart in maart 2023.
Veiliger luchtruim met Europese satellietnavigatie
Met deze prestatie verandert ESA het spel voor de luchtvaart, omdat Europese satellietnavigatie nu elke fase van een vlucht kan begeleiden. Praktisch gezien betekent dit dat vliegtuigfabrikanten nu ontvangers kunnen bouwen die autonoom de signaalintegriteit van Galileo (samen met GPS) bewaken zonder dat er externe correcties of foutdetectie nodig zijn om niet-kritieke vluchtfasen te ondersteunen, waaronder delen van de opstijging, afdaling en enroute. Bovendien is Galileo nu klaar om te worden aangevuld door de nieuwe versie van EGNOS ter ondersteuning van kritieke operaties zoals landen, waar satellietnavigatiesystemen zoals Galileo of GPS alleen niet voldoende betrouwbaarheid kunnen bieden. "Deze technologische prestatie was mogelijk dankzij het buitengewone interne talent van ESA en de uitstekende prestaties van Galileo: het systeem heeft een grote flexibiliteit en aanpassingsvermogen getoond om te voldoen aan veeleisende normen waarvoor het nooit was ontworpen," merkt ESA's hoofd van Galileo System Engineering Jörg Hahn op.
De langdurige samenwerking tussen ESA en haar partners EC en EUSPA, evenals met het Europees Agentschap voor de veiligheid van de luchtvaart (EASA), verleners van luchtvaartnavigatiediensten en andere nationale autoriteiten is ook cruciaal geweest in dit succesverhaal. De tweede generatie van het Galileo-programma, die nu wordt ontwikkeld, gaat nog een stap verder: een nieuwe faciliteit zal een integriteitsondersteunend bericht genereren dat de gebruiker vertelt dat het systeem te vertrouwen is. Een technisch prototype test deze nieuwe voorziening al bij ESTEC, het technische hart van ESA in Nederland. Alle ontwikkelingen gaan hand in hand met de implementatie van EGNOS V3, dat niet alleen GPS maar ook Galileo kan aanvullen en het Europese en mondiale luchtruim nog veiliger kan maken.
Over Galileo
Galileo is momenteel het meest precieze satellietnavigatiesysteem ter wereld en bedient bijna vier miljard gebruikers over de hele wereld sinds het in 2017 werd opengesteld voor gebruik. Alle smartphones die worden verkocht op de Europese interne markt zijn nu gegarandeerd geschikt voor Galileo. Daarnaast maakt Galileo het verschil op het gebied van spoorwegen, zeevaart, landbouw, financiële tijdsbepaling en reddingsoperaties. Galileo is een vlaggenschipprogramma van het EU-ruimtevaartprogramma, dat wordt beheerd en gefinancierd door de Europese Unie. Sinds het begin leidt ESA het ontwerp, de ontwikkeling en kwalificatie van de ruimte- en grondsystemen en verzorgt het de lanceringen. EUSPA (het EU-agentschap voor het ruimtevaartprogramma) treedt op als dienstverlener van Galileo, houdt toezicht op de markt en de toepassingsbehoeften en sluit de lus met de gebruikers.
Bron: ESA
