Kosmiczny DX

Amatorski odbiór telemetrii z sond międzyplanetarnych ARTSAT2: DESPATCH i Shin-en2.

Autorzy: Piotr SP5ULN, Michał SQ5KTM, Piotr SP5MG, Łukasz SQ5RWU.

Wstęp

Pasma powyżej 50MHz często są traktowane jedynie jako kanały łączności lokalnej FM. Gdzieniegdzie w środowisku radioamatorskim powtarzana jest opinia, że w tej dziedzinie częstotliwości nie dzieje się nic szczególnie ciekawego, wyłączając może tylko rzadkie przypadki wystąpienia sporadycznej warstwy E. Zaprzeczając tej tezie, całkiem spora grupa radioamatorów (do której zaliczają się m.in. Autorzy) skupia swe działania wokół pasm UKF i wyższych, wykonując m.in. takie eksperymenty jak:
– łączności satelitarne;
– nasłuchy sygnałów poza-horyzontalnych w pasmach powyżej KF (sygnały odbite od górnych warstw atmosfery zjonizowanych przez meteory, np. sygnały generowane przez radar Graves we Francji, lub sygnały telewizyjne ze Szwecji czy Rosji);
– odbiór telemetrii z balonów stratosferycznych (amatorskich i tzw. „pogodowych” oraz ich odszukiwanie po przyziemieniu);
– odbiór sygnałów z satelitów pogodowych, naukowych, akademickich, amatorskich;
– łączności za pośrednictwem odbicia od samolotów;
– łączności EME;
– inne nowe i ciekawe wyzwania, w tym także związane z konstrukcjami sprzętowymi.

Jednym z ciekawych działań tego typu był odbiór telemetrii z sondy 4M (Manferd Memorial Moon Misssion). Amatorski nadajnik był przymocowany do ostatniego stopnia rakiety wynoszącej chińską sondę Chang’e-5 na trajektorię prowadzącą do Księżyca i z powrotem w kierunku Ziemi. Start misji nastąpił 23.10.2014, a sonda 4M po raz ostatni została odebrana 11.11.2014. Pierwsza w historii amatorska sonda poza-orbitalna transmitowała emisją cyfrową JT65 dane telemetryczne i teksty upamiętniające prof. Manfreda Fuchsa. SP5ULN znalazł się pośród 29 (oficjalnie zarejestrowanych) stacji na Ziemi które te sygnały odbierały i dekodowały. Maksymalna odległość z jakiej udało się SP5ULN odebrać i zdekodować sygnał to 267 tysięcy km. Sprzęt użyty w tym celu nie był tak zaawansowany jak by się można było spodziewać, a jest opisany na stronie SP5ULN na QRZ.COM ( http://www.qrz.com/ ).

Międzyplanetarne sondy z nadajnikami w paśmie radioamatorskim

Powyżej opisana przygoda radiowa stała się inspiracją i motywacją do następnego wyzwania, tym razem jednak bardziej ambitnego i dlatego wymagającego działania grupowego. Na dzień 30.11.2014 zapowiadany był w Centrum Lotów Kosmicznych Tanegashima start japońskiej misji Hayabusa2. Oprócz sondy mającej zbadać planetoidę 1999 JU3 i pobrać z niej próbki materii, które w grudniu 2020 zostaną dostarczone na Ziemię – zawierała na swym pokładzie dwie sondy z nadajnikami pracującymi w pasmach amatorskich (a także kilka innych sond naukowych).

Shin-en2

Pierwsza z nich – Shin-en2 to ważąca 17kg sonda mierząca 490x490x475mm, która zbudowana została przez studentów Kagoshima University w Japonii (http://www.shin-en2.jp/index_E.html). Miała ona na swym pokładzie liniowy transponder z pasma 2m na pasmo 70cm (który tuż przed startem został jednak wyłączony) oraz nadajnik działający w emisji cyfrowej podobnej do JT65, nadający dane telemetryczne na częstotliwości 437.385 MHz z mocą 800mW.

ARTSAT2:DESPATCH

Druga sonda to ARTSAT2:DESPATCH („DESPATCH” – DEep SPace Amateur Troubadour’s Challenge http://despatch.artsat.jp/en/Main_Page) o wadze 32kg i rozmiarach gabarytowych 500x500x450mm. Zasilana była tylko bateryjnie (2500Wh) i nadawała dane z pomocą emisji modyfikowanego CW na częstotliwości 437.325MHz, z mocą 7W. Sonda ta powstała w wyniku pracy około 70-cio osobowego zespołu z Tama Art University i The University of Tokyo.

Obie sondy miały być wprowadzone na orbitę wokółsłoneczną w odległości 0,7-1,3 j.a. (1 j.a.=150 mln km) od Słońca (czyli mniej więcej w takiej odległości od Słońca jak Ziemia +/- 0,3 j.a.).

ARTSAT2 to realizacja bardzo oryginalnej koncepcji. Kształt sondy (zawężająca się trójwymiarowa spirala) został zaprojektowany jako rzeźba i został wykonany za pomocą drukarki 3D. Informacje z sondy były nadawane w trzech kolejno następujących po sobie fazach: najpierw pełna telemetria (faza 1) do czasu aż odległość od Ziemi nie przekroczyła 180 tys km (do około 10 godzin od startu), potem poezja generatywna (faza 2) do czasu aż odległość od Ziemi nie przekroczyła 1 860 000 km (około 110 godzin od startu), potem (faza 3) tylko temperatura wewnątrz sondy (do wyczerpania baterii).

Adapter rakiety: Shin-en2 po lewej i ARTSAT2:DESPATCH po prawej.

Wysyłana przez sondę w fazie drugiej poezja była generowana przez komputer pokładowy i była inspirowana danymi z jej czujników pokładowych. Nie było to odtwarzanie zapisanych strof, poezja ta była generowana przez komputer pokładowy sondy „na żywo”.

Ciekawym elementem misji ARTSAT2 było założenie kolektywnego odbierania sygnału sondy przez radioamatorów rozproszonych po kuli ziemskiej. Mając na względzie spodziewane odległości w jakich znaleźć miała się sonda liczone w setkach tysięcy kilometrów, a później w milionach, twórcy tej misji kosmicznej zakładali, że poszczególne stacje nasłuchowe będą tylko fragmentarycznie odbierać sygnały nadawane z Kosmosu. Dlatego każdy odebrany sygnał musiał być przesyłany do operatorów ARTSAT2 wraz z precyzyjnymi znacznikami czasowymi. Tam informacje te były składane w całe ramki i dekodowane.

Projekt i wykonanie stacji naziemnej

Przez szczęśliwą zbieżność różnych okoliczności, na dachu instytutu PIAP (Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP w Warszawie, gdzie prowadzone są prace badawcze m.in. związane z nasłuchem sygnałów radiowych z orbity) pojawiła się tuż przed startem sondy Hayabusa2 siatkowa antena paraboliczna o średnicy 4,5m. W połowie listopada 2014 antena ta została docelowo posadowiona mechanicznie na dachu, uruchomiono rotor (dokładność pozycjonowania 0,1 stopnia), wykonano okablowanie, ale jeszcze nie wykonano innych instalacji związanych z planowanymi pracami badawczymi. Wykorzystując tę okazję udało się uzyskać zgodę dyrekcji instytutu PIAP na czasowe wykorzystanie tej instalacji do celów radioamatorskich. Do dyspozycji oddano także sprzęt w laboratorium radiowym (wraz z fachową obsługą, w większości radioamatorami).

Taka okazja nie zdarza się często, wiec grupa inicjatywna projektu (SP5ULN, SP5MG, SQ5KTM, SQ5RWU) zabrała się do prac przygotowawczych, na które było bardzo mało czasu – przy planowanym starcie na 30.11.2014 pierwszy mail w tej sprawie został wysłany przez pomysłodawcę SP5ULN w dniu 24.11.2014. Analiza dostępnego sprzętu wskazała, że jest szansa aby wystarczająco szybko zestawić stację, z wyjątkiem tego, że nie było oświetlacza na pasmo 70cm.

Oświetlacz zainstalowany w ognisku anteny

Zbudowanie oświetlacza w kilka dni to nie lada wyzwanie. Przegląd dostępnych informacji na temat budowy oświetlaczy i dyskusje na lokalnym kanale FM doprowadziły szybko do wniosku jaki rodzaj oświetlacza był w zasięgu możliwości, uwzględniając jego wrażliwość na dokładność wykonania i dostępne materiały. SP5MG zabrał się do pracy i w kilka dni „dokonał niemożliwego” – dostarczył działający i zestrojony oświetlacz. Ciekawy link na temat takich oświetlaczy: http://www.2ingandlin.se/Feed_comp_432_MHz.html .

Pozostałe krytyczne dla projektu prace przygotowawcze obejmowały m.in.:
– doprowadzenie okablowania do miejsca gdzie miała być posadowiona stacja,
– opracowanie metody znalezienia ogniska anteny,
– zaprojektowanie i wykonanie mocowania oświetlacza w ognisku anteny,
– instalacja oświetlacza, wraz z (pożyczonym) przedwzmacniaczem i kablami.

Pomiędzy członków zespołu (uzupełnionego w tym momencie o SQ5DRC, SQ7GMO i kilku chętnych do pomocy pracowników instytutu PIAP) rozdzielono pozostałe prace, czyli m.in.: oprogramowanie sterowania rotora (wykonał to SQ5RWU – program pobierał dane ze strony internetowej Shin-en2 i wysyłał je do sterownika rotora), analiza metody kodowania sygnału w przypadku ARTSAT2, oprogramowanie do dekodowania danych z sond (SQ5RWU: opublikowana została metoda kodowania sygnału z ARTSAT2 ale potem okazało się że informacje te były błędne, nie udostępniono natomiast metody kodowania danych z Shin-en2), opracowanie metody nagrywania odebranych sygnałów wraz ze znacznikami czasu z dokładnością poniżej 1 sekundy (ze względu na JT65 w przypadku Shin-en2 oraz uwzględniając wymagania projektu odbierania kolektywnego w przypadku ARTSAT2), zgromadzenie potrzebnego sprzętu (m.in. kilka urządzeń udało się pożyczyć). Poza tym trzeba było także zadbać o mechaniczne zrównoważenie anteny po instalacji oświetlacza i przedwzmacniacza, skalibrować odczyty azymutu i elewacji w sterowniku, wykonać próbny rozruch mechaniki anteny, pomiary i rozruch toru w.cz., zestawienie i próbne uruchomienie wszystkich urządzeń pomocniczych (np. rejestratora sygnałów wraz ze znacznikami czasu).

Antena wraz z zamontowanym oświetlaczem i przedwzmacniaczem

Jak widać logistyka przygotowań i ich zawartość merytoryczna były dość złożone, a na to wszystko był w praktyce tylko tydzień. Wszystkie prace wykonywane były w czasie prywatnym. Bardzo ścisły harmonogram kończył się w niedzielę 30.11.2014 kulminacją w postaci porannego spotkania w miejscu, gdzie miała powstać stacja nasłuchowa, w celu dokonania montażu oświetlacza i próbnego uruchomienia wszystkich podsystemów. Okazało się, że w 8 godzin udało się wykonać wszystkie zadania, wliczając w to kilka godzin spędzonych na dachu przy ujemnych temperaturach. W międzyczasie okazało się że Hayabusa2 ma startować o dobę później, lecz w praktyce tylko w niedzielę możliwa była wspólna kilkugodzinna praca zespołu, więc działań nie przerwano.

W czasie przygotowań mieliśmy kilka przygód i przeszkód do pokonania. Na przykład przez chwilę wydawało się, że nasz system antenowy ma offset rzędu 30 stopni w azymucie. To by nie była najlepsza informacja, bo to by oznaczało, że ognisko anteny jest rozmyte i że antena nie działa całą powierzchnią. Okazało się jednak, że problem wynikł z błędnych odczytów położenia w sterowniku rotora, co szybko udało się naprawić.

W niedzielę 30.11.2014 w godzinach popołudniowych stacja nasłuchowa była gotowa i przetestowana (m.in. z wykorzystaniem beaconu symulującego sygnał z ARTSAT2, wykonanego przez SQ5RWU i zainstalowanego kilka kilometrów od stacji).

Start Hayabusa2 przekładano kilkakrotnie, ostatecznie misja wystartowała w środę 3.12.2014 o 4:22 UTC.

Oczekiwanie na pierwszy sygnał (noc 3/4.12.2014)

Początkowo zespół stacji nasłuchowej skupił się na próbach odbioru ARTSAT2. Obie sondy (ARTSAT2 i Shin-en2) codziennie wchodziły w zasięg w naszej lokalizacji na kuli ziemskiej w godzinach od około 19:45 do około 2:15 czasu lokalnego. Maksymalna elewacja wynosiła około 8 stopni nad horyzontem i wypadała codziennie około godziny 23:25. Oznaczało to nieprzespane noce, lecz entuzjazm i nadzieje rozpalone w zespole pozwalały spychać to zmartwienie na koniec kolejki. Bardziej niepokojące pytania brzmiały:
– czy sondy będą działać?
– czy oświetlacz będzie skuteczny?
– czy osprzęt w stacji będzie działać prawidłowo?

Do ostatniej chwili nie było wiadomo czy cały wysiłek nie pójdzie na marne, a stawkę wszyscy na stacji uważali za wysoką.

Zanim sonda wzeszła nad horyzont (precyzyjne namiary były udostępnione na japońskich stronach internetowych), motywowani niepokojem, obsługujący stację nasłuchową wykonali doświadczenia z odbiorem beaconu Czarna Góra (odległość 366km). Próby te wypadły pozytywnie, szczególnie w porównaniu ze stacjami wyposażonymi w wieloelementowe anteny Yagi. Oświetlacz działał, ale czy wystarczająco dobrze aby odbierać dane spoza orbity ziemskiej?

Warto w tym miejscu nadmienić, że zadanie obsługi stacji przed jakim stanął zespół było dość rozległe. W czasie odbioru sygnałów z sond kosmicznych trzeba było jednocześnie wykonywać następujące czynności:
– nadzór ruchu anteny parabolicznej (dostępny był podgląd z kamery na dachu) i jej sterownika,
– obsługa radia: strojenie, dobór filtrów i wzmocnienia, ew. kompensacja przesunięcia Dopplera,
– zapisywanie danych (zrzuty ekranu, filmy, zapis ze znacznikami czasowymi),
– przeglądanie Internetu w poszukiwaniu wszelkich informacji o aktualnym stanie obu sond (np. czy zaczęły działać, czy nie zmieniły się częstotliwości, czy ktoś je odbiera),
– podejmowanie własnych prób zdekodowania odebranych sygnałów,
– inne prace pomocnicze.
Pracy starczało na 4 osoby bez przerwy.

Sondy weszły w zasięg stacji japońskich i pojawiły się w Internecie pierwsze raporty. Czyli sondy działały, teraz tylko pytanie czy nasza stacja podoła zadaniu. Odległość przekraczała już 300 tys. km. Około 19:30 wszyscy byli skoncentrowani na swoich zadaniach, ale napięcie było widać i słychać. W momencie wzejścia sond nad horyzont stacja już działała pełną parą. Po chwili na ekranie zobaczyliśmy wyraźny sygnał z ARTSAT2. Ucieszyliśmy się wydając okrzyki radości, ale szybko wróciliśmy do pracy. Wiedzieliśmy, że każdy skrawek odebranej informacji jest cenny. Towarzyszący nam obserwatorzy zdziwili się: „To wy zawsze cieszycie się tylko tak?”. My cieszyliśmy się bardzo, ale każdy miał tyle pracy, że nie było czasu na nadmierną egzaltację.

Sygnał z ARTSAT2:DESPATCH odbierany z odległości ponad 300 000 km (czerwone kreski na częst. akustycznej 380Hz).
Sygnał z Shin-en2 z odległości ponad 300 tys. km (czerwone kreski przypominające sygnał JT65).

Odbierany sygnał był silny i stabilny, jednak po kilkunastu minutach zniknął. Czy to już koniec? Wszelkie próby (nastawy radia, zmiany częstotliwości, ruchy anteną) nie przyniosły żadnego efektu. Spróbowaliśmy odebrać Snin-en2 i udało się, co było pewnym pocieszeniem.

Wtedy w Internecie zdobyliśmy nową informację. Okazało się że sonda ARTSAT2 przegrzewała się (w próżni nie ma konwekcji, więc oddawanie do otoczenia ciepła jest bardzo utrudnione) i w efekcie działania systemu zabezpieczającego działała w cyklu 20 minut nadawania, 50 minut przerwy. Operatorzy ARTSAT2 opublikowali harmonogram pracy nadajnika. Nastawiliśmy budziki (na „za pięć minut” i na „już”) i zaczęliśmy nasłuchy Shin-en2. W naszych oryginalnych planach sonda ta nie była w praktyce uwzględniona, ale teraz siłą rzeczy mogliśmy się nią zająć przez 50 minut. Okazało się, że odbiór nadajnika 0,8W z odległości rzędu 300 tys. km nie był dla naszej anteny specjalnym wyzwaniem.

Przykładowe nagranie filmowe odbioru Shin-en2 jest dostępne pod tym adresem internetowym:
http://goo.gl/Zrq9Dv .

Odebrane sygnały prawie na bieżąco wysyłaliśmy do japońskich operatorów. Ich reakcja była bardzo pozytywna. Okazało się, że nasza stacja odbiera najsilniejszy sygnał. Było to potwierdzenie, że nasza praca jednak się opłaciła i wszystkie elementy toru w.cz. działały prawidłowo.

Po północy, kiedy azymut przekroczył 180 stopni, siła sygnałów spadła, a później już niczego nie odebraliśmy. Obie sondy oddalały się od Ziemi bardzo szybko, prawie 400 000 km na dobę, czyli ponad 16 tys. km na godzinę. Zanik mógł oznaczać, że to już koniec możliwości naszego sprzętu. Ostatni odbiór sygnału z ARTSAT2 był z odległości 320 tys. km.

Potem powstały wątpliwości, czy na pewno nasz oświetlacz znajduje się w ognisku anteny. Przed 3-cią rano, po sprzątnięciu stacji, umówiliśmy się mimo wszystko na następny dzień i postanowiliśmy zrobić próby z doborem położenia oświetlacza aby poszukać w miarę precyzyjnie ogniska anteny. Następnego dnia wszyscy rano poszliśmy do pracy, co było wyzwaniem biorąc pod uwagę, że w praktyce większość z nas mogła przespać tylko trzy godziny. Byliśmy pełni wątpliwości co do dalszego odbioru obu sond.

Druga noc, 400 000 km dalej (4/5.12.2014)

Spotkaliśmy się nieco wcześniej niż poprzednim razem i wykorzystując sygnał z pobliskiego przemiennika oraz sprzęt laboratoryjny instytutu PIAP wyznaczyliśmy charakterystyki anteny. Znaczącą pomoc w tym zadaniu otrzymaliśmy m.in. od Konrada SQ5DRC. Później przemieszczaliśmy oświetlacz względem czaszy i znów wyznaczaliśmy charakterystyki. Tą metodą szukaliśmy miejsca dla oświetlacza w którym charakterystyka byłaby najostrzejsza (czyli najwęższa wiązka) i sygnał najsilniejszy. Zakładaliśmy, że tą metodą znajdziemy dokładnie punkt ogniska czaszy i uzyskamy silniejszy odbiór sond. Okazało się jednak, że prawdziwe jest stare porzekadło „nie poprawiać dobrego”. Po ponad godzinie prób ustawiliśmy wszystko z powrotem w położeniu początkowym, które okazało się najlepsze.

Tej nocy wyzwanie dla naszej stacji dotyczyło odległości dwa razy większej niż ta dzieląca Ziemię od Księżyca. Noc ta zakończyła się wynikiem 742 179 km i był to wtedy najlepszy wynik na świecie! Odbieraliśmy dwie sondy: ARTSAT2 i Shin-en2. Japońscy operatorzy sondy ARTSAT2 przesłali nam gratulacje. Zakładaliśmy, że następna noc będzie prawdopodobnie ostatnią. Kolejne próby zacząć się miały od dystansu ponad 1 mln km.

Kolejne noce, kolejne rekordy

Noce 5/6.12 oraz 6/7.12 przyniosły kolejne rekordy, odpowiednio 1,1 mln km oraz 1,5 mln km dla obu sond. Po każdej z tych nocy naradzaliśmy się czy znów przychodzić do stacji, czy po kolejnych 400 tys. km dalej jest szansa odbioru jakiegoś sygnału. Podejmowaliśmy jednak te kolejne próby i w pewnym sensie dziwiliśmy się, że dalej coś odbieramy. Te odległości były już coraz trudniejsze do wyobrażenia i powoli z jednostek kilometrowych zaczynaliśmy przechodzić na sekundy świetlne.

Dawało znać o sobie zmęczenie. Nie jest łatwo codziennie spać po 3 godziny na dobę, pracować w dzień, a potem działać na stacji do 3-ciej nad ranem. Pod koniec nocy 6/7.12 mieliśmy już dość. Jednak następnego ranka okazało się, że stacja w Argentynie odebrała ATRTSAT2 z większej odległości niż my. Tego nam było trzeba, pojawiła się motywacja, odezwała się żyłka sportowa i podjęliśmy wyzwanie.

Piąta noc (7/8.12.2014)

Nasłuchy rozpoczynaliśmy pełni obaw. Co dobę było 400 000 km dalej. Tym razem na liczniku było już 1,9 mln km. Udało się!

W tym czasie ARTSAT2 wszedł już w fazę trzecią. Sygnał miał być wysyłany w okresie 3-ech sekund, przy czym czas przez jaki była nośna w stosunku do czasu kiedy jej nie było, po wstawieniu do opublikowanego przez Japończyków wzoru pozwalał obliczyć temperaturę wewnątrz sondy. To co odbieraliśmy nie do końca zgadzało się z tymi założeniami. Na szczęście mieliśmy stałą łączność poprzez Internet z japońskimi twórcami sondy. Potwierdzili, że jest to sygnał od ARTSAT2. Okazało się, że opublikowana dokumentacja była błędna i okres nadawanej informacji wynosił nie 3 tylko 5 sekund.

Na podstawie danych z naszej stacji temperaturę wewnątrz sondy określono na +55 st. C, czyli było tam dość ciepło. Shin-en2 także odebraliśmy, ale sygnał był już bardzo słaby. Trzeba było ślady na wykresie wodospadowym (ang. waterfall) porównywać ze wzorcem i poprzednimi zapisami odbioru. To było tylko 0,8W odbierane z odległości 1,89 mln km!

Szósta noc (8/9.12.2104)

Przychodzenie na stację tuż przed 20-tą wieczorem stało się rutyną. Także drugie zjawisko występowało codziennie – sondy co dobę były o odległość od Ziemi do Księżyca dalej niż dnia poprzedniego. Tego wieczoru byliśmy prawie pewni, że to już koniec i że odebranie czegokolwiek z odległości ponad 2 mln km to za dużo jak dla amatorów. Takie odległości kojarzyły się nam z siecią radioteleskopów NASA Deep Space Network, a nie z wysiłkami grupy entuzjastów. Nikt tego na głos nie powiedział, ale wiedzieliśmy, że być może tym razem skończy się na towarzyskim spotkaniu.

I wtedy okazało się, że ciągle odbieramy ARTSAT2. Shin-en2 niestety już nie, choć jakieś ślady sygnału były widoczne. Noc tę zakończyliśmy niesamowitym wynikiem 2,316759 mln km, czyli 7,73 sekundy świetlnej!

Odczytana przez Japończyków na podstawie naszych danych temperatura wewnątrz ARTSAT2 wyniosła prawie 60 stopni Celsjusza. Od dwóch dni byliśmy jedyną stacją na Ziemi odbierającą obie sondy. W tym kontekście hobby zaczynało przeobrażać się w misję i obowiązek.

Wykonaliśmy także udane eksperymenty z dodatkowym przedwzmacniaczem odbiorczym. Od tego czasu zaczęliśmy go używać na stałe.

Siódma noc – ostatnia (9/10.12.2014)

Tym razem było naprawdę trudno. Sygnał który odebraliśmy był słaby na tyle, że zanim gdziekolwiek donieśliśmy o jego rejestracji, to wysłaliśmy nasze dane do operatorów ARTSAT2:DESPATCH z prośbą o ich weryfikację. Następnego dnia przyszła oficjalna odpowiedź:
“ […] confirmed your data. The frequency is OK (<100Hz) and the duty ratio is 50%. We are sure it is the DESPATCH’s beacon signal 🙂 ” – “[…] potwierdzamy wasze dane. Częstotliwość jest OK (mniejsza o 100Hz) oraz wypełnienie sygnału to 50%. Jesteśmy pewni że to jest sygnał z bikonu DESPATCH’a :-)”.

Sygnał z ARTSAT2:DESPATCH odbierany z odległości ponad 2,7 mln km

Danych z Shin-en2 nie odebraliśmy.

Nasz wynik to odebranie dekodowalnych danych telemetrycznych z ARTSAT2 z odległości 2,715228 mln km, czyli około 9 sekund świetlnych (to odległość rekordowa, zarejestrowaliśmy tej nocy też kilka innych nieco bliższych sygnałów ARTSAT2). Jest szansa na to, że jest to rekord świata w dyscyplinie amatorskiej (jeśli chodzi o dekodowalne sygnały, a nie jakąkolwiek ich rejestrację). To także była trzecia doba, kiedy byliśmy jedynymi Ziemianami odbierającymi sygnał z sondy.

Zdecydowaliśmy, że kończymy nasłuchy. Byliśmy pewni, że nie pokonamy kolejnych 400 tys km o jakie sonda oddala się w ciągu doby. Pracowaliśmy 7 nocy, to było spore wyzwanie dla nas (i naszych rodzin). Byliśmy tak zmęczeni, że nawet nie wykonaliśmy zdjęć na pamiątkę.

Nagranie filmowe z tej sesji odbiorczej jest dostępne pod następującym adresem internetowym: http://goo.gl/WKS1OD

Wnioski i podsumowanie

Mimo kolosalnego wysiłku, jakim były conocne dyżury po maratonie przygotowań, to jednak była to niezapomniana i interesująca przygoda. Unikalnym przeżyciem była możliwość osobistego doświadczenia odbioru sygnałów sondy z odległości prawie 3 mln km.

Kiedy zaczęliśmy odbierać dane z dużych odległości, sygnał pojawiał się raz na jakiś czas. Mieliśmy wrażenie, że dochodzi do nas tylko kiedy wiele parametrów propagacji zgrywało się w korzystny dla nas sposób. Kiedy jeden lub kilka z nich się odstrajał, to u nas odbiór zanikał. Wydawało się, że patrzymy przez węża ogrodowego o długości 3 mln km, który się wyginał na wszystkie strony, ale co jakiś czas przez przypadek się prostował i pozwalał zajrzeć na moment aż do jego końca.

Nasza antena odbierała powiększony szum tła przy azymutach większych od 180 stopni – nie wiemy co było jego źródłem. Wtedy już nic nie odbieraliśmy. Pamiętać trzeba, że działaliśmy przy elewacjach od zera do ośmiu zaledwie stopni. Najpewniej zakłócenia pochodzące ze źródeł naziemnych odgrywały tu dużą rolę. Być może użycie filtru umieszczonego bezpośrednio w ognisku anteny mogło by poprawić sytuację.

Bardzo dobrym sposobem zapisu odbieranych danych okazało się używanie programu do nagrywania wideo i dźwięku wprost z ekranu i wejścia mikrofonowego komputera. Ważne jest, aby zapisywały się także dane typu: częstotliwości, położenie rotora, godzina i data, impulsy sekundowe.

Nasze osiągnięcie zostało zauważone przez uznane międzynarodowe organizacje radioamatorskie, pracowników agencji kosmicznych, astronomów – sygnały o tym odbieraliśmy poprzez telefony, Facebook i e-maile. Okazało się, że przy takim przedsięwzięciu, ważną rolę odgrywa bezpośrednia relacja z mediami internetowymi. Nasze mini biuro prasowe prowadzone przez SQ5KTM na zakończenie każdego dnia nasłuchów przygotowywało pakiet informacyjny, w skład którego wchodziła dwujęzyczna notka informacyjna oraz odpowiednie zdjęcia i zrzuty ekranowe. Zależało nam na tym, aby naszą działalność nie tylko upublicznić, ale także zadbać o regularne i właściwe o niej komunikaty (np. aby doniesienia na różnych portalach i blogach itp. nie zawierały nieścisłości). Ponadto kluczową stała się bieżąca komunikacja z japońskimi operatorami sond zarówno w zakresie przekazywania zebranych danych (finalnie kilkadziesiąt gigabajtów), jak i konfrontacji teoretycznego modelu kodowania telemetrii z obserwacjami.

Ciekawostką będzie pewnie fakt, że gdyby policzyć sztuki użytego sprzętu i programów, to tych drugich można by naliczyć więcej.

Pojawiło się także kilka doniesień o odbiorze ARTSAT2 z odległości rzędu 4,7 mln km, lecz te sygnały najprawdopodobniej nie były już dekodowalne.

Nasze działania i sukcesy odbiły się dość szerokim echem po Internecie. Oto kilka wybranych adresów internetowych:
– portal AMSAT-UK:
http://amsat-uk.org/2014/12/09/despatch-2m-km-record/
– biuletyn AMSAT:
http://amsat.org/pipermail/ans/2014/000823.html
– ARRL:
http://www.arrl.org/news/polish-radio-amateurs-receive-3d-printed-artsat2-despatch-qsl-card
– portal Kosmonauta.net:
http://www.kosmonauta.net/2014/12/rekord-w-amatorskim-odbiorze-sygnalu-od-sondy-kosmicznej/
– blog prof. Lecha Mankiewicza:
http://lechmankiewicz.innpoland.pl/114267,dlugie-ucho-ziemi

Operatorami stacji nasłuchowej przez wszystkie dni byli: Piotr SP5MG, Piotr SP5ULN, Łukasz SQ5RWU oraz Michał SQ5KTM (na zdjęciu obok od lewej). Uzyskaliśmy także wsparcie techniczne Arka SQ7GMO i Konrada SQ5DRC, a także kilkuosobowego zespołu pracowników Instytutu PIAP (w godzinach pozasłużbowych).

Goście zaproszeni na stację: Tomasz SP5XMU, Krzysztof SQ5NWI, Jacek SQ5AAG i kilka osób „cywilnych”.

 

Na zdjęciu obok – okolicznościowe karty QSL (wydrukowane na drukarce 3D) potwierdzające udział w projekcie ARTSAT2:DESPATCH i dystans odbieranego sygnału.

 

 

 

Dodatek techniczny

W tym rozdziale pokrótce opisane zostaną użyte w projekcie sprzęt i oprogramowanie. Opis ten ma postać fotorelacji.

Przygotowanie elementów do zbudowania oświetlacza
Oświetlacz zmontowany, czas na jego strojenie
Paraboliczna antena siatkowa o średnicy 4,5m

 

 

 

 

 

 

 

SWR oświetlacza na częstotliwości ARTSAT2 wyniósł 1,02.
Użyte do nasłuchów radia
Dodatkowy przedwzmacniacz używany przez dwa ostatnie dni

 

 

 

 

 

 

 

Wyprowadzenie sygnału z oświetlacza do przedwzmacniacza, dalej kabel współosiowy na dół, do radia. Widoczne także mocowania mechaniczne oświetlacza w ognisku anteny.

 

 

 

 

 

Główny ekran: prawy górny róg – wykres wodospadowy obrazujący sygnał, prawy dolny róg – sterowanie radiem, lewy dolny róg – sterowanie rotorem, lewy górny róg – program przechwytujący ze strony www namiary na sondy i wysyłający je do programu obsługującego rotor.

 

 

 

 

 

 

Widok ogólny ważniejszych części stacji. Na dalszym planie: komputer po lewej – obraz anteny na dachu, ekran środkowy to ekran główny, komputer po prawej – komputer główny i obsługa nagrywania ekranu głównego. Na bliższym planie: komputer po lewej – działalność PR i łączność z Japończykami, Komputer po prawej – rejestracja dźwięku z radia; komputery poza kadrem – monitoring stron domowych obu sond i działania pomocnicze.

Leave a Comment

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

67 − 62 =