ISS- und Satellitenkommunikation
Im Rahmen dieses Projekts konnte von Studierenden gezeigt werden, wie mit gängiger Technik des Amateurfunks Funkverbindungen zu Satelliten und Raumstationen aufgebaut werden können. Neben dem Empfang von Wettersatelliten und einem reaktivierten Militärsatelliten der US Air Force aus den sechziger Jahren mithilfe selbstgebauter Antennen, konnte eine Funkverbindung über die Internationale Raumstation (ISS) mit einem spanischen Funkamateur aufgebaut werden. Zusätzlich wurde eine Sende- und Empfangsstation für die Kommunikation über den geostationären Satelliten Es’hail 2 (QO-100) aufgebaut und in Betrieb genommen. Darüber hinaus wurde ein Konzept aufgestellt, wie es in Zukunft möglich sein kann die Sende- und Empfangsantennen automatisiert in Richtung eines überfliegenden Satelliten auszurichten. Umgesetzt wurde dies an der Amateurfunkstation DK0WH in der Westfälischen Hochschule in Gelsenkirchen.
Abb.: Satellit vor der Erde, generiert mit dem Bing Image Creator [1]
Bereits wenige Jahre nachdem der erste Satellit überhaupt in eine Erdumlaufbahn gebracht wurde, folgte mit dem OSCAR 1 der erste Amateurfunksatellit. Seitdem wurden über 100 Amateurfunksatelliten, meist als Sekundärlast anderer Raummissionen, gestartet. Häufig sind diese mit Relaisstationen ausgestattet und bewegen sich – abgesehen vom Es’hail 2 (QO-100), dem ersten und einzigen geostationären Amateurfunksatelliten - in einigen hundert Kilometern Höhe um die Erde und ermöglichen so Funkamateuren auf der ganzen Welt miteinander zu kommunizieren. Da jedoch eine Sichtverbindung nötig ist, ist die Reichweite meist auf einige Hundert Kilometer beschränkt. Neben Sprechfunk, ist so u.a. CW-Telegrafie (Morsen), Bildübertragung per SSTV und Packet Radio möglich. Genutzt wird meist das 2-Meter- oder das 70-Zentimeterband. Je nach Leistung und Frequenz des Satelliten kann es außerdem notwendig sein, eine nachführbare Richtantenne zu nutzen. In vielen Fällen ist jedoch eine feste Rundstrahlantenne ausreichend. [2]
Amateur Radio on the International Space Station (ARISS)
Im Rahmen des ARISS Projekts wurden verschiedene Antennen und Funkgeräte auf der Internationalen Raumstation (ISS) installiert, um sowohl von der Crew als auch von Funkamateuren auf der ganzen Welt genutzt zu werden. Damit ist nicht nur ein Funkkontakt zur Crew, sondern auch Gespräche über den Sprechfunk Repeater, sowie Packet Radio und Slow Scan Television (SSTV) möglich. Die entsprechenden Frequenzen mit den genutzten Rufzeichen können der Website von ARISS entnommen werden.
In diesem Projekt wurde eine Verbindung per Automatic Packet Reporting System (APRS) hergestellt. Mit dieser Form des Amateurfunkdienstes können Daten wie die eigene Position, eine kurze Textnachricht oder Wetterdaten automatisiert verbreitet werden. Dabei werden die Daten von Digipeatern so weit weitergeleitet, bis sie auf ein passendes IGATE (Internet Gateway) treffen. Dieses speist die Daten ins Internet ein und verbreitet sie somit weltweit. Die ISS besitzt ebenfalls einen Digipeater, der auf der Frequenz 145,825 MHz erreichbar ist. Als Hardware wurde dazu ein Handfunkgerät (YAESU FT5D) mit einer Rundstrahlantenne genutzt. Dieses Funkgerät besitzt bereits eine APRS-Funktion, wodurch der Betrieb schnell vorbereitet werden kann. Am Funkgerät wird die eigene Position, das eigene Rufzeichen, sowie die Pfade der Digipeater, die erreicht werden sollen, angegeben. Zusätzlich kann eine kurze Textnachricht eingefügt werden. Die Pakete können dann entweder manuell oder in einem eingestellten Intervall automatisch mit einer Sendeleistung von 5 W gesendet werden. Da die Systeme auf der ISS häufig wegen Andockmanövern oder anderen Missionen abgeschaltet werden, wird der aktuelle Status der Amateurfunkgeräte ebenfalls auf der Website von ARISS angezeigt. Folgende Einstellungen wurden genutzt:
- DIGI PATH: RS0ISS, ARISS, WIDE2-1
- BAUDRATE: 1200 bps
- BEACON INTERVAL: 30 s
- APRS TX DELAY: 300 ms
- BEACON TX: AUTO
Über die Website Heavens Above wird die aktuelle Position der ISS sowie zukünftige Überflugszeiten über der eigenen Position angezeigt. Da eine erfolgreiche Verbindung ab einer Höhe von ca. 10° aufgebaut werden kann, bleibt stets ein kurzes Zeitfenster einiger Minuten, um den Kontakt aufzubauen. Hier kann die Chance eines erfolgreichen Verbindungsaufbaus wesentlich erhöht werden, wenn auch manuell in kurzen Intervallen Baken ausgesendet werden. Jedoch ist selbstverständlich zu beachten, dass auch weitere Funkamateure gleichzeitig versuchen ihr Signal zu senden und man diesen nach den Verhaltensregeln im Amateurfunk ebenfalls eine Chance lassen sollte. Außerdem ist zu empfehlen die Frequenz während des Überflugs anzupassen, um den Dopplereffekt auszugleichen. Sobald die ISS in Reichweite ist, können Pakete verschickt werden. Wenn das eigene Signal von der ISS gehört wurde, wird die eigene Position im Display angezeigt.
Bei erfolgreichem Kontaktaufbau wird das eigene Rufzeichen mit Position und Zeitstempel auf ariss.net angezeigt:
Abb.: Erfolgreiche APRS-Verbindungen zur ISS werden auf ariss.net angezeigt
Zusätzlich wurde der Kontaktaufbau über aprs.fi verifiziert. Hier wird neben der Position auch direkt die Textnachricht („aprs via ariss“) angezeigt:
Abb.: Empfangenes Rufzeichen mit Position und Textnachricht
Weiterhin bietet der Repeater der ISS die Möglichkeit per Sprechfunk mit anderen Funkamateuren zu kommunizieren. Genutzt wurde dafür das Kenwood TS-2000 in Verbindung mit der Rundstrahlantenne. Der Vorteil dieses Transceivers ist es, dass sich der Dopplereffekt der ISS gut ausgleichen lässt. Wenn sich die ISS auf die Station zu bewegt, werden die von ihr ausgesendeten Wellen durch die Bewegung der Raumstation gestaucht, wodurch die Empfangsfrequenz an der Bodenstation leicht erhöht werden muss. Gleichzeitig bewegen sich die von der Bodenstation ausgesendeten Wellen in die entgegengesetzte Richtung, in die sich die ISS bewegt. Dadurch empfängt die ISS eine höhere als die ausgesendete Frequenz, weshalb die Sendefrequenz der Bodenstation verringert werden muss, um diesen Effekt auszugleichen. Das TS-2000 bietet die Möglichkeit diesen Ausgleich gleichzeitig durchzuführen. Da exakte Berechnungen sehr aufwendig sind, ist ein manuelles Ausgleichen über den Regler am Transceiver hier ausreichend. Die Frequenzen für den Sprechfunk (FM) sind:
- 437,800 MHz Downlink
- 145,990 MHz Uplink
Beim Uplink muss zusätzlich ein CTCSS (Continuous Tone Coded Squelch System), bzw. PL (Private Line) Ton von 67 Hz verwendet werden. Dieser, sich unterhalb der eigentlichen Audiofrequenzen befindliche Ton, wird zusätzlich zum Sprachsignal mitgesendet. Erst wenn dieser Ton beim Empfänger erkannt wird, wird das eigentliche Signal registriert. Damit wird ermöglicht, dass es bei viel genutzten Frequenzen nicht zu Störungen zwischen mehreren Sende- und Empfangsstationen kommt. Grundsätzlich ist bei einem Überflug ab 10° Höhe mit einem erfolgreichen Empfang zu rechnen. Bei einem direkten Überflug (90°) ist zwar einerseits mehr Zeit für einen erfolgreichen QSO (eine zweiseitige Funkverbindung), jedoch ist der Empfang in der Mitte des Überflugs aufgrund der Abstrahlcharakteristik der hier genutzten Antenne schwach. Mittlere Höhen sind mit dieser Antennenart also optimal. Am 15.04.24 wurde bei einem Überflug der ISS schließlich ein erfolgreicher QSO mit dem Funkamateur EA3JK gefahren.
Es'hail 2 / QO-100
Der QO-100 (Qatar-OSCAR 100) ist ein gemeinsamer Amateurfunksatellit der Qatar Satellite Company, der QARS (Qatar Amateur Radio Society) und von AMSAT Deutschland. Er ist der erste geostationäre Satellit für den Amateurfunk. Ein geostationärer Satellit besitzt eine Stabilisierung, die ihn relativ zur Erdoberfläche immer über derselben Position hält. Somit ist er in seinem Abdeckungsgebiet mit einer fest ausgerichteten Satellitenschüssel immer erreichbar. Ein aufwendiges Nachführen der Antenne, sowie die Beschränkung der zeitlichen Nutzbarkeit während eines Überfluges entfällt demnach. Da sich der QO-100 über Kongo befindet, deckt er ein großes Gebiet von Westasien, über den gesamten afrikanischen und europäischen Kontinent bis hin zur Westküste von Südamerika ab. Funkamateure aus großen Teilen der Welt können durchgehend über den QO-100 miteinander kommunizieren. [3]
Abb.: "Ausleuchtung" des QO-100 [3]
Die Nutzlast an Bord des QO-100 besteht aus einem Schmalbandtransponder (Bandbreite: 2,7 kHz) unter anderem für SSB (single-sideband modulation) und CW (continuous wave), bzw. Morsetelegrafie und einen Breitbandtransponder, der für Amateurfunkfernsehen genutzt wird. Der Uplink erfolgt von 2400,000 MHz bis 2400,500 MHz und der Downlink bei 10489,500 MHz bis 10490,000 MHz. Insgesamt steht somit ein 500 kHz breites Band zur Verfügung, auf dem viele Funkamateure parallel über verschiedene Betriebsarten miteinander kommunizieren können. Im Folgenden ist der Bandplan des QO-100 mit den verschiedenen Frequenzbereichen für die unterschiedlichen Betriebsarten aufgeführt. Jeweils am oberen und unteren Ende und in der Mitte des Bandes sendet der QO-100 durchgängig eine Morsebake. Diese können bspw. für erste Tests der Hardware und zum Ausrichten der Satellitenschüssel genutzt werden. [3, 4]
Abb.: Bandplan des QO-100 [5]
In der Vergangenheit haben Studierende der Westfälischen Hochschule bereits eine SDR-basierte Sende- und Empfangsstation für den QO-100 konzipiert und gebaut. Diese existiert auch weiterhin neben der in diesem Projekt genutzten Station.
Die in diesem Projekt aufgebaute Station basiert auf der QO-100 Full Duplex Groundstation der Firma DXPatrol. Diese stellt neben einer GPS-Antenne auch einen Auf- und Abwärtsmischer bereit. Ein Transceiver (Kenwood TS-2000) liefert ein Sendesignal von ca. 1 W, welches von der Groundstation auf die vom QO-100 genutzte Frequenz gemischt wird. Das Ausgangssignal besitzt dann eine maximale Leistung von 10 W und kann über eine Helixantenne an einer Satellitenschüssel gesendet werden. Der Empfang läuft ebenfalls über den Signalumsetzer der Groundstation. Somit kann der Funkbetrieb über einen gewöhnlichen Transceiver ablaufen. Neben diesen Funktionen bietet die Groundstation die Möglichkeit wichtige Parameter wie das Stehwellenverhältnis (SWR), die Betriebstemperatur, die aktuelle Sendeleistung und die Eingangsspannung zu überwachen.
Für das Senden und Empfangen wird eine 100 cm Satellitenschüssel auf dem Dach der Westfälischen Hochschule genutzt. Daran wird der LNB (low-noise block converter) angebracht, der das Satellitensignal auf eine niedrigere Frequenz umsetzt. Zur Verbesserung des Empfangssignals wurde ein Eingangsverstärker (20 dB) auf der Empfangsstrecke eingesetzt, da aufgrund der Kabellänge von ca. 25 m bis zur Groundstation eine starke Dämpfung des Signals zu erwarten ist. Zum Senden wird eine 2,4 GHz Helixantenne, ebenfalls von DXpatrol, genutzt. Bei allen Kabeln wurde wegen der hohen benötigten Kabellänge und der starken Dämpfung bei hohen Frequenzen darauf geachtet, dass stets dämpfungsarme Kabel zum Einsatz kommen. Das Ausrichten der Antenne erfolgte mithilfe der Baken, die am oberen und unteren Ende, sowie in der Mitte des Bandes vom QO-100 ausgesendet werden. Die grobe Himmelsrichtung konnte vorab mit einem Kompass bestimmt werden. Anschließend wurde die Richtung, sowie der Neigungswinkel der Schüssel in Abhängigkeit der Stärke der empfangenen Bake optimiert. Somit Im Labor für angewandte Kommunikationstechnik, IC-Entwurf und digitale Signalverarbeitung, steht nun eine vollständige Sende- und Empfangsstation für den QO-100 bereit.
NOAA-Wettersatelliten
Die Wettersatelliten der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) umkreisen, in einer im Vergleich zu geostationären Wettersatelliten kleinen Höhe, die Erde und liefern so gut aufgelöste Bilder der Regionen, die sie gerade überfliegen. Übertragen werden die Daten per Automatic Picture Transmission (APT). Bei diesem analogen Übertragungsverfahren werden die Grauwerte der Pixel auf einen 2,4 kHz Subcarrier (amplituden-)moduliert. Zusätzlich werden zwei weitere Frequenzen für die Synchronisierung genutzt. Das somit entstehende als Broadcast vorliegende Signal wird dann für die Übertragung zur Erde auf eine Trägerfrequenz von ca. 137 MHz frequenzmoduliert. Neben einem einfachen Foto wird auch ein Bild, welches mit Infrarotsensoren aufgenommen wurde, übertragen. Damit ist es möglich nicht nur visuelle, sondern auch weitere meteorologische Daten zu erfassen. [6, 7]
Folgende NOAA-Satelliten sind aktuell noch in Betrieb:
- NOAA 15 (137,6200 MHz)
- NOAA 18 (137,9125 MHz)
- NOAA 19 (137,1000 MHz)
Für den Empfang reicht prinzipiell ein einfaches Funkgerät mit Aufzeichnungsfunktion, bzw. ein SDR (Software Defined Radio) und eine Antenne für den 2m-Bereich aus. Da erste Versuche mit einer Rundstrahlantenne jedoch eine schlechte SNR (signal-to-noise-ratio) zeigten, wurde eine spezielle Antenne für den Empfang der APT-Bilder gebaut. Dabei handelt es sich um eine V-Dipolantenne, die vom Funkamateur 9A4QV entworfen wurde. Obwohl das Signal der NOAA-Satelliten rechtszirkular polarisiert ist, ist bei einer Antenne mit horizontaler Polarisation nur ein Verlust von ca. 3 dB zu erwarten. Dieser ist angesichts des großen Aufwandes, den der Bau einer zirkular polarisierten Antenne mit sich bringt, und der Stärke des Signals allerdings hinzunehmen.
Abb.: V-Dipol-Antenne [8]
Die Pole wurden aus einer Aluminiumstange mit 4 mm Durchmesser gefertigt. Die Längen wurden dabei anfangs etwas größer dimensioniert. Später wurde mithilfe eines Network Analyzers das Stehwellenverhältnis (SWR) im Frequenzbereich zwischen 137 MHz und 138 MHz gemessen. Durch weitere Kürzungen der Pole wurde das SWR auf diesen Frequenzbereich optimiert. Da nicht gesendet wird und somit keine reflektierte Leistung dem Funkgerät schaden könnte und das Signal der NOAA-Satelliten recht stark ist, sind die Anforderungen an das SWR jedoch recht gering. Gegen statische Aufladung wurden die beiden Pole mit einem 100 kOhm Widerstand verbunden. Als Anschluss wurde das Ende eines BNC-Kabels verwendet, das mit einem Adapter an jedes gängige Funkgerät angeschlossen werden kann. Neben dem eigentlichen Dipol wurde für eine weitere Verbesserung des Empfangs noch ein Reflektor im Abstand einer Viertel Wellenlänge unter dem Dipol angebracht. Dieser ist ähnlich aufgebaut wie der Dipol, jedoch mit etwas längeren Stäben, die untereinander elektrisch verbunden sind.
Abb.: Selbstgebaute V-Dipolantenne (oben, Mitte) und Reflektor (unten)
Die Überflugszeiten der NOAA-Satelliten können ebenfalls über Heavens Above ermittelt werden. Für einen guten Empfang reicht es dabei aus die Antenne nach Süden auszurichten. Ein Ausgleichen des Dopplereffekts kann erfolgen, jedoch wurden aufgrund der recht großen Bandbreite auch erfolgreich Bilder ohne Dopplerausgleich empfangen. Wenn das Einstellen der Frequenz (wie beim verwendeten Handfunkgerät YAESU FT5D) nur in größeren Schritten erfolgen kann, kann ein Nachjustieren der Frequenz wegen der zeilenweisen Übertragung der Bilder zu einer inkonsistenten Qualität innerhalb eines Bildes führen. Ab einer Höhe des Satelliten von ca. 9° wird das APT-Signal deutlich hörbar. Die aufgezeichnete Audiodatei muss nun mit der Software Audacity auf eine Sample Rate von 11025 Hz (Monochannel) konvertiert werden. Anschließend kann das WAV-File mit der Software WXtoImg decodiert werden. Ein Beispiel eines erfolgreich empfangenen und decodierten Bildes von NOAA 19 ist hier abgebildet:
Abb.: Empfangenes Satellitenbild von NOAA 19. Channel 1: Foto (links), Channel 2: Infrarotaufnahme (rechts). Am Rand sind die Synchronisierungsignale zu sehen
U.S. Air Force Satellit OV3-3
Der Satellit OV3-3 ist ein alter U.S. Air Force Satellit der Serie Orbiting Vehicle, in diesem Falle der 3-3. Er wurde am 04.08.1966 auf die 354 x 4475 km hohe Umlaufbahn gebracht. Der OV3-3 sammelt mit einem Teilchendetektor nicht näher klassifizierte wissenschaftliche Daten und speicherte diese in den ersten 14 Monaten auf einem Tonbandgerät. Im September 1967 versagte wohl das Tonbandgerät, wodurch die Daten ausschließlich in Echtzeit über die Bahnverfolgungsstationen zum Boden geleitet werden mussten. Dies ist jedoch sehr kostenintensiv und so wurde der OV3-3 schließlich im Jahre 1969 abgeschaltet. Aus noch ungeklärten Ursachen erwachte der Satellit nach 46 Jahren wieder und Satelliten-Jäger haben ihn Anfang des Jahres 2015 erstmals wieder entdeckt. Das Problem mit dem Satelliten ist, dass er ausschließlich sendet, wenn er im Sonnenlicht ist, da er ausschließlich über die Solarpaneele arbeitet. [9]
Aufmerksam wurden die Studierenden auf den Satelliten über die oben genannte Quelle, bei der Suche nach ungewöhnlichen Satelliten. Wochen lang starteten nun die Versuche den Satelliten zu erreichen bzw. ein Signal von diesem aufzunehmen. Wochen lang blieb es bei erfolglosen Versuchen, bei denen ausschließlich weißes Rauschen zu vernehmen war. Es wurden die auf dem Dach befindlichen Rundstrahlantennen genutzt, die Kreuzyagis ausprobiert und zum Schluss sogar eine Breitband-Rundstrahlantenne. Mit keiner dieser Antennen konnte ein Signal empfangen werden. Auch eine Signalverarbeitung des aufgenommenen Audiosignals konnte keinen Empfang bestätigen. Es blieb bei dem weißen Rauschen. Erst nach 4 Wochen wurde, gemeinsam mit der Antenne für die NOAA Satelliten, eine auf die Frequenz des OV3-3 abgestimmte Antenne gebaut. Dabei wurde die Antenne für den OV3-3 als kleinere Version der NOAA-Antenne gebaut. Die Sendefrequenz, welche in der Quelle genannt wurde, ist die Frequenz 258,480 MHz. Auch nach dem Bau der Antenne benötigte es weitere Fehlversuche, bis das erste Signal empfangen werden konnte. Das Signal wurde auf der Frequenz 258,250 MHz bis 258,350 MHz empfangen. Die Verschiebung des Signales in der Frequenz lässt sich über den Dopplereffekt erklären. Das in diesen Versuchen empfangene Signal, konnte nicht auf einem akustischen Wege empfangen werden. Benötigt wurde ein SDR (genutzt wurde das HackRF) und die Software SDR Console, um mittels Wasserfalldiagramm das Signal darzustellen. Vom ersten Empfang sind keine Aufzeichnungen verfügbar. Die Audiodatei des zweiten Empfanges ist fehlerhaft, weshalb nur der dritte Empfang aufgezeichnet und somit dokumentiert werden konnte. Dieser Empfang korreliert mit der Überflugszeit des Satelliten, womit ein Empfang genau dieses Satelliten sehr wahrscheinlich und damit gesichert. Die abweichende Frequenz von 258,250 MHz und dem Sprung zu 258,350 MHz ist dabei wieder beobachtet worden. Die nachfolgende Abbildung zeigt das Signal auf ca. 258,350 MHz (links im Bild).
Der Ausschnitt aus der SDR-Software zeigt das empfangene Signal vom OV3-3
Die Wahrscheinlichkeit des Empfangs des Signals lässt sich erhöhen, wenn man in den Sommermonaten versucht den Satelliten zu kriegen. Aus bereits beschriebenen Gründen kann ein Signal nur empfangen werden, wenn sich der Satellit auf der, der Sonne zugewandten Seite befindet. Es empfiehlt sich einen möglichst großen Elevationswinkel abzuwarten, da das Signal, welches im Rahmen dieses Projektes empfangen werden konnte, schwach war. Eine Verfolgung der Flugbahn, mittels Antenne, hat sich als hilfreich erwiesen, dabei ist eine zwingende Verfolgung jedoch nicht erforderlich. Die Überflugszeiten, Ausrichtungen und Elevationswinkel können der Website Heavens Above entnommen werden.
Konzeptentwurf für eine automatische Ausrichtung der Antennen zur Kommunikation mit Satelliten
Damit die Kommunikation mit Satelliten in der Zukunft einfacher und effizienter ablaufen kann, bietet sich eine automatische Ausrichtung der Antennen abhängig von der Flugbahn des jeweiligen Satelliten an. Um das Senden und den Empfang zu verbessern sollten dafür Richtantennen anstatt der Rundstrahlantenne genutzt werden. Aktuell stehen 2 Kreuzyagiantennen (2m und 70 cm) zur Verfügung, die über ein Rotorsystem in der Elevation verändert werden können. Da die meisten Satelliten diese Frequenzbänder (für Up- und Downlink) nutzen, sind damit schon geeignete Antennen vorhanden. Die Polarisation eines Satellitensignals ist jedoch veränderlich, ein Ausgleichen über ein Drehen der Antenne, wie es per Hand möglich ist, ist bei fest installierten Antennen nicht möglich. Je nach Art der Polarisation und Stärke des Signals kann hier aufgrund des Mehraufwandes eines solchen Ausgleiches ein Verlust hingenommen werden. An der aktuellen Station ist keine horizontale Steuerung (Azimut) verfügbar, weshalb hiermit keine beliebigen Satellitenbahnen verfolgt werden können. Des Weiteren fällt beim Betrieb der Anlage der eingeschränkte Bewegungsradius auf. Dieser Bewegungsradius sollte auch geringe Elevationen (ab 10°) abdecken können. Weitere Anforderungen an ein solches System sind neben den nötigen Sicherheitsaspekten ein Auswählen eines erreichbaren Satelliten vom Labor aus und optimalerweise noch ein Ausgleich des Dopplereffekts.
Abb.: Aktuelle Amateurfunkstation DK0WH auf dem Dach der Westfälischen Hochschule
Um dies zu realisieren, muss das System um einen zweiten Rotor für die horizontale Drehung erweitert werden. Kombiniert mit einer ausreichend großen Bewegungsfreiheit in der Elevation wären somit alle Satellitenlaufbahnen verfolgbar. Bei Betrieb muss stets beachtet werden, den verfahrbaren Schlitten vor der Drehung auf die höchste Position zu bringen, um Kollisionen zu verhindern. Baulich muss sichergestellt werden, dass das Antennensystem ausreichend Platz für die Bewegung hat, bzw. in seiner Bewegung so limitiert wird, dass eine Kollision mit anderen Elementen ausgeschlossen wird. Aus Sicherheitsaspekten ist ein Beobachten der Anlage vor und während des Betriebs zu empfehlen. Hier wäre eine auf dem Dach installierte Kamera eine Option, um dies einem Nutzer im Labor zu ermöglichen. Ein jederzeit verfügbares manuelles Eingreifen in die Steuerung und ein Notausschalter bringen zusätzliche Sicherheit.
Um das Ausrichten zu automatisieren, muss die Bahn eines ausgewählten Satelliten in Steuersignale an die Rotoren umgesetzt werden. Grundsätzlich kann aus den auf Heavens Above verfügbaren Informationen (Aufgang, höchster Punkt, Untergang) eine Überflugskurve approximiert werden. Diese bestimmt den Verfahrweg der Anlage. Die Geschwindigkeit der Bewegung berechnet sich aus der Kurve und der Zeitdauer des Überflugs. Da diese Berechnungen sehr aufwendig sind und viele Parameter umfassen, könnte alternativ auf eine Software wie SatPC32 zurückgegriffen werden, die die Berechnung der Bahnen und der daraus folgenden Steuersignale an die Motoren automatisiert. Hier können die gängigen Amateurfunksatelliten (wie die NOAA-Satelliten) aber auch bspw. die ISS ausgewählt werden. Gängige Rotorsteuerungen werden vom Programm unterstützt. Zusätzlich bietet die Software eine Möglichkeit den Dopplershift auszugleichen. Die exakte Berechnung des Frequenzversatzes ist bei einem überfliegenden Objekt komplex, da die Relativgeschwindigkeit des Objekts zur Bodenstation berücksichtigt werden muss. Dafür muss der Abstand des Satelliten von der Station, Bahngeschwindigkeit und Höhe des Satelliten bekannt sein. Ein exaktes manuelles Nachregeln ist somit kaum möglich. Programme wie SatPC32 übernehmen diese Berechnung und können die Frequenzsteuerung bei einem Transceiver mit passender Schnittstelle (CAT) automatisieren. Alternativ stehen am Markt auch fertige Rotorsysteme und dazugehörige Steuergeräte zur Verfügung. Hier kann auf ein- oder zweiachsige Systeme zurückgegriffen werden. Somit könnten die zwei Yagiantennen an einen solchen Rotor montiert werden. [10]
Weitere Satelliten
Über Heavens Above lassen sich auch Überflüge zahlreicher weiterer (Amateurfunk-)Satelliten anzeigen. Somit ist praktisch jederzeit ein Satellit in Reichweite und kann empfangen werden. Zu vielen dieser Satelliten liegen jedoch wenig Informationen vor, was und ob diese Daten senden. Ein Beispiel eines weiteren empfangenen Amateurfunksatelliten ist der AO-91 (Fox-1B), von dem ein Sprachsignal empfangen werden konnte. Dieser amerikanische Satellit des CubeSat-Standards umkreist seit 2017 die Erde und bietet so Funkamateuren auf der ganzen Welt die Möglichkeit über seinen Transponder zu kommunizieren. Er verwendet die Frequenzen:
- Downlink: 145,960 MHz
- Uplink: 435,250 MHz
Beim Uplink muss hier ein CTCSS Ton von 67 Hz verwendet werden.
Abb.: AMSAT-OSCAR 91 vom Typ 1U-CubeSat. Der würfelförmige Satellit besitzt eine Kantenlänge von nur knapp 10 cm [11]
Quellen:
[1] https://www.bing.com/images/create?FORM=GENILP
[2] https://de.wikipedia.org/wiki/Amateurfunksatellit
[3] https://www.uska.ch/amateurfunkpraxis/operating/amateurfunk-satelliten/eshail-2/
[4] https://www.darc.de/fileadmin/filemounts/distrikte/m/ortsverbaende/01/PDF-Dateien/OA-100.pdf
[5] https://amsat-dl.org/neuer-qo-100-bandplan
[6] https://open-weather.community/open-weather-apt-guide/
[7] https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19630013799/downloads/19630013799.pdf
[8] https://www.rtl-sdr.com/simple-noaameteor-weather-satellite-antenna-137-mhz-v-dipole
[9] https://satellitenwelt.de/satelliten_ov3-3.htm
[10] https://www.wimo.com/de/zubehoer/geraetezubehoer/satellitenfunk
[11] https://space.skyrocket.de/doc_sdat/fox-1b.htm
April 2024
Autoren: Lydia Petersmann, Raphael Parsiegel
Betreut durch: Oliver Gießelmann, Prof. Dr. Udo Jorczyk
