Amateurfunksatellit

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Amateurfunksatelliten OSCAR 69 und OSCAR 70

Amateurfunksatelliten sind Satelliten oder Raumsonden, die von Funkamateuren gebaut oder betrieben werden und zur Kommunikation die Amateurfunkbänder benutzen. Manche dieser Satelliten enthalten Transponder, die als Relaisstationen für verschiedene Betriebsarten genutzt werden können. Andere enthalten Experimente oder Kameras, deren Daten dann zur Erde übertragen werden. Einige Amateurfunksatelliten mit einer Erdumlaufbahn werden als OSCAR bezeichnet.

Einführung[Bearbeiten]

Die Amateurfunksatelliten dienen der Kommunikation zwischen Funkamateuren oder zu experimentellen Zwecken. Frühe Satelliten nutzten auch Frequenzen im 15- und 10-m-Band. Heute findet der meiste Funkverkehr im 2-m- und 70-cm-Band statt, aber auch höhere Bänder werden benutzt.

Satellitenbetrieb erfordert in fast allen Fällen optische Sicht zum Satelliten. Die gegenwärtig aktiven Amateurfunksatelliten fliegen auf niedrigen Umlaufbahnen bis etwa 1200 km. Entsprechend sind Verbindungen über ein paar 1000 km während eines max. 20 min langen Zeitfensters möglich. Die Sendeleistung der Satelliten liegt, bedingt durch die Energieausbeute der Solarzellen und die Abstrahlmöglichkeiten für die Verlustleistung im Vakuum, typisch unter 1 W. Im 2-m-Bereich ist der Empfang grundsätzlich auch mit Rundstrahlantennen möglich. Auf den höheren Bändern ist, bedingt durch die geringere Wellenlänge, die Wirkfläche der Antennen kleiner und deshalb die Streckendämpfung höher. Dort ist der Empfang praktisch nur mit Richtantennen möglich.

Funkamateure sind seit den 1960er Jahren an der Raumfahrt beteiligt. Sie konstruieren kleine oder mittlere Satelliten, die als Huckepacklast bei kommerziellen oder wissenschaftlichen Flügen mitgenommen werden. Großer Beliebtheit erfreuen sich seit einiger Zeit Cubesats, die in ein standardisiertes, würfelförmiges Gehäuse mit 10 cm Seitenlänge eingebaut werden.

Der erste Amateurfunksatellit wurde am 12. Dezember 1961 unter dem Namen OSCAR 1 gestartet, nur 4 Jahre nach dem Start des sowjetischen ersten Satelliten Sputnik 1. OSCAR 1 war der erste Satellit, der als zweite Nutzlast zusammen mit einem anderen Satelliten gestartet wurde und dennoch in eine eigenständige Umlaufbahn befördert wurde. Obwohl der Satellit nur 22 Tage in seinem Orbit blieb, war das Projekt ein großer Erfolg, immerhin meldeten über 570 Funkamateure in 28 Ländern ihre Beobachtungen zum OSCAR-Projekt. Über die Jahre sind viele Amateurfunksatelliten gestartet worden. Diese Satelliten haben oft zu signifikanten Durchbrüchen in der Satelliten-Forschung beigetragen, konnte man doch in einem Amateurfunksatelliten neue Techniken gefahrlos ausprobieren, hat bei einem Fehlschlag deutlich weniger Zwänge kurzfristig einen Ersatzsatelliten bereitzustellen und hat mit den Funkamateuren eine große Anzahl an fachkundigen Beobachtern.

Zu den Innovationen zählt der Start des ersten Satelliten mit einem Sprach-Transponder und die Entwicklung von digitaler Store-and-Forward-Nachrichtenübertragung über Satellit.

Üblichen Fernsehsatelliten stehen durch ihre geostationäre Bahn an einer festen Stelle am Himmel, wodurch die Antennen fest montiert werden können. Alle bisherigen Amateurfunksatelliten haben andere Umlaufbahnen, wandern also über den Himmel. Entsprechend ist eine aufwändige Antennennachführung notwendig.

Das größte von der internationalen Vereinigung AMSAT getragene Projekt war der Satellit AO-40, der aufgrund technischer Probleme nur kurze Zeit einen eingeschränkten Betrieb erlaubt hat. Einfachere Satelliten, wie AO-7 oder AO-10, sind auch noch nach Jahrzehnten bei günstigen Bedingungen einsatzbereit. Meist wird die Betriebsdauer von Amateurfunksatelliten durch die Akkumulatoren begrenzt. Zellenkurzschlüsse lassen einen Satelliten verstummen, während Unterbrechungen u.U. eingeschränkten Betrieb mit Strom direkt aus den Solarzellen ermöglichen.

In jüngster Zeit für das größte Aufsehen hat wohl der Amateurfunksatellit RS0RS SuitSat gesorgt, ein ausgemusterter russischer Orlan-Raumanzug, der am Freitag, dem 3. Februar 2006 von der ISS aus ins All freigesetzt wurde. Aufgrund von technischen Problemen mit der Antenne, die vermutlich beim Aussetzen des Satelliten entstanden sind, war der Empfang der Sprachsendung und Bilder nicht wie geplant mit einfachen Funkscannern für jedermann möglich. Dennoch empfingen viele Funkamateure mit Richtantennen die Signale aus dem All.

Bis heute sind weit über 70 Amateurfunksatelliten gestartet worden, und viele sind kurz vor der Fertigstellung, bzw. vor dem Start.

Kommunikation über Amateurfunksatelliten[Bearbeiten]

Amateurfunksatelliten werden heute von den AMSAT-Organisationen betreut. Derzeit sind ca. 10 aktiv im Orbit. Sie werden für interkontinentale Verbindungen und zum Technologietransfer in den Amateurbereich genutzt.

So ermöglichen sie z. B. interkontinentalen Sprech- und Datenfunk. Zusätzlich übertragen die meisten Amateurfunk-Satelliten auch aktuelle Weltraumbilder und wissenschaftliche Messwerte. Aktuelle Satelliten ermöglichen den Funkamateuren den Betrieb in vielen Betriebsarten, z. B. FM-Sprachübertragung, SSB-Sprachübertragung, genauso wie digitale Kommunikation mit AX.25 FSK (Packet Radio) und PSK-31.

Mode-Bezeichnungen[Bearbeiten]

Historisch wurden die Uplink- (Senderichtung zum Satellit) und Downlink- (Empfang des Satelliten) Bänder mit einfachen Buchstaben codiert:

Neue Uplink- and Downlink-Bezeichnungen benutzen die Kombination von 2 Buchstaben mit der Struktur X/Y, dabei ist X das Uplink-Band und Y das Downlink-Band.

Bezeichnung:
H
T
V
U
L
S
C
X
K
Q
Amateurfunkband: 15 m 10 m 2 m 70 cm 23 cm 13 cm 6 cm 3 cm 1,2 cm 6 mm

Die genauen Zeiten, zu denen ein Mode in Betrieb ist, und ob es sich dabei ein Sprach- oder ein Daten-Transponder geschaltet ist und welcher Bereich des dem Amateurfunkdienst über Satelliten zugewiesenen Bereiches eines Amateurfunkbands genutzt wird, wird für jeden Satelliten einzeln bekanntgegeben.

Dopplerverschiebung[Bearbeiten]

Der Doppler-Effekt resultiert aus der großen orbitalen Geschwindigkeit des Satelliten, die Uplink- und Downlink-Frequenzen ändern sich so für die Bodenstation während eines Überflugs. Während der Satellit sich auf die Bodenstation zu bewegt, erscheint die Downlink-Frequenz höher und daher muss der Empfänger oberhalb der eigentlichen Frequenz empfangen. Auf der anderen Seite empfängt der Satellit das Uplink-Signal in einer höheren Frequenz, als es die Bodenstation ausgesendet hat, daher muss die Bodenstation auf einer niedrigeren Frequenz senden, um vom Satelliten empfangen zu werden. Nachdem der Satellit den Standort der Bodenstation passiert hat, er sich also vom Betrachter entfernt, muss die Sendefrequenz dann höher; die Empfangsfrequenz niedriger eingestellt werden.

Das Resultat ist, dass die Bodenstation zu jeder Zeit vom Satelliten auf der gleichen Frequenz empfangen wird. Nur so ist die Kommunikation über umlaufende Satelliten möglich, da der Frequenzversatz für jede Bodenstation anders ist.

Die folgenden mathematischen Formeln setzen die Geschwindigkeit des Satelliten in Beziehung zur Arbeitsfrequenz und Geschwindigkeit des Satelliten:

Dabei entspricht:
f_d = Doppler-korrigierte Downlink-Frequenz
f_u = Doppler-korrigierte Uplink-Frequenz
f = Original-Frequenz
v = Geschwindigkeit des Satelliten relativ zur Bodenstation in Metern/Sekunde.
Positiv bei Annäherung, negativ beim Entfernen.
C = der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (\approx 3 \times 10^8  Meter/Sekunde).
Frequenzänderung Downlink-Korrektur Uplink-Korrektur
\Delta f=\frac{fv}{C}
f_d=f+\frac{fv}{C}
f_u=f-{\frac{fv}{C}}

Da die Bestimmung der relativen Geschwindigkeit des Satelliten sehr schwierig ist und die Geschwindigkeit, mit der diese Korrektur durchgeführt werden muss, sehr hoch ist, werden diese Berechnungen meist von einer speziellen Software zur Verfolgung der Satelliten gemacht. Meist wird dabei auch die Antennenanlage mit dem Satelliten mitgeführt und über ein CAT-Interface die Frequenz im Funkgerät nachgestellt. Manuelle Korrektur des Frequenzversatzes ist möglich, aber es ist schwer auf der gleichen, effektiven Frequenz zu bleiben. FM ist toleranter beim Frequenzversatz als SSB, deswegen ist der Betrieb über FM-Satelliten wesentlich einfacher.

Liste von Amateurfunksatelliten (Auswahl)[Bearbeiten]

Vielen erdumlaufenden Satelliten wird nach der Inbetriebnahme eine OSCAR-Nummer zugeteilt (siehe unter Liste der OSCAR-Satelliten). Hier sind die übrigen Amateurfunksatelliten aufgeführt. Die Namen der Satelliten in der folgenden Tabelle sind chronologisch sortiert nach dem Startdatum.

Name Status Start Land
AMSAT-Phase 3-A Fehlstart 23. Mai 1980 Deutschland
Iskra 1 verglüht 10. Juli 1981 Sowjetunion
Iskra 2 verglüht 17. Mai 1982 Sowjetunion
Iskra 3 verglüht 18. November 1982 Sowjetunion
Radio Sputnik 12 außer Betrieb 5. Februar 1991 Sowjetunion
Radio Sputnik 13 außer Betrieb 5. Februar 1991 Sowjetunion
Radio Sputnik 15 (RadioSkaf-15, RS-15, Radio-ROSTO) teilweise in Betrieb 26. Dezember 1994 Russland
CanX-1 verglüht 30. Juni 2003 Kanada
DTUsat außer Betrieb 30. Juni 2003 Dänemark
AAU CubeSat außer Betrieb 30. Juni 2003 Dänemark
RS-22 (Mozhayets 4) in Betrieb 27. September 2004 Russland
PCSat2 (PCSAT2) teilweise in Betrieb 3. August 2005 USA
UWE-1 außer Betrieb 27. Oktober 2005 Deutschland
nCube-2 außer Betrieb 27. Oktober 2005 Norwegen

Ausblick[Bearbeiten]

Mit dem Projekt P5A will die AMSAT unter deutscher Federführung erstmals einen Amateurfunksatelliten zum Mars entsenden. Die Übermittlung wissenschaftlicher Daten sowie die Erforschung funktechnischer Vernetzungen wird hierbei im Mittelpunkt stehen.

Abkürzungen[Bearbeiten]

  1. RS = Radioljubitelskie Sputnik
  2. OSCAR = Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio
  3. AO = AMSAT OSCAR

Weblinks[Bearbeiten]