Omotenashi (2022)
Sanyi OE5AEN ex. HA3FUK egy érdekes, egyben szórakoztató cikket írt arról, hogyan próbált meg megfelelő elméleti felkészültséggel, de egyszerű technikai eszközökkel kapcsolatot létesíteni az Artemis I. program keretében fellőtt japán Omotenashi műholddal.
Az Omotenashi (“Vendégszeretet”) műhold a Japán JAXA építésében indul el a hold felé az Artemis I. misszió mellékszereplőjeként. Egy keringő (leginkább odamenő) és egy leszállóegységet (nevezzük bátran becsapódó egységnek) tartalmaz, mindkettő fel van szerelve 70 cm-es rádióadóval.
A terv szerint a keringőegység az odaúton (pár nap) megadott időszakokban (távirányítással aktiválva) PSK31 kódolással fogja adni a telemetriát, a Holdhoz közel érve aktiválja a fékezőrakétát, és kidobja magából a leszállóegységet. Ez pedig szenzoradatokat fog küldeni a Hold felszínéről, a porból, amíg tart az akkumulátora. Ő FM PSK31 modulációval teszi majd ezt, míg a keringőegység valódi, USB vagy LSB módban veendő PSK31-et használ.
A tervek szerint az Artemis I. szeptemberben indult volna útnak, pont, amikor nem értem rá, de szerencsére az indítás többször át lett téve későbbi időablakokba ilyen-olyan technikai malőrök miatt.
Jelen projektben a feladat a következő: harmincezer kilométerről fogunk megcélozni egy gyorsan, tőlünk nézve valami aszimetrikus-parabola-hurkolódó-spirál pályán távolodó, 10*20*60 cm-es, 12kg-os aktatáskát. Ennek 1W-os, hárompercenként pár másodpercig küldött rádiójelét vesszük szakszerűen, és legalább egy adatcsomagot dekódolunk. Utána ugyanezt megismételjük a holdon lévő egységgel, ezúttal FM-ben. A vett adatokat elküldjük a JAXA csoportnak, megjelenünk a honlapon, legendává válunk, belépünk a halhatatlanok csarnokába. Ilyenek.
Pár másodpercig tartó 1 Wattos adatfolyam vétele háromszázötvenezer kilométerről. Hát, sok sikert, urak.
A felkészülést a következő kérdések köré kell felfűzni:
- Honnan tudjuk, hogy mikor és merre füleljünk?
- Mivel vegyünk 1 W FM-et háromszázötvenezer kilométerről?
- Hogyan dekódoljuk a jelet?
Pályaadatok, követés, doppler
Ebben már van valami rutin a régmúltból, amikor HA5STS Pistivel a székesfehérvári kollégium udvaráról hallgattuk a MIR űrállomást. Az első feladat megszerezni a pályaadatokat. Ezt vagy a NORAD, vagy a NASA, vagy a TELESTAR honlapjáról fogjuk beszerezni, amint elérhetők lesznek. TLE (two line elements) formátumban fogjuk ezeket megkapni, ez két sorban tartalmazza a keringési pálya adatait, és ebből a következő áthaladások, irány, sebesség, magasság számolható.
Kell egy szoftver, amivel a műhold aktuális pozícióját ki tudjuk számolni, esetleg előrejelzést is tudunk készíteni. HA5STS Pisti megdobott minket egy harmincsoros Python programmal, merthogy van e számítások elvégésére Python modul. Ez a program a dopplert is tudja számolni. Nos, ezt nem használtuk végül, mert megtaláltuk a SATPC32 nevű, ingyenesen használható programot, amely 2 soros TLE adatokból megmondja nekünk az aktuális, vagy jövőbeni pozíciót, kiszámolja a doppler-korrekció mértékét, és vezérli a rádiót, forgatót is. Nekünk tulajdonképpen csak fülelni kell.
Viszont a szoftver a csillagászati észak szerint számol, nekünk viszont csak iránytűnk van, ezért meg kell határoznunk a csillagászati és a mágneses észak közötti különbséget. Google barátunkat hívjuk segítségül, ennek is az online kalkulátorát. Ez itt nálunk 4,6°, a csillagászati észak a mágnes északi irányától balra található. Ezt a szöget tehát mindig le kell vonni a számított irányból.
Ugyanúgy, ahogy a mellettünk elhaladó autók hangja, a műhold adásának frekvenciája is megváltozik attól függően, hogy felénk jön, vagy távolodik. Mivel ezek elég komoly sebességgel mennek, a közeledő műhold látszólagos frekvenciája kilohertzekkel felette van a névlegesnek, míg távolodáskor alatta lesz. Természetesen a sebességet itt is trigonometriával kell számolni, hiszen a hozzánk képest mért sebesség számít, nem pedig a műhold valós sebessége. Erre is ott van a programunk, a SATPC32. Meg fogja mondani, hogy pontosan mely frekvencián kell fülelnünk.
(Érdekes, hogy átjátszó műhold esetében a közeledő műholdnál a vételi frekvenciát csökkentenünk kell, az adásit viszont növelni, míg távolodónál ez pont fordítva történik. Ráadásul a névleges frekvenciától való eltérés nem szimmetrikus, vételen más értékkel kell eltérnünk, mint adáson. Remek kis négykezes feladat az egész család számára.)
Tehát: ha jól állítunk be mindent, pontos az óránk a számítógépen, és pontosak a TLE adataink, akkor a SATPC32 programtól valós időben (vagy előrejelezve) a következő adatokat fogjuk megkapni:
- Azimut: a csillagászati északhoz képesti irány
- Eleváció: a vízszinteshez képesti magasság szöge
- Dopplerrel korrigált vételi frekvencia
- Dopplerrel korrigált adási frekvencia
Ennyi pedig elég is lesz a pontos követéshez.
Vételi konfiguráció
Mivel vegyünk 1 Wattot a ötvenezer kilométerről, vagy a Holdról?
Antennacsoport
Mindkét egység a 70 cm-es sávon fog dolgozni, oda kell nekünk antenna. A keringő egyég polarizációja ismeretlen, a leszálló egység körkörös polarizációt fog alkalmazni 4 darab F antenna segítségével.
Tehát körkörös polarizációjú antenna kell, pl. egy helikális antenna.
Nos olyan nincs. Lépjünk is ezen tovább.
Ami viszont van, az kettő darab egyforma, HYS TC-YG08UV típusú kétsávos antenna, a 70 centire 5 elemmel, 11,5 dBi nyereséggel. Ezeket fogjuk használni.
Lássuk tehát a megvalósítást. Mivel nincs sem oszlopunk, sem forgatónk, de itt egy tetszőleges irányban tetszőleges szögben mozgó antennacsoportra van szükség, össze kell kendácsolnunk valamit. Mi egy kerékpárjavító-állványt és egy periszkóptámaszt alkalmaztunk, de ez a rész mindenki saját belátására van bízva. Íme tehát a professzionális antennacsoport (a molnárkocsi csak üzemen kívül ad támasztékot):
Wilkonson-illesztő
A két antennát közösíteni kell. Mindkettő 50 Ohm hullámellenállású, sem sorba, sem párhuzamosan kötve nem fogja kiadni a rádiónak optimális 50 Ohmot. Wilkinson illesztőt fogunk csinálni, amely elméletileg két 71 Ohmos negyedhullámú tápvonalból áll. Olyanunk nincs, viszont ha kellően messziről nézzük a 71 Ohmot, 75 lesz, ami pont az RG-59 hullámellenállása. Mivel ennek a rövidülési tényezője ismert (0,66), kiválóan ki tudjuk számolni a 11,31 cm hosszt, ami a mi frekvenciánkon pont a negyedhullámot fogja kiadni.
A Wilkinson-illesztő elméleti rajza:
Ugyanez a gyakorlatban:
Rendkívül fontos, hogy a Wilkinsonba bekötött antennák ugyanolyan térbeli fázisban helyezkedjenek el (tehát nem előre-hátra eltolva, és nem szembefordítva), és pontosan ugyanolyan hosszú és típusú tápvonalon legyenek a Wilkinsonba kötve, hogy a vett jel ugyanabban a fázisban érjen oda.
A rádiónk tehát a két antennát egynek látja, 50 Ohmon, és alig várja, hogy vehesse a műhold jelét.
Dekódolás
A JAXA csoport nem sokkal az indítás előtt úgy döntött, hogy nem fogja közzétenni az adatcsomag tartalmát és értelmezését. Be kell nekik küldeni a felvett HF jelet, vagy a karaktersort, és ők majd kiértékelik, hogy tényleg az Omotenashi jelét vettük-e, és hogy helyesen-e. A DigiPan nevű szoftvert ugyan letöltöttük, de nem került éles bevetésre. Simán hangfelvételt fogunk készíteni.
Próbáljuk ki! – SO-50
A műholdvételre tervezett eszközünket műholdvétellel lehet a leghatékonyabban ellenőrizni. Kellett tehát keresni egy 70 cm-en adó rádióamatőr műholdat. Választásunk az SO-50-re esett. Ez egy rádióamatőr átjátszó-műhold, 2m-es felmenő és 70 cm-es lejövő frekvenciával, 250 mW teljesítménnyel, ami az Omotenashi negyede. Optimális.
Ezek az alacsonypályás műholdak másfél óra alatt megkerülik a Földet, egy nap alatt jó eséllyel több áthaladást produkálva. A TLE adatokat a SATPC32-be betáplálva négy áthaladást kaptunk aznapra. Ez a műhold messze északon halad el, három áthaladás az északi irányban horizont közelébe adódott, 8-11-13 fokos elevációra. Ezek sajnos nem optimálisak, mert arra nekünk hegy van, ami kitakarja az optikai rálátást, és esélyünk sincs venni. A negyedik áthaladás viszont 78 fokos maximális elevációra adódott, optimálisnak tűnt.
Az első feladat, hogy az előrejelzés adatait betápláljuk a forgatóba, a mágneses észak eltérését is hozzáadva, tájolóval, illetve szögmérő lukába fűzött cérnára akasztott hatos anyával. A pontos felprogramozás következőképp történik:
“Bandi, figyu! Nullaháromkor a műhold a tetőcserép-kupacnál kel a hegy horizontján. Utána átmegy a keki-szilvafa felülről második ága felett, és a tuja melletti utolsó málnabokornál nyugszik óratizenegykor. Mivel FM, ha a zaj elhalkul, vagy beszélni kezd, akkor vagyunk rajta. Induláskor a kezdeti irányba finoman pásztázz, zajminimumot keress. Ha azt mondom, “állj-állj”, akkor ne mozdulj, mert épp frekvenciát korrigálok.”
Így is lett, eljött a nullahárom. A program szerint majdnem 4 kilohertzcel a névleges frekvencia felett vártuk a műholdat a cseréprakás felett a hegy horizontján. Bandi kalimpált az antenna-oszloppal erre-arra. Egyszercsak elcsöndesedett a sáv, és megjelent az értelmes beszéd. Könnyű volt elveszteni az irányt, mert a doppler nagyon gyorsan változik, és sokszor kellett szólnom, hogy álljunk le a mozgással, nehéz volt visszatalálni utána a megfelelő irányba.
A 8 perces áthaladásból sikerült másfél percen keresztül hallgatni, ahogy egy IK2 állomás egy DL1-gyel beszélget az SO-50 műholdon keresztül.
A berendezés működik. A Hold felé tartó szonda ennél sokkal lassabban fog mozogni, a Holdon lévőt pedig rendkívül egyszerű lesz megcélozni majd. Ott lesz a Holdon… Az SO-50-hez képest mindkettő üvölt majd az űrben. Kész vagyunk, felkészültünk, indulhat a móka.
Folyt. köv.