Posłuchaj satelity Heweliusz. Jak i czym prowadzić nasłuch satelitów odc. 2

Share

Antena na dachu CAMK służąca do komunikacji z satelitami BRITE (Credits: KosmicznaPolska.pl)Dnia 19 sierpnia 2014 roku o godzinie 05:15 CEST na orbitę wyniesiony został drugi z satelitów BRITE-PL noszący imię Heweliusz. Satelita wystartował jako ładunek dodatkowy rakiety Long March CZ-4B z kosmodromu Taiyuan. Przez kolejne dwa lata Heweliusz wraz z pozostałymi satelitami konstelacji BRITE obserwować będzie jasne gwiazdy w celu badania ich pulsacji. Badania gwiazd mają pomóc zrozumieć nam jak działa nasze Słońce. 

 

Oprócz instrumentów naukowych, które umożliwią prowadzenie badań na satelicie Heweliusz zainstalowany został nadajnik BEACON ( z ang. radiolatarnia). By odbierać główną transmisje z obydwu satelitów inżynierowie BRITE-PL wykorzystują 3 metrową antenę umieszczoną na dachu budynku Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopiernika w Warszawie oraz modem i transcievier, który odbiera syngał w paśmie S-band (2,2 Ghz).

Antena nadajnika BEACON satelity BRITE-PL Heweliusz (Credits: Marcin Stolarski)

BEACON natomiast nadawać będzie z mocą 100 mW sygnały w alfabecie Morse'a, jego sygnał może odbierać każdy krótkofalowiec amator.  

Poniżej prezentujemy 34 odcinek z serii BRITE-TV pt. " Co w BRITE-cie piszczy - Poradnik dla radioamatorów", w którym jego autor i zarazem kierownik ds. komunikacji radiowej BRITE-PL tłumaczy pokrótce zawiłości związane z komunikacją z satelitami programu BRITE-PL. 

BRITE-TV " Co w BRITE-cie piszczy - Poradnik dla radioamatorów" (Credits: Marcin Stolarski)

W sieci dostępne jest również opracowanie "Telemetry beacon for Polish payload on BRITE-PL-2 satellite", które w wyczerpujący sposób przybliża działanie oraz konstrukcję Beacona satelity Heweliusz: http://www.ise.pw.edu.pl/~rrom/SPIE/SPIE8903-WILGA2013/8903/CD/WI13/DATA/8903_83.PDF autorami powyższego są mgr inż. Marcin Stolarski z CBK PAN oraz mgr inż. Grzegorz Woźniak z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika w Warszawie.

My natomiast z tej okazji publikujemy raz jeszcze nasz artykuł pt. "Jak i czym prowadzić nasłuch sztucznych satelitów" tym razem w wersji dedykowanej dla Heweliusza. Artykuł ów ma za zadanie objaśnić możliwości jego nasłuchu oraz ma pomóc w wyborze pierwszego sprzętu do tego celu. Czego więc będziemy potrzebować?

WAŻNE: Nadajnik BEACON Heweliusza nie będzie włączony cały czas, inżynierowie planują uruchomić go pod koniec misji. Marcin Stolarski kierownik komunikacji satelitów BRIE-PL wyszedł z propozycją, aby nadajnik został uruchomiony podczas najbliższych weekendowych (sobota, niedziela) przelotów satelity nad Polska. Jeśli znajdą się osoby (radioamatorzy) którzy posiadają odpowiedni sprzęt aby go odebrać i będą takimi próbami zainteresowane to zespół operacyjny satelity uruchomi nadajnik. Z Marcinem można się kontaktować przez jego fanpage w serwisie Facebook: https://www.facebook.com/marcinradio. Uruchomienie Beacona satelity Heweliusz pozwoli również korzystając z efektu Dopplera dokładnie zlokalizować satelitę wtedy, gdy będzie przelatywał nad stacją naziemną. 

Dokładny harmonogram umieszczany będzie co jakiś czas na stronie projektu BRITE-PL. Warto też polubić fanpage Marcina Stolarskiego (https://www.facebook.com/marcinradio). Marcin jest pracownikiem CBK PAN, ale także jest radioamatorem i umieszcza na funpage-u między innymi wskazówki pomocne w nasłuchu satelitów BRITE-PL.

1.Odbiornik

BEACON Heweliusza nadaje w amatorskim paśmie S-band. Dokładna częstotliwość 2430.995 MHz +/- 50kHz efektu Dopplera. Czym zatem możemy odebrać jego sygnał?

Istnieje kilka rodzajów urządzeń, które nam to umożliwią. Potrzebujemy przede wszystkim możliwości odbioru pasma s-band.

Najprostszym rozwiązaniem będzie odbiornik SDR (Software Defined Radio) który posiada możliwość odbioru pasma S-band, np. Ettus Research B200 (https://www.ettus.com/product/details/UB200-KIT ). Użytkowanie takiego sprzętu jest bardzo proste, z jednej strony podłączamy go do komputera za pomocą portu USB, z drugiej antenę, oraz uruchamiamy program, np. SRD# (plus odpowiednią bibliotekę ExIO dla UHD USRP). W ten prosty sposób mamy działający odbiornik w bardzo szerokim zakresie, bo od 70 MHz aż do 6000 MHz.

Odbiornik SDR (Credits: ettus.com)

Druga możliwość to zakup odbiornika SDR np. funcubedongle (http://www.funcubedongle.com/) na niższe pasmo oraz downcovertera (http://www.ssbusa.com/modes.html), który przesunie nam sygnał 2.4 GHz na niższą częstotliwość np. 145 MHz. Ważne jest, aby odbiornik pozwalał na obserwację sygnału o szerokości 100kHz ponieważ w taki zakresie będzie zmieniać się częstotliwość sygnał BEACON-a.

Odbiornik SDR od funcubedongle (Credits: funcubedongle.com)

Zamiast odbiornika SDR można spróbować obierać sygnał BEACON-a za pomocą odbiornika (skanera) bądź transceivera radioamatorskiego z modulacją SSB, ale korekcja częstotliwości związana z efektem Dopplera może być bardzo trudna (odbiornik SSB ma szerokość pasma około 2,5 kHz, a zmiana wywołana efektem Dopplera będzie wynosić około 100 kHz). Poniżej można na wykresie zobaczyć symulację jak będzie się zmieniać częstotliwość podczas jednego z przelotów.

(Credits: Marcin Stolarski)

 2. Antena

Zaopatrzyliśmy się już w odbiornik, wypadałoby teraz podłączyć do niego jakąś antenę. Jeśli czujemy się na siłach możemy pokusić się o własnoręczną konstrukcję, lub kupić fabryczny egzemplarz. Dobrym i tanim źródłem anten są anteny WiFi na 2.4 GHz. Potrzebujemy antenę o zysku 20-30 dB, co oznacza zwykle czaszę paraboliczną o wielkości około 1-2 metra. Oczekiwany nasycenie mocy sygnału BEACON-a na poziomie Ziemi to jakieś od -150 dBm do -140 dBm. Należy sobie przeliczyć bilans łącza radiowego czy posiadany sprzęt jest wystarczająco czuły, aby odebrać ten sygnał. Ponieważ BEACON posiada antenę o polaryzacji liniowej, aby zniwelować zaniki spowodowane obracaniem się satelity (a zarazem obracaniem polaryzacji) najlepiej zastosować antenę o polaryzacji kołowej. Antena o zysku 20-30 dB posiada dość wąską wiązkę główną, dlatego dobrym rozwiązaniem jest instalacja takiej anteny na specjalnym rotorze (http://www.spid.alpha.pl/polski/11.php, albo http://www.cbk.waw.pl/~mstolars/projekty/rotor/index_en.html), który będzie ją obracał w kierunku satelity z wykorzystaniem modelu matematycznego orbity satelity, czyli np. programu Orbitron.  

Rotor (Credits: rfhamdesign.com)

W łącznościach satelitarnych nie ma rozwiązania uniwersalnego. Jakość (lub czasami w ogóle możliwość) odbioru uzależniona jest od lokalnych warunków panujących w miejscu zainstalowania anteny. Wpływ mają takie parametry jak, wysokość, na jakiej antena się znajduje, jej najbliższe otoczenie i to, co ją zasłania (drzewa, wysokie zabudowania, itp.), oraz lokalnie występujące zakłócenia. Zachęcamy do eksperymentów, a w szczególności, jeśli tylko mamy możliwość do własnoręcznego wykonania anteny. Oprócz tego, że zaoszczędzimy sporo pieniędzy, to satysfakcja z własnej konstrukcji będzie dużo większa niż z zakupu fabrycznego egzemplarza.

3.Oprogramowanie

Na koniec kilka słów o oprogramowaniu wspomagającym nasłuchy satelitów. Do śledzenia ich pozycji najlepszym moim zdaniem programem jest znany polski Orbitron. Jeśli chcemy śledzić BRITE-a, musimy wpierw wykonać aktualizację plików TLE w Orbitronie. 

TLE to najbardziej popularny format zapisu elementów orbitalnych sztucznych satelitów Ziemi. W systemie TLE, w postaci dwóch linii (wierszy) zapisane są dane kepleriańskie orbit sztucznych satelitów oraz inne informacje takie jak numer satelity w katalogu USSPACECOM (United States Space Command) i NORAD, daty wprowadzenia satelity na orbitę i wygenerowania informacji TLE. System zapisu jest powszechnie używany przez NASA i NORAD. NASA i NORAD na bieżąco podają nowe efemerydy zapisywane w systemie TLE. 

Zrzut ekranu programu Orbitron (Credits: stoff.pl)

Dzięki informacjom zawartym w TLE, można przy użyciu specjalnych programów komputerowych wyznaczyć dokładne położenie danego satelity w czasie i przestrzeni.  

Orbitron (w zakładce Rotor/Radio) pozwala również na wyliczenie aktualnej częstotliwości, na której powinniśmy słuchać uwzględniając efekt Dopplera, a także pokazuje azymut i elewację, co pozwala precyzyjnie ustalić miejsce, w jakie powinniśmy skierować naszą antenę kierunkową. Wcześniej należy tylko podać naszą pozycję w zakładce Lokalizacja.

Istnieje wiele innych ciekawych programów tego typu, ale „kombajn” jakim jest Orbitron daje bardzo dużo możliwości zaspakajając zdecydowaną większość potrzeb.

Zespół Centrum Kontroli Misji w Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika w Warszawie. Od lewej Rafal Graczyk Marcin Stolarski Tomek Rajkowski Grzegorz Woźniak Romek Wawrzaszek (Credits: Marcin Stolarski)

Mateusz Stojek, współautor artykułu jest studentem Politechniki Warszawskiej,  kierunku Elektronika, Informatyka i Telekomunikacja, a przy okazji zapalonym krótkofalowcem,  który w każdej wolnej chwili stara się rozwijać swoją pasję. Egzamin zdał w roku 2010, jednak pomimo swojego dość krótkiego stażu krótkofalarskiego ma już na swoim koncie wiele łączności na pasmach VHF i UHF.

Marcin Stolarski (SQ5FNQ) , współautor artykułu urodził się w Warszawie rocznik 1976. Tytuł doktora otrzymał na Politechnice Warszawskiej w 2010 roku. Jego zainteresowania i praca związane są technologiami kosmicznymi, z ukierunkowaniem na systemy komunikacyjne, rozproszone sieci komputerowe i systemy wysokiej wiarygodności (odporności na błędy i uszkodzenia). Jest autorem i współautorem wielu dokumentów dotyczących systemów kosmicznych. Aktualnie pracownik Centrum Badan Kosmicznych PAN.

 

Dodaj komentarz

Kod antyspamowy Odśwież

O nas

Jesteśmy grupą ludzi, dla których astronautyka jest pasją. Wspieramy polskie dążenia w kierunku gospodarczego wykorzystania technologii kosmicznych. Jeśli interesują Cię zagadnienia związane z polskim space-techem, ta witryna jest dla Ciebie, jeśli chciałbyś nam pomóc wesprzyj nasze działania, dołącz do Nas!

Więcej informacji...

Powrót na górę