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Künstliche Intelligenz

19.000 Kilometer dichter dran: US-Startup will GPS-Alternative liefern


Ende Juni soll ein unscheinbarer, 150 Kilogramm schwerer Satellit an Bord der Transporter-14-Mission von SpaceX ins All starten. Sobald sich das Gerät in der Umlaufbahn befindet und sich aktiviert, wird es eine neuartige, hochpräzise Satellitennavigationstechnologie der nächsten Generation testen. Der Plan: Die Mängel, die aktuelle Satellitennavigationssysteme wie das US-amerikanische Global Positioning System (GPS) noch haben, mit der alles vom Auto bis zum Flugzeug seinen Weg findet, mittelfristig endlich beseitigen. Der neue Satellit ist der erste einer geplanten Konstellation namens Pulsar, die vom kalifornischen Unternehmen Xona Space Systems vorangetrieben wird. Die Firma plant mittelfristig die Aktivierung von 258 Satelliten in der erdnahen Umlaufbahn. Diese Satelliten werden zwar ähnlich wie die für GPS verwendeten funktionieren, jedoch 19.000 Kilometer näher an der Erdoberfläche sein – und damit ein viel stärkeres Signal senden, das genauer und vor allem schwerer zu stören ist.

„Allein aufgrund dieser kürzeren Entfernung bieten wir ein Signal an, das etwa hundertmal stärker ist als das GPS-Signal“, sagt Tyler Reid, Chief Technology Officer und Mitbegründer von Xona. „Das bedeutet, dass die Reichweite von Störsendern gegenüber unserem System viel geringer sein wird.“ Hinzu kommt: Das Signal kann sogar Häuser durchdringen – bestenfalls sogar mehrere Wände tief. Man kann durchaus sagen, dass es Zeit dafür wird. Das erste GPS-System wurde 1993 in Betrieb genommen. In den Jahrzehnten seitdem hat es sich zu einer der grundlegendsten Technologien entwickelt, auf die sich die Welt verlässt. Die präzisen Positions-, Navigations- und Zeitsignale (PNT), die von den GPS-Satelliten ausgesendet werden, sind weit mehr als nur für Google Maps auf dem Smartphone da. Sie steuern Bohrköpfe auf Offshore-Ölplattformen, versehen Finanztransaktionen mit Zeitstempeln und helfen bei der Synchronisierung von Stromnetzen auf der ganzen Welt.

Doch trotz der Unverzichtbarkeit des Systems kann das GPS-Signal leicht unterdrückt, verfälscht oder gestört werden, sei es durch Weltraumwetter, 5G-Mobilfunkmasten oder handygroße Fake-Sender, die nur wenige US-Dollar kosten. Das Problem wird unter Experten seit Jahren diskutiert, ist aber erst in den vergangenen drei Jahren, seit dem Einmarsch Russlands in die Ukraine, wirklich in den Vordergrund der Sicherheitsdebatte gerückt. Der Boom der Drohnenkriegsführung, die diesen Krieg prägt, löste auch einen Wettlauf um die Entwicklung von Technologien zur Abwehr von Drohnenangriffen aus. Zentrales Element dabei ist die Störung der standardmäßig für die Navigation erforderlichen GPS-Signale. Manchmal wird auch das Positionssignal verfälscht, womit sich die Kampfgeräte umleiten lassen. Mittlerweile setzen beide Kriegsparteien deshalb auch auf Drohnen, die an Glasfaserkabeln hängen, damit sie sich nicht so leicht stören lassen.

Das entscheidende Problem von GPS ist die Entfernung, sagten Fachleute: Die Konstellation, die aus 24 Satelliten und einer Handvoll Ersatzerdtrabanten besteht, umkreist die Erde in einer Höhe von 20.200 Kilometern in einer Region, die als mittlere Erdumlaufbahn bezeichnet wird. Bis ihre Signale die Bodenempfänger erreichen, sind sie so schwach, dass sie leicht von Störsendern überlagert werden können. Andere bestehende globale Navigationssatellitensysteme wie Galileo in Europa, GLONASS in Russland und Beidou in China haben ähnliche Architekturen und sind daher mit denselben Problemen konfrontiert. Als Reid und sein Mitgründer Brian Manning bereits 2019 Xona Space Systems aus der Taufe hoben, dachten sie jedoch noch gar nicht an Störsignale und Spoofing. Ihr Ziel war es, autonomes Fahren für den Einsatz in der Praxis vorzubereiten.

Zu dieser Zeit fuhren bereits Dutzende von Roboterautos von Uber oder Waymo auf amerikanischen Autobahnen, ausgestattet mit teuren Sensorpaketen wie hochauflösenden Kameras und Lidar-Technik. Ingenieure kamen zu dem Schluss, dass ein präziseres Satellitennavigationssystem den Bedarf an solchen Sensoren reduzieren und die Entwicklung eines sicheren autonomen Fahrzeugs ermöglichen könnte, das erschwinglich genug für den Massenmarkt wäre. Eines Tages könnten Autos dadurch sogar in der Lage sein, ihre Positionsdaten untereinander auszutauschen, sagt Reid, was Unfälle noch weiter reduziert. Doch Experten wussten, dass GPS bei Weitem nicht genau genug war, um selbstfahrende Autos innerhalb der Fahrspur und von anderen Objekten auf der Straße fernzuhalten. Dies galt insbesondere für dicht bebaute städtische Umgebungen, in denen Signale leicht von Wänden reflektiert werden und Fehler verursachen können.

„GPS hat zwar den Vorteil, dass es ein allgegenwärtiges System ist, das überall auf der Welt gleich funktioniert“, sagt Reid. „Aber es ist ein System, das in erster Linie für militärische Anwendungen entwickelt wurde, um beispielsweise fünf Bomben auf dasselbe Ziel abwerfen zu können. Diese Genauigkeit im Meterbereich reicht jedoch nicht aus, um autonome Maschinen sicher an ihr Ziel zu führen und ihren physischen Raum mit Menschen zu teilen.“ Reid und Manning begannen darüber nachzudenken, wie man ein weltraumgestütztes PNT-System entwickeln könnte, das die Aufgaben des GPS erfüllt, aber besser ist: mit einer Genauigkeit von 10 Zentimetern oder weniger und absoluter Zuverlässigkeit unter allen möglichen Bedingungen. Der einfachste Weg, dies zu erreichen, bestand darin, die Satelliten näher an die Erde zu bringen, damit die Daten ohne ungenaue Verzögerungen in Echtzeit die Empfänger erreichten. Denn: Das stärkere Signal von Satelliten in der erdnahen Umlaufbahn ist widerstandsfähiger gegen Störungen aller Art.

Als GPS konzipiert wurde, war all das noch gar nicht möglich. Konstellationen in einer niedrigen Erdumlaufbahn – in Höhen von bis zu 2.000 Kilometern – erfordern Hunderte von Satelliten, um eine konstante Abdeckung des gesamten Globus zu gewährleisten. Lange Zeit war die dafür notwendige Weltraumtechnologie zu sperrig und zu teuer, um derart große Konstellationen realisieren zu können. In den vergangenen zehn Jahren hat sich das geändert. Einerseits ist die Technik billiger, andererseits sind die Kosten für Weltraumstarts geschrumpft. „Als wir 2019 begannen, begann das Ökosystem der erdnahen Umlaufbahn zu boomen“, sagt Reid. „Wir konnten beobachten, wie Starlink, OneWeb und andere Konstellationen an Fahrt aufnahmen.“

In den wenigen Jahren seit der Gründung von Xona sind angesichts zunehmender geopolitischer Spannungen die Bedenken hinsichtlich der Anfälligkeit von GPS gewachsen. Daher ist die Suche nach einem zuverlässigen Ersatz zu einer Frage strategischer Bedeutung geworden. Insbesondere in der Ukraine sind GPS-Störungen samt entsprechenden Manipulationen so alltäglich geworden, dass selbst US-Präzisionswaffen wie das High Mobility Artillery Rocket System (HIMARS) ohne Tricks praktisch blind sind. Hersteller von First-Person-View-Drohnen, die längst zum Symbol des Krieges wurden, mussten sich auf KI-gesteuerte autonome Navigation umstellen, um diese Drohnen einsatzfähig zu halten, oder besagte Glasfaserverkabelung nutzen.

Das Problem griff schnell über die Ukraine hinaus. An Russland angrenzende Länder wie Finnland und Estland klagten, dass die zunehmende Verbreitung von GPS-Störsendern samt Spoofing den kommerziellen Flug- und Schiffsverkehr in der Region beeinträchtigt. Clémence Poirier, Forscherin für Weltraumsicherheit an der ETH Zürich, sagt jedoch, dass das Problem der GPS-Störungen nicht auf die Umgebung von Kriegsgebieten beschränkt sei. „Einfache Störsender sind sehr günstig und für jeden online leicht erhältlich“, sagt Poirier. „Selbst mit den einfachsten Geräten, die etwa so groß wie ein Handy sind, kann man GPS-Signale in einem Umkreis von hundert Metern oder mehr stören.“

Es gibt krasse Beispiele dafür. Im Jahr 2013 störte ein Lkw-Fahrer, der ein solches Gerät benutzte, um seinen Standort vor seinem Chef zu verbergen, versehentlich die GPS-Signale rund um den Flughafen Newark in New Jersey. Im Jahr 2022 meldete der Dallas Fort Worth International Airport einen 24-stündigen GPS-Ausfall, der zu einer vorübergehenden Schließung einer seiner Start- und Landebahnen führte. Die Ursache der Störung konnte nie ermittelt werden. Im selben Jahr kam es am Denver International Airport gar zu einer 33-stündigen GPS-Störung.

„Xona ist eine vielversprechende Lösung, um die Widerstandsfähigkeit GPS-abhängiger kritischer Infrastrukturen zu verbessern und die Gefahr von GPS-Störungen und -Manipulationen zu mindern“, lobt Poirier, die die Pläne der US-Firma kennt.

Sie fügt allerdings hinzu, dass es für diese Art von Problemen keine magische Lösung gibt und „eine Vielzahl unterschiedlicher Ansätze erforderlich sein“ werde, um die Infrastruktur zu schützen. Tatsächlich ist Xona nicht das einzige Unternehmen, das eine Backup-Lösung für das bislang unverzichtbare, aber zunehmend anfällige GPS anbieten möchte.

Konkurrierende Unternehmen wie Anello Photonics mit Sitz in Santa Clara, Kalifornien, sowie Advanced Navigation mit Sitz in Sydney testen bereits terrestrische Lösungen: Trägheitsnavigationsgeräte, die klein und erschwinglich genug sind, um auch außerhalb der High-End-Militärtechnik eingesetzt zu werden. Diese Verfahren nutzen statt teurer Satelliten Gyroskope und Beschleunigungsmesser, um die Position eines Fahrzeugs aus seinen eigenen Bewegungen heraus zu berechnen, was es unabhängig macht.

Wenn diese Technologien in PNT-Empfänger für das traditionelle GPS integriert werden, könnten sie Spoofing erkennen und für die Dauer der Störung das Ruder übernehmen. Die Trägheitsnavigation gibt es schon seit Jahrzehnten und schon vor GPS – aber dank der jüngsten Fortschritte in der Photonik und bei mikroelektromechanischen Systemen hat sie sich mittlerweile verbessert.

Der französische Luftfahrt- und Verteidigungskonzern Safran entwickelte bereits ein System, das PNT-Daten über Glasfasernetzwerke verteilt, die das Rückgrat der globalen Internetinfrastruktur bilden. Aber die Faszination für den Weltraum bleibt bei den GPS-Nachfolgern groß: Die Möglichkeit, jeden Ort jederzeit zu erreichen, hat die US-Technik von einem obskuren Militärsystem zu einer selbstverständlichen Infrastruktur gemacht, ohne die die meisten Menschen heute kaum noch leben können.

Das sorgt für einen interessanten Markt. Xona könnte nämlich auch Konkurrenz aus dem Weltraum bekommen. Das in Virginia ansässige Unternehmen Trustpoint sammelt derzeit Mittel für den Aufbau einer eigenen PNT-Konstellation in der erdnahen Umlaufbahn, und einige Weltraumforscher haben vorgeschlagen, die Signale des SpaceX-Internetsatellitendienstes Starlink für PNT-Dienste zu nutzen, schließlich ist die Abdeckung längst da.

Xona hofft, sich seinen Platz auf dem Markt zu sichern, indem es sein Signal so aufbereitet, dass es mit dem von GPS kompatibel ist. Hersteller von GPS-Empfängern könnten dann die neue Konstellation problemlos in bestehende Technologien integrieren, also das beste aus beiden Welten.

Dieser Beitrag ist zuerst bei t3n.de erschienen.


(jle)



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Emacs trifft Claude: KI-gestützte Softwareentwicklung mit dem Editor-Urgestein


Der Texteditor Emacs kann nun auch KI-gestützte Softwareentwicklung: Claude Code IDE for Emacs bindet Anthropics Claude Code CLI in den Editor ein, der auf eine gut vierzigjährige Geschichte zurückblickt.

Das Open-Source-Projekt nutzt dafür das Model Context Protocol (MCP) für die Integration des KI-Modells in Emacs. Dabei bietet es eine bidirektionale Kommunikation, mit der nicht nur der Aufruf von KI-Hilfen möglich ist, sondern Claude Code CLI aktiv Emacs-Funktionen anstoßen kann.

Claude Code IDE for Emacs erkennt automatisch das aktuelle Projekt, um passende Funktionen und Codeanalysen anzubieten. Über das Language Server Protocol (LSP) bietet es programmiersprachspezifische Funktionen zur Navigation im Code.



Dank der Integration erkennt das Tool die Datei im Editor als Rust-Modul und analysiert die zentralen Funktionen des Codes.

(Bild: Claude Code IDE for Emacs)

Für die Analyse des Syntaxbaums innerhalb des Codes setzt es auf die Parsing-Library Tree-Sitter, die Emacs seit 2023 direkt einbindet.

Über das Model Context Protocol kann man beliebige Emacs-Funktionen für Claude Code CLI bereitstellen. Auf die Weise kann der KI-Assistent unter anderem beliebige elisp-Funktionen (Emacs Lisp) ausführen oder ein projektweites Refactoring über mehrere Dateien durchführen.

Der Assistent nutzt die Datei project.el, um das aktive Projekt zu erkennen. Für die Arbeit an mehreren Projekten erhält jedes Projekt seine eigene Instanz von Claude Code, die sich in einem speziellen Buffer (*claude-code[project-name]*) findet.



Claude Code hilft bei der Fehlersuche und zeigt die Originaldatei neben der geänderten in einer Diff-Ansicht.

(Bild: Claude Code IDE for Emacs)

Zum Steuern der Integration bietet Claude Code IDE eine Reihe von Emacs-Befehlen: Mx claude-code-ide startet den KI-Assistenten für das aktive Projekt. Das Kommando M-x claude-code-ide-menu ruft ein interaktives Menü mit allen verfügbaren Funktionen auf.

Der Befehl claude-code-ide-system-prompt gibt Claude Code CLI einen Prompt mit. Das GitHub-Repository führt einen Beispiel-Prompt auf, mit dem das Modell funktionale Programmier-Patterns bevorzugt und auf Immutability setzt: „Focus on functional programming patterns and avoid mutations.“

Claude Code for Emacs ist unter der GPL-3.0-Lizenz verfügbar. Es benötigt Emacs ab Version 28.1 und eins der Terminal-Pakete vterm oder eat. Außerdem muss Claude Code CLI im PATH verfügbar sein.

Weitere Details und der Sourcecode finden sich im GitHub-Repository des Projekts. Es hat derzeit zwar erst 800 Stars und sechs Contributors, aber wer braucht schon Cursor und Co., wenn Claude Code CLI beim Programmieren mit dem guten alten Emacs hilft. Ein interessantes Bonusprojekt wäre die Anbindung von Claude Code an ELIZA: Der 1966 entwickelte, primitive Chatbot gehört zur Grundausstattung von Emacs.


(rme)



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Hochgeschwindigkeitszüge: Poröser Puffer reduziert Tunnelknall


Um komfortablere Fahrten mit Hochgeschwindigkeitszügen zu ermöglichen und die Umwelt akustisch zu entlasten, haben chinesische Forscher eine Möglichkeit gefunden, die niederfrequenten Schockwellen zu reduzieren, die entstehen, wenn etwa ein Magnetschwebezug mit einer Geschwindigkeit von 600 km/h aus einem Tunnel herausfährt. Das berichtet der „Guardian“ am Donnerstag. Demnach soll ein poröser, etwa 100 m langer Puffer am Tunneleingang den Tunnelknall deutlich vermindern können.

Fährt ein Hochgeschwindigkeitszug in einen engen Raum, wie etwa einen Tunnel, dann wird die Luft von ihm wie in einem Kolben komprimiert. Die vor dem Zug hergeschobene Luft entfaltet sich am Tunnleausgang und es kommt zum Tunnelknall, der sich wie ein kleiner Donnerschlag anhört. Dabei gilt: Je höher die Geschwindigkeit der Bahn, desto eher kommt es zu einer Schockwelle.

Bei besonders hohen Geschwindigkeiten von 600 km/h reichen bereits kurze Tunnel von etwa 2 km Länge aus, um einen Tunnelknall zu provozieren. Durchschnittliche Hochgeschwindigkeitszüge mit einer Geschwindigkeit von etwa 350 km/h benötigen bereits einen längeren Tunnel, um beim Tunnelaustritt einen Knall zu erzeugen.

Die chinesischen Ingenieure begegnen diesem Problem, indem sie einen leichtgewichtigen, porösen Puffer am Tunneleingang anbringen und eine Schicht des Materials zusätzlich an den Tunnelwänden des ersten Abschnittes auf 100 m Länge auftragen. Die vor dem Zug hergeschobene Luft kann so entweichen, noch bevor der Zug den Tunnelausgang erreicht. Das Prinzip gleicht dabei dem von Schalldämpfern bei Schusswaffen. Dabei wird der Mündungsknall durch den Einsatz getrennter Kammern reduziert, die die Gase der Treibladung des Projektils abbremsen.

Die Wissenschaftler stellten fest, dass der Tunnelpuffer eine große Wirkung entfalten kann. Um bis zu 96 Prozent können die Druckschwankungen reduziert werden, sodass Tunnelaustritte leiser ausfallen und zu weniger akustischer Belastung der Umwelt führen. Die Kosten sollen gering sein, das Anbringen und Auftragen des porösen Materials sei nur mit wenig zusätzlicher Arbeit verbunden.

Diese Technik soll auf den Prototypen der chinesischen Magnetschwebebahn der China Railway Rolling Stock Corporation angewendet werden. Die Bahn könne im Dauerbetrieb 600 km/h schnell fahren und damit auf Kurz- und Langstrecken mit Inlandsflügen konkurrieren und zu einer ökologischen Entlastung beitragen. Auf einer Beispielstrecke zwischen Peking und Shanghai könnten die CO₂-Emissionen so um das Siebenfache geringer ausfallen. Der Zug könnte die Strecke in 2,5 Stunden überwinden, genauso lange wie die Flugzeit dauert.

Noch gibt es jedoch keine solche Strecke. Eine offizielle Genehmigung der Zentralregierung in Peking für den Bau steht noch aus. Die Provinzregierungen drängen aber auf die Errichtung einer solchen Pilotstrecke.

Die Technik zur Reduzierung des Tunnelknalls könnte allerdings auch auf „langsamere“ Bahnen angewendet werden, die um die 350 km/h fahren können. Es ist denkbar, dass die Technik auch in anderen Ländern mit Hochgeschwindigkeitszügen eingeführt wird. Darunter fällt beispielsweise Japan. Auf der Strecke zwischen Tokio und Osaka soll eine Magnetschwebebahn mit Tempo 505 km/h fahren und damit eine derzeit 2,5 Stunden lange Fahrt auf 67 Minuten im Inlandsverkehr reduzieren. Die Strecke soll jedoch erst ab 2027 gebaut werden.


(olb)



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Sechs Anbieter für Fotodruck auf Leinwand im Vergleich


Fotodrucke auf Leinwand bleiben ein Verkaufsschlager, denn sie sind das beliebteste und am häufigsten gekaufte Wandbild, oft kostengünstiger als ähnliche Produkte. Sie können mit und ohne Rahmen genutzt werden, eignen sich sowohl für unterschiedliche Anordnungen an der Wand als auch für verschiedene Hängesysteme vom einfachen Nagel bis hin zu Galerieschienen. Dazu lassen sie sich ins Regal stellen, ohne dass man die Angst haben muss, dass sie sich durchbiegen.

Unsere bestellte Leinwand ist im Format 30 × 45 cm. Sie ist nicht auf Ästhetik ausgelegt, sondern enthält vorrangig einige kniffelige Motive für den Druck. Neben Pflanzen wie einer Blüte, Palmen und Monstera-Blättern haben wir einen Elefanten in Schwarz-Weiß mit starken Kontrasten und sehr plastischer Hautstruktur gewählt.

Gemeinsam mit dem Porträt einer jungen Frau, die farbenfrohe Kleidung und facettenreichen Schmuck trägt, stehen die Motive auf einem KI-generierten, mehrfarbigen Hintergrund, der ein abstraktes Gemälde simuliert. An zwei Stellen haben wir dazu reines Schwarz und reines Weiß eingefügt.


Das war die Leseprobe unseres heise-Plus-Artikels „Sechs Anbieter für Fotodruck auf Leinwand im Vergleich“.
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