Satelita GreenCube ma na celu pokazanie autonomicznego laboratorium biologicznego do uprawy roślin na pokładzie platformy CubeSat. Projekt satelitarny jest prowadzony przez zespół badawczy S5Lab na Uniwersytecie Sapienza w Rzymie: https://www.s5lab.space/index.php/greencube-home/ . Sonda została wystrzelona 13 lipca 2022 r. i została umieszczona orbicie okołoziemskiej o „średniej wysokości” (MEO) około 6000 km. GreenCube zawiera nasiona microgreens (brassicacae) w najdalszym jak dotąd eksperymencie uprawy roślin w warunkach mikrograwitacji. Naczynie ciśnieniowe jest w stanie samodzielnie monitorować skład i ciśnienie powietrza, wilgotność, recyrkulację powietrza, warunki oświetleniowe, a także optycznie monitorować wzrost roślin za pomocą kamer VIS i IR. Zespół S5Lab umożliwia sterowanie satelitą i komunikację w dwóch pasmach (UHF i pasmo S) między 5800 a 10000 km zasięgu, ponad 5 razy większym niż „zwykłe” odległości stosowane w misjach LEO CubeSat. Dodatkowy ładunek został opracowany przez Institute of Space Systems na Uniwersytecie w Stuttgarcie – silnik PPT (Pulsed Plasma Thruster), który będzie używany jako system kontroli położenia.

Podsystem telekomunikacyjny GreenCube ma funkcję transpondera cyfrowego dostępną dla społeczności radioamatorskiej. Może działać w trybie czasu rzeczywistego oraz w trybie „store & forward” i wymaga on amatorskiej stacji radiowej z:
– komputerem z systemem Windows
– anteną kierunkową (zalecane co najmniej 10 dBi)
– połączeniem audio między transceiverem a komputerem.

Częstotliwość pracy jest taka sama jak w kanale telemetrycznym (435,310 MHz), a funkcja digipeatera jest uruchomiana przynajmniej raz w tygodniu w weekendy (od piątku o 00:01 UTC do niedzieli o 23:59 UTC), z możliwością przedłużenia. Oprogramowanie potrzebne do komunikacji z satelitą wraz z przewodnikiem technicznym dotyczącym konfiguracji i funkcji GUI (GreenCube_Digipeater.zip) można pobrać tutaj: https://www.s5lab.space/index.php/digipeater/ . Plik zawiera instrukcję obsługi, graficzny interfejs użytkownika (GUI), oprogramowanie Terminal Node Controller (TNC) oraz skrypt GNURadio do odbierania i przesyłania pakietów danych. W sieci można znaleźć także alternatywne oprogramowanie.

Satelita GreenCube posiada także nazwę IO-117, nadaną przez AMSAT: https://www.amsat.org/greencube-designated-italy-oscar-117-io-117/ . Unikalna cecha, jaką jest duża wysokość orbity skutkuje znacznie dłuższym niż w przypadku satelitów LEO czasem widzialności IO-117 (rzędu godziny), co umożliwia łączności na dystansach między stacjami nawet 12500 km.

Poniższe linki zawierają użyteczne porady i informacje o sposobach wykorzystania transpondera cyfrowego IO-117:
https://www.amsat.se/2022/11/20/greencube-operation-tips-from-k8dp-and-3b8du/
https://fg8oj.com/news/greencube-digipeater
https://orbit.ing-now.com/satellite/53106/2022-080b/greencube/

Przygotowanie mojego sytemu do pracy nie okazało się trudne. W pierwszej kolejności dostosowałem program SatPc32 – ściągnąłem najnowszy plik keplerowski (Update Keps) oraz dodałem linię dostosowaną do FT991 jak niżej w pliku Doppler.SQF (który można znaleźć w menu: ? – Auxiliary Files):

IO-117,435308.7,435308.7,DATA-USB,DATA-USB,NOR,0,0

W SatPc32 w oknie Satellites – Available pojawił się IO-117, który po podwójnym kliknięciu został umieszczony w kolumnie „Selected”, co umożliwiało śledzenie tego satelity przez system antenowy oraz korekcję Dopplera TRXa.

Do wyznaczania parametrów śledzenia wykorzystałem (jak zwykle) aplikację https://sat.sp3yor.net/ko02 .Koledzy z klubu SP3YOR  stanęli na wysokości zadania i nie zapomnieli o satelicie GreenCube/IO-117. Po wybraniu IO-117 w SatPc32 (albo po ustawieniu w FT991 częstotliwości na 431,100 MHz +/- Doppler) okazało się, że sygnały z digipitera są słyszalne praktycznie natychmiast po pojawieniu się satelity nad horyzontem, nawet bez precyzyjnego ustawienia anteny obrotowej.

Po rozpakowaniu pliku GreenCube_Digipeater.zip zapoznałem się instrukcją GreenCube Digipeater Manual v1.1.pdf, do której podszedłem w sposób twórczy. Do uruchomienia niezbędny był w systemie program GNU Radio dla systemu Windows. Dużo o tej aplikacji słyszałem. GNU Radio jest darmowym środowiskiem zorientowanym na tworzenie oprogramowania do cyfrowego przetwarzania sygnałów, np. do implementacji SDR. Zawiera wiele gotowych modułów (bloków), które realizują określone algorytmy cyfrowego przetwarzania sygnałów, np. filtrację, modulację i demodulację, synchronizację, oraz wiele innych. Istnieje możliwość łączenia tych bloków i w konsekwencji przekazywania danych z jednego bloku do następnego w taki sposób, jak zwykle ma to miejsce w nadajniku i odbiorniku radiowym. GNU Radio umożliwia stworzenie aplikacji, która pobiera dane z jednego strumienia, przetwarza je i następnie umieszcza w innym strumieniu danych. Instalator GR 3.7 Installer (wskazana wersja 3.7.13.5) jest dostępny tutaj: http://www.gcndevelopment.com/gnuradio/index.htm .

Po zainstalowaniu GNU Radio utworzyłem dodatkowy folder, w którym umieściłem rozpakowane z GreenCube_Digipeater.zip pliki: GreenCube_RX_SSB_TX_SSB.grc, DigipeaterTNC.exe oraz DigipeaterGUI.exe. Następnie uruchomiłem GNURadio Companion, wyszukując jego nazwę w menu Start. Nie była wymagana znajomość obsługi programu, wystarczyło załadować skrypt RX_SSB_TX_SSB za pomocą opcji File -> Open (GreenCube_RX_SSB_TX_SSB.grc), a potem uruchomić go, naciskając przycisk “Execute” na środku paska narzędzi.

Uruchomiłem jeden raz i zamknąłem program TNC (używając DigipeaterTNC.exe), aby wygenerować domyślny plik config.ini (jest on w C:/Users/%USERNAME%/GreenCube/). Software TNC w sposób ciągły odbiera strumień bitów z GNU Radio, który powstaje po demodulacji GMSK.

Następnie uruchomiłem program GUI (DigipeaterGUI.exe), oraz otworzyłem do edycji plik konfiguracyjny „File – open conf file„. Wybrałem odpowiednie kanały wejściowe dla radia FT991:

; AudioCard_RX_DeviceName = Głośniki (6 - USB Audio CODEC)
; AudioCard_RX_SampleRate = 48000
; AudioCard_TX_DeviceName = Mikrofon (6 - USB Audio CODEC)
; AudioCard_TX_SampleRate = 48000

;; Specify whether in LSB or USB (all uppercase)
SSB_Mode = USB

oraz wprowadziłem swój znak:

;; Your callsign 
CallFrom = SP5GNI

Do sterowania PTT transceivera instrukcja zaleca wykorzystanie HamLib library . Postanbowiłem zrobić to znacznie prościej i wykorzystałem funkcję VOX FT991. W tym celu w jego MENU w pozycji 142 VOX SELECT musiałem zmienić ustawienie na DATA.

Zamknąłem wszystkie pliki i aplikacje oraz uruchomiłem ponownie w nastepującej kolejności, dając każdej aplikacji czas na uruchomienie: SatPC32 (IO-117, C+, R+) -> GNURadio -> “Execute” button -> DigipeaterTNC – DigipeaterGUI. Jeśli w głośniku transceivera da się usłyszeć ramki transmisji digiptera, to w oknie „GreenCube SSB Transceiver” na wodospadzie powinny być widoczne sygnały jak niżej:

Za pomocą gałki TRXa można skorygować ustawienie częsotliwości. Teoretycznie w oknie interfejsu graficznego GUI powinny pojawić się zdekodowane teksty poszczególnych pakietów z digipitera. Niestety – fakt, że sygnał jest odbierany nie oznacza, że zostanie prawidłowo zdekodowany. Musi być dostatecznie „silny” – mieć odpowiednio duży stosunek sygnał/szum. W przypadku mojego systemu dekodowanie następowało, gdy satelita był dość blisko. Niestety nawet gdy odległość od satelity była poniżej 7000 km, to nie wszystkie ramki były dekodowane. Przydałaby się lepsza antena…

Pierwszą łączność udało się zrobić z ST2NH. Poniżej zrzuty z okna GUI. Wytłuszczono moje QSO:

[02/12 20:18:01.037] Received: EA3EA>SM0TGU, GreenCube, STORE=0 UR 599 JN01um QSL?
[02/12 20:18:06.832] Received: S57NML>OK2UZL, GreenCube, STORE=0 JN76OD
[02/12 20:18:11.528] Received: OK2UZL>ES4RM, GreenCube, STORE=5 599 JN79sa op.Ludek
[02/12 20:18:12.631] Received: Beacon 02/12 19:18:09.990
[02/12 20:18:20.532] Received: G0ABI>ALL, GreenCube, STORE=0 CQ IO80bu
[02/12 20:18:28.944] Received: OK2UZL>S57NML, GreenCube, STORE=5 599 JN79sa op.Ludek
[02/12 20:18:29.051] Transmitted: SP5GNI>ST2NH, GreenCube, STORE=0 UR599 KO02li
[02/12 20:18:42.712] Transmitted: SP5GNI>ST2NH, GreenCube, STORE=0 UR599 KO02li
[02/12 20:18:54.437] Received: IK7EOT>ES4RM, GreenCube, STORE=0 JN80PJ 599 QSL ?
[02/12 20:18:58.136] Received: Alt. Beacon 02/12 19:18:55.384
[02/12 20:19:02.930] Received: IW7DOL>OK2UZL, GreenCube, STORE=0 599 JN90ci QSL?
[02/12 20:19:11.635] Received: ST2NH>SP5GNI, GreenCube, STORE=0 RR 5NN TU
[02/12 20:19:22.027] Received: DL5GAC>CQ, GreenCube, STORE=0 JN47UT
[02/12 20:19:26.036] Received: IK7EOT>ES4RM, GreenCube, STORE=0 TNX QSO 73 TU
[02/12 20:19:27.127] Received: EA3EA>EA3BT, GreenCube, STORE=0 UR 599 JN01um QSL?
[02/12 20:19:35.206] Transmitted: SP5GNI>ST2NH, GreenCube, STORE=0 TNX firs QSO!
[02/12 20:19:35.338] Received: IK7EOT>ES4RM, GreenCube, STORE=0 TNX QSO 73 TU
[02/12 20:19:42.631] Received: Beacon 02/12 19:19:40.012
[02/12 20:19:45.037] Received: OK2UZL>IW7DOL, GreenCube, STORE=5 599 JN79sa op.Ludek
[02/12 20:19:46.136] Received: EA3EA>SM0TGU, GreenCube, STORE=0 UR 599 JN01um QSL?
[02/12 20:19:55.637] Received: OK2UZL>IW7DOL, GreenCube, STORE=5 599 JN79sa op.Ludek
[02/12 20:20:07.532] Transmitted: SP5GNI>ST2NH, GreenCube, STORE=0 TNX first QSO!
[02/12 20:20:17.033] Received: EA7KI>ALL, GreenCube, STORE=1 CQ CQ EA7KI IM76RR
[02/12 20:20:20.925] Received: EA3EA>ES4RM, GreenCube, STORE=0 UR 599 JN01um QSL?
[02/12 20:20:48.028] Received: IK7EOT>EA7KI, GreenCube, STORE=0 JN80PJ 599 QSL ?
[02/12 20:21:17.934] Received: EA3EA>ES4RM, GreenCube, STORE=0 UR 599 JN01um QSL?

Nowe! – Pod koniec stycznia 2024 r. społeczność krótkofalowców wystosowała petycję po ogłoszeniu przez S5Lab decyzji o wyłączeniu Digipeatera krótkofalarskiego GreenCube. Wezwaliśmy Włoską Agencję Kosmiczną, S5Lab i Uniwersytet Sapienza do ponownego rozważenia i rozważenia innych możliwości przedłużenia misji po 5 lutego 2024 r. poprzez połączenie się z jedną z międzynarodowych organizacji AMSAT lub w inny sposób. Trwają rozmowy pomiędzy S5Lab i AMSAT-IT, GreenCube nadal działał w dniu 29 lutego 2024 r.!

Alternatywny w stosunku do wyżej opisanego sposób pracy poprzez satelitę GreenCube opiera się o oprogramowanie Soundmodem UZ7HO  http://uz7.ho.ua/packetradio.htm  oraz Greencube Terminal OZ9AAR https://moonbounce.dk/hamradio/greencube-terminal-program.html .

Najpierw należy ściągnąć i rozpakować plik  greentnc.zip . Należy zidentyfikować najnowsza wersję programu (np. w folderze ssb.v10) i uruchomić plik soundmodem.exe.  Najważniejsze ustawienia są w Settings-Devices (przykład dla FT991 poniżej).

Jeśli uruchomimy transceiver FT991 oraz program SatPc32 w sposób opisany w pierwszej części tego wpisu, to (jeśli w zasięgu anteny będzie IO-117)  powinniśmy usłyszeć oraz zobaczyć na wodospadzie charakterystyczne sygnały z modulacją cyfrową. To jeszcze nie jest pełny sukces – do prawidłowego dekodowania sygnały powinny być dostatecznie silne…

Ze strony OZ9AAR ściągamy program najnowszą wersję programu terminala, np.:
2024-01-27 Greencube Terminal program (Windows), Version 1.0.0.88
Po zainstalowaniu programu ustawienia domyślne w większości przypadków będą odpowiednie, najważniejsze jest okno Settings- General, które powinna wyglądać podobnie jak poniżej.

Po wstępnym zapoznaniu się z systemem, obsługa FT991/SatPC32/Soundmodem/Terminal jest stosunkowo prosta. Na stronie OZ9AAR można znaleźć mnóstwo informacji szczegółowych, także dla zaawansowanych użytkowników.  Także tam  są umieszczone znakomite instruktażowe materiały video. Satelita GreenCube cieszy się ogromną popularnością. Podczas jednego przelotu nad Polską da się usłyszeć dalekie stacje zarówno z USA, Japonii i  Afryki. Wiele z tych stacji wcale nie jest wyposażonych w automatyczne systemy śledzenia i obrotu anteny. Satelita jest umieszczony na tyle wysokiej orbicie nad Ziemią, że jago szybkość poruszania się względem operatora pozwala na śledzenie za pomocą anteny sterowanej ręcznie, wystarczy kompas,  jakiś drążek lub stojak oraz trochę przestrzeni (balkon, taras, ogród łąka, plaża…). W czasie przelotu (typowo >60 minut) wystarczy korygować położenie anteny co kilka minut.

Zdjęcie poniżej przedstawia sprzęt terenowy GreenCube używany przez Jovicę 5Q3W. Składa się z IC-9700, akumulatora LiFePO4 18Ah, laptopa, trójnoga,  X-Quada, kabli i innych drobiazgów – w sumie około 14 kg , trochę ciężki, ale wart całej zabawy 🙂

Próbował też 12 el. Yagi.

Zalety Yagi: połowa wagi X-Quad, nie ma ostrych krawędzi, zysk  jest taki sam jak X-Quad, SWR 1:1. Wady Yagi: dłuższy boom niż X-Quada, podatność na zaniki, ponieważ jest spolaryzowana tylko w kierunku poziomym.

Zalety X-Quad: mniejsze zaniki dzięki polaryzacji kołowej. Wady X-Quada: ostre krawędzie i wymiar 3D (trzeba uważać w transporcie publicznym), dwukrotnie większa waga niż Yagi, SWR wynosi 1,5.

Peter N1QDQ używa antenę X-Quad wraz ze statywem fotograficznym Gitzo – zdjęcie oraz dużo wartościowych uwag można znaleźć na jego stronie https://petebrunelli.com/2023/03/23/greencube-and-you-meaning-me/ .

We wrześniu 2024 r. satelita GreenCube przestał działać, prawdopodobnie z powodu uszkodzeń radiacyjnych. Po udanej misji, która przekroczyła oczekiwania, satelita nie odpowiada już na polecenia, a jego radio pokładowe prawdopodobnie zostało uszkodzone z powodu dużej radiacji występującej na średniej orbicie okołoziemskiej (MEO).

Mirek SP5GNI