Auf der Erde ist Satellitennavigation so selbstverständlich geworden, dass kaum noch jemand darüber nachdenkt. Smartphones bestimmen ihren Standort, Autos finden die nächste Straße und Flugzeuge kennen ihre Position auf wenige Meter genau. Auf dem Mond funktioniert das bislang völlig anders. Raumfahrzeuge orientieren sich dort vor allem mithilfe von Funkmessungen, Trägheitssensoren, Kameras und Unterstützung von Kontrollzentren auf der Erde.

Das könnte sich in den kommenden Jahren grundlegend ändern. NASA, ESA und andere Raumfahrtorganisationen arbeiten an einer Infrastruktur, die rund um den Mond ähnliche Aufgaben übernehmen soll wie GPS und Galileo auf der Erde. Satelliten sollen Navigationssignale senden, Daten weiterleiten und auch Regionen versorgen, von denen aus die Erde nicht direkt sichtbar ist.

Ein gewöhnliches GPS für den Mond wird daraus allerdings nicht. Was entsteht, ist ein neues Netz aus mehreren miteinander kompatiblen Systemen.

Warum braucht der Mond ein eigenes Navigationssystem?

Solange nur wenige Raumsonden gleichzeitig zum Mond flogen, ließ sich ihre Position mit Unterstützung großer Bodenstationen auf der Erde bestimmen. Bei einer wachsenden Zahl von Landern, Rovern, Satelliten und möglicherweise später auch bemannten Außenposten wird dieses Verfahren jedoch zunehmend aufwendig.

Eine Mondbasis müsste wissen, wo sich Fahrzeuge befinden. Rover müssten auch außerhalb bekannter Routen navigieren können. Landefähren benötigen während ihres Abstiegs möglichst genaue Positionsdaten. Raumfahrzeuge in Mondumlaufbahnen müssen ihre eigene Bahn bestimmen und miteinander kommunizieren können.

Besonders anspruchsvoll ist der lunare Südpol. Genau dort konzentrieren sich viele der gegenwärtigen Explorationspläne, weil dauerhaft verschattete Krater Wassereis enthalten können. Gleichzeitig sorgen Berge, Kraterränder und die Lage nahe dem Pol dafür, dass direkte Funkverbindungen zur Erde nicht überall und jederzeit möglich sind.

Ein Satellitennetz könnte einen Teil dieser Schwierigkeiten lösen. Es würde Navigationssignale bereitstellen und zugleich als Kommunikationsrelais dienen.

Funktioniert das GPS der Erde auch auf dem Mond?

Erstaunlicherweise können Signale der vorhandenen Navigationssatelliten tatsächlich bis zum Mond gelangen. Dafür wurden GPS und Galileo ursprünglich nicht gebaut. Ihre Antennen sind hauptsächlich auf die Erde ausgerichtet. Ein Teil der ausgestrahlten Energie reicht jedoch über den Rand der Erde hinaus.

Dass sich diese extrem schwachen Signale praktisch nutzen lassen, wurde inzwischen auf dem Mond demonstriert.

Im März 2025 gelang dem Lunar GNSS Receiver Experiment, kurz LuGRE, ein historischer Versuch. Das gemeinsam von NASA und der italienischen Raumfahrtagentur ASI entwickelte Instrument war mit dem Blue Ghost Lander von Firefly Aerospace zum Mond gelangt. LuGRE empfing dort Signale des amerikanischen GPS und des europäischen Galileo Systems und konnte daraus seine Position bestimmen.

Damit wurde erstmals ein GNSS Positionsfix direkt auf der Mondoberfläche erreicht.

Das bedeutet allerdings nicht, dass Astronauten künftig einfach ihr Smartphone einschalten können. Die Signale sind am Mond außerordentlich schwach und ihre Verfügbarkeit hängt stark von der jeweiligen Position ab. Für LuGRE war deshalb ein speziell entwickelter hochempfindlicher Empfänger notwendig.

Die vorhandenen Satellitensysteme der Erde können damit eine zusätzliche Navigationsquelle bilden. Für eine dauerhaft zuverlässige Versorgung des Mondes reicht das allein jedoch nicht aus.

Wie soll das europäische Moonlight System funktionieren?

Europa verfolgt mit dem ESA Programm Moonlight einen wesentlich größeren Ansatz. Dabei soll eine eigene Infrastruktur rund um den Mond entstehen, die sowohl Kommunikation als auch Navigation anbietet.

Nach der derzeit vorgesehenen Architektur besteht Moonlight aus fünf Satelliten. Vier davon sind vor allem für Navigation vorgesehen, ein weiterer für Kommunikation. Hinzu kommen Bodenstationen auf der Erde.

Die Satelliten sollen sich auf stark elliptischen Bahnen um den Mond bewegen. Ihre Anordnung ist besonders auf den Südpol ausgerichtet. Dort will die ESA eine kontinuierliche Kommunikations- und Navigationsversorgung ermöglichen. Für Nutzer auf der Mondoberfläche nennt die ESA eine angestrebte Positionsgenauigkeit von bis zu etwa drei Metern.

Damit könnte ein Rover seine Position weitgehend autonom ermitteln, anstatt für jede Ortsbestimmung auf Berechnungen von der Erde angewiesen zu sein. Auch Landefahrzeuge könnten Navigationsinformationen während des Abstiegs nutzen.

Die ersten Moonlight Dienste sollen nach gegenwärtiger Planung gegen Ende 2028 verfügbar werden. Der vollständige Betrieb ist für etwa 2030 vorgesehen.

Ein erster Baustein ist Lunar Pathfinder. Der von Surrey Satellite Technology entwickelte Satellit soll zunächst Kommunikationsdienste am Mond erproben und damit Erfahrungen für die spätere Infrastruktur liefern.

Baut auch die NASA ein Navigationsnetz am Mond?

Die NASA verfolgt parallel eine eigene kommerziell ausgerichtete Infrastruktur. Im Rahmen des Lunar Communications Relay and Navigation Systems sollen Relaisstationen in Mondumlaufbahnen Kommunikationsverbindungen und Navigationsdienste anbieten.

2024 wurde Intuitive Machines als erster kommerzieller Anbieter für diese Dienste ausgewählt. Das Unternehmen entwickelt ein geplantes Netz lunarer Relaissatelliten.

Ein wichtiger Baustein ist Altus 1. Der Satellit soll unter anderem den von der NASA entwickelten Empfänger NavCube3 mini tragen. Das nur rund 1,6 Kilogramm schwere Gerät soll GPS und Galileo Signale selbst in Mondnähe auswerten können.

Damit verbinden sich zwei Ansätze. Einerseits entstehen spezielle Satelliten rund um den Mond. Andererseits soll weiterhin genutzt werden, was bereits von der Erde aus verfügbar ist.

Genau diese Kombination könnte später wichtig werden. Ein Raumfahrzeug müsste sich nicht ausschließlich auf eine einzige Navigationsquelle verlassen, sondern könnte Daten verschiedener Systeme miteinander verbinden.

Was ist LunaNet?

Damit europäische, amerikanische, japanische und kommerzielle Systeme nicht nebeneinander entstehen und untereinander inkompatibel bleiben, arbeiten NASA, ESA und JAXA an gemeinsamen Standards.

Der Rahmen dafür heißt LunaNet.

LunaNet ist keine einzelne Satellitenkonstellation und auch kein zweites GPS. Es beschreibt vielmehr Regeln und technische Standards, nach denen unterschiedliche Anbieter ihre Kommunikations- und Navigationsdienste miteinander kompatibel machen können.

Das Prinzip erinnert stärker an das Internet als an ein geschlossenes Satellitensystem. Verschiedene Betreiber könnten eigene Satelliten, Relais oder Bodenstationen bereitstellen, solange diese gemeinsame Standards unterstützen.

Zu LunaNet gehören neben Kommunikation auch Positionierung, Navigation und Zeitbestimmung. Ein gemeinsames Navigationssignal soll es verschiedenen staatlichen und kommerziellen Anbietern ermöglichen, kompatible Dienste bereitzustellen.

Für künftige Mondmissionen wäre das entscheidend. Ein Rover müsste dann nicht zwangsläufig für jedes Satellitennetz einen vollkommen eigenen Navigationsstandard verwenden.

Warum ist eine genaue Zeitmessung auf dem Mond wichtig?

Satellitennavigation besteht nicht nur aus Positionsdaten. Mindestens ebenso wichtig ist die Zeit.

GPS und Galileo bestimmen Entfernungen darüber, wie lange Funksignale vom Satelliten zum Empfänger benötigen. Schon winzige Fehler bei der Zeitmessung führen dabei zu erheblichen Abweichungen bei der berechneten Position.

Auch eine Mondnavigation benötigt deshalb eine hochpräzise Zeitbasis sowie ein genau definiertes Koordinatensystem.

Europa plant dafür mit NovaMoon einen zusätzlichen Schritt. Dabei soll erstmals eine hochpräzise Navigations, Geodäsie und Zeitstation direkt auf der Mondoberfläche entstehen. Sie soll das Moonlight System ergänzen und lokale Korrekturdaten liefern.

Nach Angaben der ESA könnte eine solche Station die Positionsbestimmung in ihrem Umfeld künftig bis in den Bereich unterhalb eines Meters verbessern. Gleichzeitig würde sie helfen, ein präziseres geodätisches Bezugssystem für den Mond aufzubauen.

Werden Rover auf dem Mond irgendwann wie Autos auf der Erde navigieren?

Das ist eines der langfristigen Ziele, technisch wird die Situation jedoch anspruchsvoller bleiben als auf der Erde.

Auf unserem Planeten stehen gleichzeitig zahlreiche GPS, Galileo, GLONASS und BeiDou Satelliten zur Verfügung. Am Mond werden zunächst deutlich weniger Navigationssatelliten eingesetzt. Ihre Bahnen müssen außerdem an die besonderen Anforderungen des Erde Mond Systems angepasst werden.

Deshalb dürfte sich die Mondnavigation auf mehrere Informationsquellen stützen. Satellitensignale können mit Trägheitssensoren, Kameras, Geländekarten und Entfernungsmessungen kombiniert werden.

Ein Rover könnte dadurch seine Position fortlaufend selbst bestimmen und größere Strecken autonom zurücklegen. Für bemannte Fahrzeuge wäre zudem eine Navigation denkbar, die Astronauten ähnlich wie ein Navigationsgerät auf der Erde zu einem Ziel führt.

Der entscheidende Unterschied wäre die Unabhängigkeit von permanenter Unterstützung aus einem Kontrollzentrum.

Wann gibt es ein funktionierendes GPS für den Mond?

Ein einzelnes Datum lässt sich dafür nicht nennen, weil mehrere Systeme schrittweise entstehen.

Der grundlegende Beweis ist bereits erbracht. Seit dem LuGRE Experiment von 2025 ist klar, dass GPS und Galileo Signale auf der Mondoberfläche empfangen und zur Positionsbestimmung verwendet werden können.

Der nächste Schritt besteht darin, spezielle Kommunikations und Navigationssatelliten am Mond aufzubauen. Moonlight soll seine ersten Dienste nach derzeitiger Planung gegen Ende 2028 anbieten und um 2030 vollständig betriebsbereit sein. Parallel entwickelt die NASA ihre kommerzielle Relaisinfrastruktur.

Damit dürfte sich die Navigation am Mond während der kommenden Jahre von einzelnen Experimenten zu einer dauerhaften Infrastruktur entwickeln.

Das Entscheidende daran ist weniger, ob dieses System am Ende tatsächlich „Mond GPS“ genannt wird. Der Mond beginnt, eine Infrastruktur zu bekommen, die auf der Erde längst unsichtbarer Bestandteil des Alltags geworden ist. Satelliten sollen Position, Zeit und Kommunikation bereitstellen und Raumfahrzeuge zunehmend unabhängig von der Erde machen.

Sollten künftig tatsächlich zahlreiche Rover, Landefähren, Forschungsstationen und bemannte Außenposten gleichzeitig auf dem Mond arbeiten, wird eine solche Navigation nicht mehr nur technische Bequemlichkeit sein. Sie wird zu einer der Voraussetzungen dafür, dass aus einzelnen Mondmissionen ein dauerhaft genutzter Raum rund um einen zweiten Himmelskörper entstehen kann.

Quellen
▪︎ NASA Space Communications and Navigation, LunaNet und Lunar Networking Standards
▪︎ NASA Goddard Space Flight Center, Lunar Communications Relay and Navigation Systems
▪︎ NASA und Italian Space Agency, Lunar GNSS Receiver Experiment LuGRE
▪︎ NASA Goddard Space Flight Center, NavCube3 mini und Altus 1
▪︎ European Space Agency, Moonlight Lunar Communications and Navigation Services
▪︎ European Space Agency, Galileo goes to the Moon
▪︎ European Space Agency, NovaMoon