Ein Transponder ohne GPS
Ältere Flugzeuge, ein Teil der Militärmaschinen und Flugzeuge in Gebieten, in denen jemand GPS stört, senden keine Position oder senden Unsinn. Ihr Transponder antwortet aber weiterhin. Bodenradare fragen jedes Flugzeug ständig nach Kennung und Höhe, der Transponder antwortet jedes Mal, und diese Antwort hören alle Stationen in der Umgebung – nicht nur das Radar, das gefragt hat.
Das reicht, um auszurechnen, wo das Flugzeug ist. Die Methode heißt Multilateration, kurz MLAT, und die Flugsicherung nutzt sie seit Jahrzehnten: An großen Flughäfen überwacht sie rollende Flugzeuge zwischen Gebäuden, wo das Radar schlecht hinsieht, und in Gebirgstälern ersetzt sie Radare, die nicht über die Kämme blicken.
Vom Zeitunterschied zur Position
Ein Funksignal ist mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs und legt in einer millionstel Sekunde rund 300 Meter zurück. Kommt eine Antwort bei Station A drei millionstel Sekunden früher an als bei Station B, ist das Flugzeug etwa 900 Meter näher an A als an B.
Für sich allein sagt das noch nicht, wo das Flugzeug ist. Alle Orte mit genau diesem Unterschied bilden auf der Karte eine Kurve. Ein zweites Stationspaar liefert eine zweite Kurve, und das Flugzeug ist dort, wo sie sich schneiden. Die Höhe müssen wir nicht berechnen, das Flugzeug meldet sie in seiner Antwort mit. Eine vierte Station bleibt der beste Weg, einen Schnittpunkt zu erkennen, der nicht stimmt.
Das Schwierigste sind die Uhren. Eine Station auf dem Balkon hat keine Atomuhr, und die Uhren zweier Stationen, die Kilometer auseinanderliegen, laufen ständig auseinander. Die Lösung fliegt über unsere Köpfe. Jedes Flugzeug, das seine Position meldet, ist ein bewegter Maßstab: Wir wissen, wo es war und wann welche Station es gehört hat, also wissen wir, wie weit ihre Uhren in diesem Moment voneinander abweichen. Die schweigsamen Flugzeuge werden dann an den gesprächigen gemessen.
Warum das Netz mehr zählt als die Mathematik
Eine millionstel Sekunde sind 300 Meter, also müssen sich die Uhren der Stationen auf millionstel Sekunden einig sein, sonst wird aus dem Fehler in der Zeit sofort ein Fehler in der Position. Auch die Position der Antennen muss stimmen.
Genauso wichtig ist die Geometrie. Stehen die Stationen in einer Reihe, schneiden sich die Kurven unter einem flachen Winkel, und ein winziger Fehler verschiebt den Schnittpunkt um Kilometer. Stationen rund um das Flugzeug ergeben einen scharfen Schnittpunkt. Wenn MLAT irgendwo nicht funktioniert, ist der Grund meist schlicht: In der Gegend gibt es zu wenige Empfänger. Am Morgen des 1. Oktober hatten 59 der 158 beteiligten Stationen noch keinen Nachbarn, der dieselben Flugzeuge hört.
Die Seite des Stationsnetzes zeigt deshalb, wo die heutigen Stationen schon reichen würden, und gibt zwei Arten von Rat: Entweder fehlen noch Stationen, oder es sind genug, und eine fehlt auf der gegenüberliegenden Seite.
Auch an Tippfehler der Besitzer haben wir gedacht. Eine Station, deren Antennenposition nicht zur Wirklichkeit passt, würde jeden Schnittpunkt verziehen, an dem sie beteiligt ist. Wir nehmen sie aus der Berechnung, der Besitzer bekommt eine E-Mail, falls er bei uns ein Konto hat, und die Station bleibt verbunden. So merken wir sofort, wenn die Position korrigiert ist, und holen sie zurück.
Eine saubere Linie mitten in der Störung
Der Pilotbetrieb begann am 7. September, der Regelbetrieb am 14. September. Berechnete Positionen zeichnen wir auf der Flugspur als hohle Perlen, damit immer zu sehen ist, was das Flugzeug selbst gemeldet und was wir ausgerechnet haben.
Am 13. September meldete ein Airbus über Ungarn eine Position, die innerhalb von fünf Minuten fast vierhundert Kilometer nach Rumänien und wieder zurück sprang. In denselben Minuten bildeten über neunzig Positionen aus unseren Stationen eine durchgehende Linie bei normaler Reisegeschwindigkeit. In so einem Moment gewinnt auf der Karte die Linie. Das Flugzeug hilft sogar mit: Es signalisiert, wenn es seiner eigenen Position nicht traut, und haben unsere Stationen in diesem Moment eine frische Berechnung, glaubt die Karte den Stationen.
Genauso vorsichtig gehen wir mit der Geschwindigkeit um: Kurz nachdem ein berechnetes Flugzeug wieder auftaucht, bleibt das Feld für seine Geschwindigkeit leer. Das ist besser als das Gegenteil: Eine Cessna, die mit rund 150 km/h unterwegs ist, käme sonst nach einer kurzen Lücke in den Daten mit der Geschwindigkeit eines Jets zurück.
Die erste Station in einer Gegend hat keine kaputte Uhr. Ihr fehlt nur noch ein Nachbar.