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.

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:

• Mode A: 10 m/2 m
• Mode B: 2 m/70 cm
• Mode J: 70 cm/2 m

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

Weblinks

• Amateurfunksatellit im Amateurfunk Wiki des Deutschen Amateur-Radio-Clubs und des Adacom Fachverbands für Amateur-Datenfunk e. V.
• Projekt Mars (AMSAT)
• Übersicht der Amateurfunksatelliten (AMSAT)
• RS0RS SuitSat
• Amateurfunk an Bord der Internationalen Raumstation ISS (NASA)
• NASA J-Track Amateurfunksatellitenverfolgung in Echtzeit (NASA)
• Praktische Einführung in den Betrieb über Amateurfunksatelliten
• Sounds from Space: Tonaufzeichnungen der Amateurfunksatelliten