Amateurfunksatellit
Beispiel für einen Amateurfunksatelliten, hier AMSAT-OSCAR 51

Amateurfunksatelliten sind Satelliten, die von Funkamateuren gebaut werden und in der Satellitenkommunikation als Transponder (Satellit) für verschiedene Betriebsarten genutzt werden. Einige Amateurfunksatelliten mit einer Erdumlaufbahn werden unter anderem auch als OSCAR bezeichnet.

Inhaltsverzeichnis

Einführung

Die Amateurfunksatelliten dienen der Kommunikation zwischen Funkamateuren oder zu experimentellen Zwecken. Der Funkbetrieb über Satelliten ermöglicht Funkbetrieb auf Frequenzen im UKW-Bereich und darüber über sehr große Entfernungen. Funkamateure sind seit den 1960er Jahren in der Raumfahrt beteiligt. Sie konstruieren kleine oder mittlere Satelliten, die als Huckepacklast bei kommerziellen oder wissenschaftlichen Flügen mitgenommen werden.

Der erste Amateurfunksatellit wurde am 12. Dezember 1961 unter dem Namen OSCAR gestartet, nur 4 Jahre nach dem Start des Sowjetischen ersten Satelliten Sputnik. OSCAR 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.

Da bislang kein Amateurfunksatellit für eine geostationäre Bahn konzipiert wurde, ist eine aufwendige Antennennachführung notwendig. Das größte von der internationalen Vereinigung AMSAT getragene Projekt ist 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.

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 geschubst 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 lauschten viele Funkamateure mit Richtantennen gespannt auf 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

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 Sprache, SSB Sprache, genauso wie digitale Kommunikation mit AX.25 FSK (Packet Radio) und PSK-31.

Mode-Bezeichnungen

Historisch wurden die Uplink- (Senderichtung zum Satellit) und Downlink- (Empfang des Satellit) 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:
V
U
L
S
C
X
K
Q
Amateurband: 2 m 70 cm 23 cm 13 cm 7,5 cm 3 cm 1,5 cm 5 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 Amateurbands genutzt wird, wird für jeden Satelliten einzeln bekanntgegeben.

Dopplerverschiebung

Die Dopplerverschiebung (engl. doppler shift) resultiert aus der großen orbitalen Geschwindigkeit des Satelliten, die Uplink und Downlink-Frequenzen ändern sich so für die Bodenstation während eines Überflugs. Dieses Phänomen wird auch unter dem Oberbegriff Doppler-Effekt geführt. Während der Satellit sich auf die Bodenstation zu bewegt erscheint die Downlink-Frequenz höher als normal 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 kleineren Frequenz senden um auf der richtigen Frequenz vom Satelliten empfangen zu werden. Nachdem der Satellit den Standort der Bodenstation passiert hat, er sich also vom Betrachter entfernt, kehrt sich das Spiel um und die Sendefrequenz muss höher; die Empfangsfrequenz muss 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:
fd = Doppler-korrigierte Downlink-Frequenz
fu = 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 (3x108  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

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 verglüht 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
K7RR-Sat Fehlstart 26. Juli 2006 USA
CP2 Fehlstart 26. Juli 2006 USA
HAUSAT 1 Fehlstart 26. Juli 2006 Südkorea
ICE Cube 1 Fehlstart 26. Juli 2006 USA
ICE Cube 2 Fehlstart 26. Juli 2006 USA
ION Fehlstart 26. Juli 2006 USA
KUTESat Fehlstart 26. Juli 2006 USA
MEROPE Fehlstart 26. Juli 2006 USA
nCUBE 1 Fehlstart 26. Juli 2006 Norwegen
RINCON Fehlstart 26. Juli 2006 USA
SACRED Fehlstart 26. Juli 2006 USA
SEEDS Fehlstart 26. Juli 2006 Japan
Mea Huaka'i (Voyager) Fehlstart 26. Juli 2006 USA

Ausblick

Mit dem Projekt P5A wird 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

  1. RS = Radioljubitelskie Sputnicki
  2. OSCAR = Orbiting Satellites Carrying Amateur Radio
  3. AO = AMSAT Oscar

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