Межрегиональная организация радиолюбителей спутниковой радиосвязи AMSAT-R

Новости О AMSAT-R Контакты Статьи Ссылки О сайте Фото-архив Hardware Software Микро-спутники Проекты * Карта сайта *

OSCAR-13 (AO-13)

Общая и техническая редакция: Л.М.Лабутин (UA3CR)
Перевод с немецкого на английский: Дон Моэ (DJ0HC/KE6MN)
Перевод с английского на русский: Г.В.Казарновская (UA3DSP)

Брошюра составлена на базе материалов сборников аналогичного названия, изданных в Германии и Великобритании. Текст дополнен более поздними данными и адаптирован для российского читателя. Предназначен для научно-технических групп учебных и радиолюбительских организаций, интересующихся вопросами создания малых спутников и космической радиосвязью. Публикация в России согласована с AMSAT Германии и Великобритании.

1. ЧТО ТАКОЕ AMSAT?

AMSAT (AMateur SATellite) - международное название групп и организаций, объединяющих энтузиастов спутниковой связи. Многие развитые страны имеют официально оформленные организации AMSAT со статусом Ltd, в некоторых странах AMSAT представляют собой отдельные группы и небольшие объединения инженерной общественности и творческой молодежи, интересующихся спутниковой связью. За 25 лет существования организации AMSAT осуществили множество учебно-экспериментальных, научных и радиолюбительских проектов. Наиболее известные и значимые из них - спутники серии AMSAT/OSCAR, Uosat, Kitsat, Posat, Fuji. Малые спутники из серии Microsat/Pacsat разработаны и изготовлены также организациями AMSAT. К ним относятся Lusat, Pacsat, Dove, Webersat, Itamsat. Два спутника AMSAT/OSCAR-10 и AMSAT/OSCAR-13 выведены на молниевскую орбиту несколько лет назад и сейчас продолжают успешно функционировать. Спутники Techsat и Unamsat, неудачный запуск которых произведен недавно с полигона Плесецк, изготовлены и разработаны также при непосредственном участии групп AMSAT Израиля и Мексики. Всего зарубежными группами выведено на орбиту более 30 подобных спутников.

Следует отметить, что AMSAT добровольно-общественные объединения, и финансирование их проектов осуществляют научные и учебные государственные и частные организации, заинтересованные в подготовке научных кадров, постановке научно-технических экспериментов и выполнении учебно-образовательных программ. При этом, большинство проектов выполнено в кооперации между группами нескольких стран.

В СССР, в период 1975-1995 г. было изготовлено и выведено на орбиту 12 радиолюбительских учебно-экспериментальных спутников серии РАДИО и 3 спутника серии ИСКРА. В их создании принимали участие группы энтузиастов Москвы, Калуги, Молодечно, Московского авиационного (МАИ) и энергетического институтов при поддержке Московского НИИ Радиосвязи, координационного комитета при журнале Радио, ЦК ДОСААФ и некоторых других организаций. В те годы слово AMSAT громко не произносилось, так как официальные лица считали его порождением капиталистического мира. Одно время по ДОСААФ даже было издано распоряжение с рекомендациями не проводить связи через спутники ОSCAR.

Впервые в бывшем СССР группой AMSAT назвали себя энтузиасты спутниковой связи г. Молодечно БССР, а, затем, и Москвы.

Первый международный проект, выполненный группами AMSAT Белоруссии и Москвы в кооперации с AMSAT ФРГ в 1989-90 г. был проект, получивший название 'Радио-М1' или 'AMSAT/OSCAR-21' (он же 'RS-14'). Аппаратура была установлена на ИСЗ 'Информатор-1'. В ее состав входили два линейных ретранслятора, один комплект цифровой аппаратуры с двумя микропроцессорными системами (Rudak-2), система телеметрии, радиоаппаратура командной радиолинии, вторичные источники питания. 'Rudak-2' в комплекте 'AO-21' мог выполнять функции электронного почтового ящика со скоростями обмена 1200-9600 bps, принимать сигналы любого вида модуляции в полосе до 20 KHz, преобразовывать их в различные формы цифровых или аналоговых сигналов и передавать их на землю. Телеметрия передавалась в цифровом формате по протоколу AX.25/1200 bps и в коде Морзе. В течение трех лет спутник успешно функционировал. За этот период группы AMSAT разных стран провели ряд интересных научных и радиолюбительских экспериментов. Особо крупный вклад 'AO-21' внес в отработку частных программ в будущий 'спутник века' 'Фаза-3Д', речь о котором пойдет в конце этой брошюры.

Группа AMSAT из Москвы продолжает сотрудничать с зарубежными организациями и в настоящее время активно участвует в проекте 'Фаза-3Д'. Вместе с тем, ведутся работы по созданию аппаратуры малого учебно-образовательного спутника 'ШКОЛЬНИК' в рамках Дома Научно-технического творчества молодежи (ул.Донская, 37), клуба 'Приключение' и некоторых зарубежных групп. Члены группы имеют профессиональный и радиолюбительский опыт разработки спутниковой аппаратуры. Кроме участия в создании спутников 'Радио' и 'Радио-М1', ими был организован мейлбокс для связи с космической станцией (КС) 'МИР' (при полёте М.Манарова и С.Крикалева). Космонавты имели более 200 пакетных связей с этим мейлбоксом. Были также организованы и осуществлены учебно-образовательные сеансы связи школьников с КС 'МИР' и 'ШАТТЛ'.

2. Краткая история

Радиолюбительские спутники прошли три фазы развития:

1. экспериментальная работа по выяснению их возможностей;
2. накопление опыта эксплуатации долгоживущих низкоорбитальных спутников;
3. высокие орбиты со сложными ретрансляторами и системами управления.

'Фаза-1' началась с запуска 'OSCAR-1' 12 декабря 1961 года, а 'Фаза-2' - с запуска 'OSCAR-6' в октябре 1972 года. Первая попытка AMSAT вступить в 'Фазу-3' (спутник, известный только как 'Фаза-3A') оказалась неудачной - экспериментальная ракета 'Ариан' упала в южной Атлантике в мае 1980 года. Вторая попытка AMSAT вступить в третью фазу частично удалась в июне 1983 года, когда был выведен на орбиту 'OSCAR-10'. Радиолюбители всего мира после более чем 10-летнего периода использования низкоорбитальных спутников с небольшим суммарным временем видимости смогли, наконец, насладиться результатами работы групп AMSAT в создании эквивалента непрерывно открытому диапазону 14 MHz с возможностью связи практически со всем миром.

OSCAR означает: Orbital Satelite Carring Amateur Radio (спутник, несущий любительское радио). Спутник представляет собой контейнер, снабженный солнечными батареями, аккумуляторами, приемниками и передатчиками, антеннами и устройствами электронного управления. Аккумуляторы подзаряжаются солнечными батареями во время нахождения спутника на солнце. Сигналы, принимаемые в одном любительском диапазоне, ретранслируются на другой любительский диапазон. В отличие от наземного одночастотного ЧМ аналогового репитера спутниковая система передачи (именуемая транспондером) будет ретранслировать линейно любой тип узкополосного сигнала: CW, SSB, SSTV, RTTY, NBFM или AM ( рекомендуется использовать только первые четыре, т.к. они наиболее энерго-эффективны и имеют меньшее время непрерывного излучения).

3. История OSCAR-13

В официальном пресс-релизе AMSAT от 1 февраля 1988 года говорилось о завершении подготовки спутника AMSAT 'Фаза-3' для отправки в Южную Америку для запуска. С космодрома E.S.A. в Куру (Французская Гвиана) должен был быть запущен самый мощный из всех,созданных до того OSCAR; запуск планировался на высокоэллиптическую орбиту с периодом обращения вокруг Земли всего 2 оборота в сутки.

Новый спутник AMSAT должен был включить в себя 4 отдельных ретранслятора, обеспечивающих работу в диапазонах частот от 144 MHz до 2.4 GHz. Одним из четырех был ретранслятор для пакетного радио. Один ретранслятор должен был обеспечивать передачу более 75 QSO одновременно. Другой ретранслятор использовал ЧМ и был бы удобен для передачи бюллетеней через наземные УКВ репитеры. Спутник должен был работать более 5 лет. Усовершенствованные микросхемы памяти компьютера были защищены от космических излучений, влиянию которых они подвержены на орбите. 'OSCAR-13' ('Фаза-3С') достиг орбиты, близкой к орбите спутника 'Молния' после двух неудачных попыток: 'Фаза-3А' была потеряна при неудачном запуске ракеты 'Ариан' LO2; 'Фаза-3B' (ставшая 'OSCAR-10') в 1983 году достигла геостационарной орбиты, ее двигатель зажигания включился, но был неспособен в дальнейшем запустить основной реактивный мотор - возможно, из-за утечки топлива. Программа 'Фазы-3' началась в 1976 году с разработки следующего за 'OSCAR-7' спутника, первого OSCAR , работающего в моде В. 'OSCAR-8' (низкоорбитальный)
был построен лишь для заполнения существующего пробела, т.к. запуск первого спутника 'Фазы-3' был возможен только после прекращения существования 'OSCAR-7'. Т.о., с достижением 'OSCAR-13' заданной для 'Фазы-3' орбиты, о которой впервые речь зашла в 1976 году, 12-летняя программа, стоящая несколько миллионов долларов, наконец была завершена.

OSCAR-13 - технически усовершенствованная версия 'ОSCAR-10'. Он стабилизирован вращением, и может изменять свою ориентацию в пространстве с помощью встроенной электромагнитной системы, управляемой бортовым компьютером. Необходимая навигационная информация поступает от двух солнечных и двух земных датчиков, также имеются два датчика для сигналов "вверх/вниз". Бортовой компьютер, который также известен под названием Integrated Houskeeping Unit (IHU), управляет спутником практически автономно. Вмешательство наземной станции необходимо только при особых обстоятельствах. После отделения от ракеты-носителя 'OSCAR-13' оказался на эллиптической орбите с апогеем 36087 км, перигеем 239 км и наклонением 10°. Т.к. эта орбита не является стабильной, и наклонение орбиты необходимо было изменить до 57°, космический аппарат был оборудован 400-ньютоновым ракетным мотором. Он включался дважды, следуя фазам переориентации, т.о. были достигнуты необходимые параметры орбиты. Высота апогея была ступенчато увеличена до 36265 км и, с изменением наклонения, перигей был поднят до 2546 км.

Основываясь на некоторых публикациях, беспристрастному читателю могло бы показаться, что 'OSCAR-13' - проект одной нации. Это впечатление даже усиливается некоторыми внутренними информационными службами AMSAT - в них просто не освещается деятельность всех остальных, а когда упоминается, то искажается так, что может вызывать только раздражение. Возможным извинением этому может быть языковый барьер и недостаточно развитые связи между всеми остальными. Факт, что все проекты AMSAT, начиная с 'OSCAR-7' были международными, надо подчеркнуть особо. Во время частых визитов Жана Кинга (W3GEY) и Гордона Хардмана (KE3D) в Марбург (Западная Германия) обсуждались многие детали 'Фазы-3С' AMSAT; информация о них приведена ниже. Итак, для порядка следует заметить, что не только Венгрия, США и Германия готовились работать вместе над 'Фазой-3С', но также Южная Африка, Япония и Канада. Однако, из-за сокращения времени до запуска 'Фазы-3С', некоторые участники выпали, т.к. при таких сжатых сроках эффективная кооперация была невозможна.

AMSAT-DL мог подписать контракт о запуске с ESA (European Space Agency) в 1985 году. В то же время для запуска на этой же ракете был запланирован другой радиолюбительский спутник - - ARSENE (Франция) . Теперь об ARSENE не стоит жалеть.

Чтобы покрыть расходы по запуску, AMSAT-DL заплатил приблизительно 400 000 западногерманских марок. Первоначальная сумма в 764 000 западногерманских марок, затребованная за запуск спутника, была уменьшена до этой цифры благодаря предприимчивости Карла (DJ4ZC). Обещание американцев выделить 100 000 долларов на покрытие расходов по запуску было взято назад из-за отсутствия фондов. В связи с этим Германский радиолюбительский клуб (DARC) пошел дальше и сделал вклад 250 000 марок. Без этой суммы контракт о запуске не мог бы быть подписан. DARC заслуживает особой благодарности, так же, как и AMSAT-UK, который внёс 13 500 фунтов за транспортировку и страховку. Все это - на средства 'простых' радиолюбителей. Успех 'OSCAR-13' был достигнут благодаря многим организациям и частным лицам. Вот некоторые из них (в алфавитном порядке): AMSAT-DL, AMSAT-NA, AMSAT-UK, DB2OS, DB2ZB, DF7ZE, DG2CV, DJ2RA, DJ4ZC, DJ5KQ, DK1YQ, DK4VW, DL2MDL, DL4FA, DL3AH, G3RUH, HA5WH, KE3D, Leitz Company, MBB, Будапештский Университет, VK5AGR, W3GEY, W4PUJ, ZL1AOX.

4. Ракета 'АРИАН'

В 1964 году из многих возможных мест для запуска был выбран космодром Куру (Французская Гвиана). Решающими факторами были: близость к экватору (5° С.Ш.), а также - благоприятное расположение вблизи берега моря. Куру обеспечивает наибольшую возможную гибкость для выбора параметров орбиты запускаемого спутника. Благодаря близости к Экватору и тому, что Земля вращается здесь с наибольшей линейной скоростью, ракета получает дополнительный "толчок" - такой, что вес полезного груза, выведенного на орбиту, может быть увеличен приблизительно на 10% по сравнению с запуском с мыса Канаверал.

Куру был задействован впервые в 1968 году при запуске французской ракеты 'Вероника'. Первой знаменательной датой в истории Куру был Cочельник 1979 года, когда была успешно выведена на орбиту ракета 'Ариан'. Следующие пробные запуски 'Ариана' с первым спутником 'Фаза-3А' были в мае 1980 года, затем в июне и декабре 1981 года. С тех пор значительно расширилась зона запусков. Сразу же вслед за первым комплексом для запуска (ELA1) несколько лет спустя был воздвигнут второй (ELA2). 'OSCAR-13' был запущен оттуда. Первоначальная концепция 'Ариана' была выработана в Европе в 1970 году. К тому времени стало очевидным, что Европа нуждается в собственной ракете для запуска связных и метеорологических спутников, т.к. американцы не хотели потерять влияние в области спутников связи. Например, ими было поставлено условие, что в случае большого успеха проекта 'Симфония', который, между прочим, был первым спутником связи, стабилизированным по трём осям, его должно будет использовать только в научных целях, но не в коммерческих. Решение о создании независимой Европейской космической программы было принято в Брюсселе 31 июля 1973 года. Тогда было основано Европейское Космическое агентство. Франция внесла львиную долю финансов, примерно 63%, за ней шла ФРГ - 20%.

После четырех пробных запусков под руководством ESA была основана новая компания - Arianspace - для того, чтобы заниматься маркетингом и менеджментом для запусков спутников. К концу 1970-х годов стало ясно, что при значительно возросшем весе спутники не могут больше транспортироваться на орбиту из Куру, несмотря на благоприятное местоположение последнего. Т.о., было принято решение создать 'Ариан-4' - более мощную ракету, чем 'Ариан-3'.

'Ариан-4' была создана на базе опыта, полученного на ее предшественниках. На 'Ариан-4' были выполнены все требования потенциальных клиентов по крайней мере до конца века. Во всех 6-ти разных версиях предусматривалась возможность вывести полезный груз от 2 до 4.3 тонн на геостационарную орбиту с возможным изменением положения спутника на орбите.

Первая ступень, более длинная, чем у 'Ариан-3' имеет емкость  220 тонн топлива, которое расходуется за 138 секунд четырьмя двигателями 'Викинг' при давлении 58.5 Бар. Не считая дополнительного усиления каркаса, вторая и третья ступени 'Ариан-4' точно такие же, как и у 'Ариан-3', которая стала первой Европейской
ракетой-носителем. Контейнер для полезного груза - новая разработка швейцарской фирмы Contraves - имеет диаметр 4 м. Способ размещения спутника внутри полезного груза также новый. Специальная арматура, так называемая SPELDA (Structure Porteuse Externe pour Lancements Doubles Arian) дает возможность одновременного запуска двух или более спутников.

Из 6-ти возможных конфигураций для запуска была использована версия 44LP (L - liquid; P - poudre). Это означает, что 2 твердо- и 2 жидкотопливных ускорителя использовались на первом этапе запуска 'Ариана'.

5. Запуск и корректировка орбиты

Сразу же после прибытия группы AMSAT в Куру в конце марта 1988 года была произведена окончательная проверка спутника 'Фаза-3С'. Все технические параметры спутника сравнивались с заданными значениями. Во время проверки никаких проблем выявлено не было. AMSAT сделал заключение, что спутник готов к запуску.

Т.к. этот спутник был на правах 'субарендатора', для него не было предусмотрено специального места внутри SPELDA. Спутник был как-бы 'спрятан' внутри конического цилиндра. Все три спутника были установлены в порядке, обратном последовательности их отделения в космосе. Первым был 'Panamsat', затем - 'Meteosat', за которым шел AMSAT 'Фаза-3С', вклинившийся между ними в своем укрытии внутри конического цилиндра.

15 июня 1988 года в 11:19:04.330 UTC с космодрома Куру с первым удачным запуском ракеты 'Ариан-МК4' 'OSCAR-13' был, наконец, выведен на орбиту. Запуск намечался на более раннюю дату, но был отложен из-за сомнений в семи турбинах первой ступени, а затем - из-за неисправности бортового компьютера ракеты. Теперь, когда 'Ариан-4' был запущен, стояла следующая задача - расположить спутник на геостационарной орбите с правильной ориентацией. Комплект из трёх спутников был расположен наверху внутри большого SPELDA, имеющего форму яйца, расположенного на вершине третьей ступени. Комплект полезного груза, заполненный сверху донизу, состоял из: 'Meteosat-P2' (700 кг), 'Фазы-3С' (150 кг) и 'Panamsat' (1220 кг).

Последовательность операций при запуске типична:

• Т+0 - Зажигание четырех основных двигателей первой ступени типа 'Викинг'
• Т+2с - Зажигание четырех стартовых двигателей
• Т+4 - Взлёт ракеты
• Т+34 - Сгорание твердотопливных ускорителей на высоте 2.3 км., скорость 492 м/с
• Т+137 - Сгорание топлива первой ступени
• Т+213 - Отделение первой ступени
• Т+297 - Отделение контейнера (обтекателя) с полезным грузом
• Т+345 - Отделение второй ступени, зажигание третьей ступени
• Т+1076 - Сгорание топлива третьей ступени; выход на орбиту с высотой 199 км., 5000 км. от Куру

Полёт протекал изумительно гладко. Трансляция о его ходе обеспечивалась широкой сетью систем дальней связи. Информационная сеть запуска AMSAT-NA соединила между собой передатчики на пяти континентах в единую телефонную сеть, и начала работу за 30 минут до окна запуска. Отсчет времени передавался также на КВ диапазонах, а 'OSCAR-10' ретранслировал его накануне своей собственной 5-летней годовщины.

Первым по плану должен был отделиться 'Meteosat' - приблизительно через 20 минут после запуска. На 5 секунд позже отделилась несущая конструкция, на которой был укреплен 'Meteosat', и внутри которой была помещена 'Фаза-3С' ('Фаза-3С' оставалась внутри этой конструкции еще в течение одного часа). На 21-ой минуте после запуска отделилась верхняя часть SPELDA, открыв 'Panamsat'. Двумя минутами позже 'Panamsat' отделился от нижней секции SPELDA. Во избежание появления
коллизий были проведены специальные маневры до и после отделения 'Panamsat'. Наконец, на 80-ой минуте после запуска (через 60 минут после отделения 'Meteosat') 'Фаза-3С' отделилась от несущей структуры, превратившись в Amsat 'OSCAR-13'.

В момент рождения 'OSCAR-13' находился над восточной частью Индийского океана южнее Суматры на высоте 14 000 км. Радиостанции в Африке, Азии и Океании слышали начало передачи главного маяка 'OSCAR-13' в момент его рождения на ненаправленные антенны. Вот что он передавал:

Следующим событием после запуска было точное определение параметров реальной орбиты и поднятие перигея до необходимой высоты с помощью включения бортового реактивного двигателя. До того, как сработает первый мотор, необходимо было повернуть летательный аппарат приблизительно на 90°. Для этого использовались электромагниты в вершинах корпуса спутника. Для того, чтобы обеспечить наилучшее взаимодействие между ними и магнитным полем
Земли корректировка производилась только во время прохождения спутником нижней части орбиты (перигея). Однако, реактивный двигатель оказывает наибольшее влияние на изменение орбиты, когда он включается в апогее.

Международный коллектив ученых и инженеров АMSAT заранее определил оптимальную серию маневров для корректировки орбиты до приемлего положения. Для этого были необходимы точные измерения параметров орбиты , точный расчет работы двигателя и - по крайней мере дважды - включение его в точно рассчитанный момент времени. Сразу же после запуска началась интенсивная работа по уточнению параметров орбиты спутника с использованием новейших средств и
математических методов. Сначала AMSAT обращался за орбитальными данными к ESA и NASA , используя собственную систему слежения только для калибровки. (Метод измерений, используемый AMSAT, основывается на измерении времени прохождения сигнала на спутник и обратно). Затем, после включения импульсного двигателя, AMSAT делал свои собственные измерения параметров орбиты. Т.к. размеры 'OSCAR-13" очень малы, его очень трудно обнаружить на высоте 36 000 км. даже при помощи самых мощных радиолокационных систем. Однако, его можно поискать с помощью больших государственных локаторов, если точно знать время прохождения им определенного отрезка орбиты. Используя свою собственную аппаратуру и методы измерений для определения примерных данных, AMSAT сокращал зону поиска для операторов радаров. Торможение в атмосфере оказывает неблагоприятное воздействие на стабильность спутника. Поэтому первое включение двигателя было проведено как можно раньше. После того, как погрешность положения спутника на орбите была снижена до приемлемого уровня, двигатель был включен для того, чтобы поднять перигей с высоты 220 км до более удобного промежуточного уровня, на котором можно было бы точно определить дальнейшие действия. Затем должно было быть произведено второе включение, чтобы вывести спутник на окончательную орбиту. Первое включение двигателя дало возможность откалибровать его воздействие, анализируя параметры реальной промежуточной орбиты, благодаря этому второе включение смогло быть спланировано и выполнено очень точно. Между включениями двигателя требовалось произвести кое-какие маневры по ориентации спутника; до достижения параметрами орбиты окончательного значения ретранслятор нельзя было использовать для связи.

Реактивный двигатель был включён 22 июня в 18.58 UTC примерно на 51 секунду. Параметры промежуточной орбиты стали такими: наклонение 13.80°; высота перигея 1081 км.; высота апогея 36 108 км.

Перед вторым включением двигателя было необходимо проделать большую работу. Как только были получены точные данные о промежуточной орбите, необходимо было переориентировать спутник в более удобное положение и развернуть его. Чтобы обеспечить устойчивость спутника на орбите во время включения двигателя
скорость его вращения была увеличена приблизительно до 60 рад/мин,; кроме того, центробежная сила выдавила остатки топлива ближе к внешней части спутника, на дно топливных баков, туда, где расположены концы топливозаборных трубок. Как только спутник теряет массу, его момент инерции также уменьшается, но вращательный момент сохраняется (и от выхлопа значительно не уменьшается), поэтому в момент зажигания наблюдается увеличение скорости вращения.
Второе включение корректировочного двигателя было произведено в 21.03 UTC 6 июля и продолжалось 340.6 секунд (5.66 мин). Оно имело абсолютный успех и привело к выходу спутника на его окончательную орбиту с наклонением 57.7°, высотой перигея 2545 км. и высотой апогея 36 265 км.

Перед зажиганием двигателя телеметрия была переведена на 'инженерный маяк' и в течение 15 минут передавала Q-блоки. Примерно на 6 минуте (в момент зажигания) началась передача специальных Н-блоков (давление) и F-блоков (нагрев), затем был включен мотор. Это было 'опорожняющее включение'; была использована практически каждая капля оставшегося топлива. Во время зажигания температура Z-поверхности (поверхность , на которой закреплен мотор)
резко подскочила (на 23°) от инфракрасного излучения, т.к. температура сопла реактивного двигателя поднялась до 1800°С. Даже когда вышло все топливо, выход герметизирующего газа (гелия) кое-что добавил к общему изменению скорости, что, может быть, увеличило наклонение орбиты на 0.1°.

Кстати, KA9Q подсчитал выходную мощность реактивного двигателя. Очевидно, что как только энергия топлива превратилась в кинетическую энергию выхлопа, развилась мощность, равная 600 кВт. Вероятно, с учетом энергии, пошедшей на нагревание и ионизацию выхлопа , общая мощность развилась до значения более 1МВт. Т.к. приёмник командной радиолинии работает с сигналами порядка -144 дБВт, 'коэффициент усиления спутника' достиг более 200 dB, сделав его, вероятно, самым
мощным усилительным устройством, когда-либо построенным любителями!! После этого было обнаружено, что большинство систем спутника работает нормально. Высота перигея была даже выше, чем ожидалось, что обеспечивало большую надежность орбиты и большую зону видимости для станций во время нахождения спутника в области перигея. После включения двигателя скорость вращения была 69 рад/мин., командным станциям предстояло уменьшить её до приблизительно 30 рад/мин. и установить спутник в рабочее положение, когда во время прохождения апогея антенны направлены в сторону Земли.

Официальное открытие ретранслятора 'OSCAR-13' состоялось в пятницу 22 июля в 15.00 UTC. 'OSCAR-13' был наконец на орбите и работал. Ниже приведены три группы Кеплеровских данных, характеризующих орбиту 'АО-13' сразу же после запуска, затем - сразу же после первого включения двигателя и , наконец, окончательную
орбиту, полученную после второго включения.

6. Работа спутника

Для различных положений 'OSCAR-13' на орбите устанавливается расписание работы его ретрансляторов. Если ретрансляторы работают во время, не указанное в расписании, это значит, что они включены для измерений или экспериментов, которые легко могут быть нарушены; поэтому, пожалуйста, НЕ ИСПОЛЬЗУЙТЕ спутник без специального разрешения.

Положение спутника на орбите говорит о том, в каком направлении смотрят его антенны. Зная это, можно сделать вывод о том, как они направлены по отношению к конкретному пользователю. Это направление обычно называют по-разному - 'углом перекоса', 'углом направления' и т.д.

Положение на орбите определяется широтой и долготой подспутниковой точки. Долгота отсчитывается от перигея по
направлению движения спутника (так же, как средняя аномалия). Широта отсчитывается вверх и вниз от проекции орбиты. Числа, отражающие положение спутника на орбите, называются ALON и ALAT (или BLON/BLAT), пишется обычно ALON/ALAT. На самом деле они показывают, куда смотрит мотор. Антенны направлены в противоположную сторону, т.е. (ALON-180) и -ALAT.

Итак, если положение спутника определяется как 190/-5, это означает, что спутник находится в апогее, антенны смотрят приблизительно на северо-запад от подспутниковой точки и будут точнее всего направлены к центру земли через некоторое время после прохождения апогея.

Положение спутника может быть изменено управляющей станцией. Установленное однажды, оно остается неизменным по отношению к инерционному пространству (звездам), но т.к. проекция орбиты медленно перемещается благодаря прецессии, появляются медленные изменения значений ALON и ALAT. ALON увеличивается примерно на 0.02° в день, ALAT падает примерно на 0.8° в день. В определенные периоды года угол поворота спутника относительно Солнца неблагоприятен, спутник повернут так, что антенны не смотрят на Землю в апогее (однако, они обычно смотрят на Землю на других участках орбиты). Также возникает неудобство от затемнения (прохождение через земную тень). Из-за этого приходится менять расписание работы спутника в зависимости от сезона. Изменения в расписании обычно публикуются заранее через различные информационные сети, OSCAR NEWS, ASR и маяки спутников. Вот как выглядит типичное расписание работы спутника:

При публикации расписания для определения моментов времени легче всего использовать МА - среднюю аномалию (Mean Anomaly). В стандартных кеплеровских параметрах средняя аномалия определяет положение спутника на орбите и измеряется в градусах (от 0° до 360°). Для облегчения вычислений AMSAT разбивает орбиту на 256, а не на 360 частей, как это сделано в кеплеровских параметрах. Один 'кусочек' МА вычисляется путем деления периода обращения спутника (686.70 мин.) на 256 равных частей. Т.о. одна часть получается равной 2.6824 минут. МА принимается равным нулю в перигее. В апогее МА равняется 128.

Все ретрансляторы спутника различаются по модам: Мода А, Мода В и т.д. На 'OSCAR-13' частотные диапазоны ретрансляторов распределены следующим образом:

7. Связь через спутник

Главное при работе через спутник - не использовать мощность, больше той, что позволяет выбранная мода; использовать моды, которые не требуют большой мощности; и - использовать как можно более узкую полосу частот.

Обычно работают в дуплексном режиме. Это позволяет: а) легко "вклиниться" в работу других станций, б) непрерывно следить за QRM, в) постоянно контролировать доплеровский сдвиг частоты, г) контролировать качество собственного сигнала.

Для работы в режиме SSB конвенцией предусмотрено использование верхней боковой полосы для приёма на наземной станции. Поэтому, для ретрансляторов с инверсией, таких, как OSCAR-13, следует на передачу установить нижнюю боковую полосу.

Для работы в режиме CW (кодом Морзе) рекомендуется использовать фильтры (НЧ и ПЧ) с полосой не более 500 Hz (по уровню -3 dB).

Выходная мощность должна быть ограничена таким образом, чтобы уровень ретранслируемого сигнала был не выше, чем сигнал основного маяка минус 10 dB (на пиках).

Для режимов с непрерывно передаваемой несущей (ACSSB, передача данных DPSK/BPSK, RTTY и эксперименты) занимаемая полоса должна быть минимально возможной, в любом случае она не должна превышать 3 KHz.

При работе в моде J может возникнуть много проблем на наземной приёмной станции. В Европе участок диапазона 144 MHz между 144.400 и 144.500 MHz используется для многих видов работы, таких, как метеорная связь, скеды и сети. Для того, чтобы избежать QRM от часто лихорадочной активности в эфире, следует опуститься вниз по диапазону. Но и здесь, стараясь услышать собственный ретранслированный сигнал, наземные станции "рыщут" по диапазону в поисках места для QSO и кричат с мощным сигналом на нижней боковой "Частота свободна?" или что-либо подобное.

Авторы OSCAR-13 осознавали, что технический уровень их разработки намного обгоняет уровень развития восточно-европейских стран, и, несмотря на то, что основную часть спутника составляет аппаратура на 24 см, они включили в его состав аппаратуру на небольшой участок 2-метрового диапазона (впервые использовавшегося в 1965 году на OSCAR-3) специально для тех стран, где радиолюбители не могут достать аппаратуру на 1269 MHz или не имеют разрешения на использование этого диапазона. В конце концов, смысл этой игры - вовлечь в неё всех радиолюбителей, а не только представителей богатых и развитых стран.

К сожалению, многие операторы злоупотребляют возможностями, заложенными в проект из добрых побуждений, поэтому в критические моменты, такие, как выходные дни, аппаратуру приходится выключать. Радиолюбителей в развитых странах просят не использовать этот специальный диапазон, и большинство из них с уважением относится к этой просьбе, но - любительское радио тоже не лишено своих вандалов, идиотов и дураков.

8. Доплеровский сдвиг частоты

Это эффект, зависящий от частоты сигнала и скорости перемещения объекта, который хорошо заметен при наблюдении за радиолюбительскими спутниками (обычная скорость спутника на низкой орбите около 27 000 км/час, но в апогее OSCAR-13 движется со скоростью меньше 7 000 км/час). В обычных условиях этот эффект проявляется как перемещение сигнла спутника по частоте. Доплеровский сдвиг на линии Земля-спутник обычно прибавляется после прохождения через ретранслятор к сдвигу частоты на линии спутник-Земля, образуя суммарный сдвиг около нескольких килогерц. При возрастании частоты возрастает и величина сдвига частоты, т.о. при использовании высоких частот, таких как 435 и 1270 МГц возникает довольно большой суммарный сдвиг. Помните, что при работе через ретранслятор необходимо учитывать сдвиг частоты за счёт прохождения сигнала на спутник и обратно, в то время как при наблюдении маяка - только в одну сторону.

Минимальный сдвиг будет в районе апогея, возрастая при приближении спутника к перигею, затем опять уменьшаясь при возвращении к апогею. Естесственно, что доплеровский эффект при работе в моде L будет в 3 раза больше, чем при работе в моде В.

Однако, ретранслятор можно сконструировать так хитро, что на стадии смесителя отрицательная составляющая будет больше положительной (иными словами перевернуть наоборот), таким образом, что один доплеровский сдвиг будет вычитаться из другого. Возьмеём для примера моду В: доплеровский сдвиг на линии "вверх" (70 см) в 6 кГц вычитается из доплеровского сдвига на линии "вниз" (2 м) в 2 кГц. В результате получается только 4 кГц вместо 8-ми в случае, когда используется положительная составляющая. Вот почему ретранслятор называют "инвертирующим" - частотный спектр приходит со спутника на Землю в перевернутом виде. Если передаётся нижняя боковая полоса, то в процессе прохождения через ретранслятор она превращается в верхнюю боковую полосу, которая и принимается наземной станцией. Такая ситуация считается стандартной.

9. Задержка по времени

Задержка ретранслированного сигнала будет примерно 250 мс в апогее и около 25 мс в перигее. В перигее она будет незаметна, но в апогее её влияние значительно. Для того, чтобы не заикаться при работе на передачу (при работе телефоном или телеграфом), следует во время передачи уменьшать уровень принимаемого сигнала (не до конца).

10. Порядок проведения связи

Вот пример, 'шаг за шагом' иллюстрирующий, как следует работать через OSCAR-13:

1. По орбитальному календарю или другому публикуемому источнику данных подберите удобную орбиту, расписание работы, время AOS/LOS и всю информацию, необходимую для направления антенны.
2. Если необходимо, настройте передатчик, желательно до наступления рассчетного времени AOS, используя эквивалент антенны.
3. Поверните все подвижные антенны в необходимом направлении. Информация о направлении антенн во время работы должна быть расположена так, чтобы в неё можно было быстро заглянуть.
4. Включите приёмник на необходимый диапазон и убедитесь, что он не "запирается" и не теряет чувствительность при работе передатчика.
5. Если собираетесь работать телефоном, включите на передатчике нижнюю боковую полосу (LSB).
6. Прослушайте маяк, чтобы убедиться, что спутник действительно летит, при этом не забудте, что он может быть слышен в нескольких килогерцах выше или ниже указанной частоты за счет эффекта Доплера.
7. Убедившись, что спутник в пределах зоны видимости и функционирует, следует, пройдясь по диапазону, послушать несколько SSB и CW сигналов. Следующий этап - это, убедившись, что частота свободна, выяснить, ретранслируется ли ваш сигнал через спутник. По частотным таблицам, приведенным в этой книге, вы сможете быстро определить в пределах нескольких килогерц, на какой частоте следует слушать ваш сигнал. Учитывая суммарный доплеровский сдвиг частоты, следует слушать сигнал на несколько килогерц выше/ниже рассчитанной частоты. Для точной настройки можно медленно повращать VFO, но лучше подстраивать приемник.
8. Давая общий вызов и слушая свой сигнал, будьте готовы к тому, что кто-то позовет вас во время передачи. После установления контакта, QSO проводится обычным способом.
9. При высылке QSL-карточки за связь, проведенную через спутник, в графе "частота" не забудте пометить: "435/145 MHz via AO-13 orbit No..." и т.д. , т.к. существует много дипломов и сертификатов за работу через OSCAR, которые не могут быть получены без предоставления карточек, помеченных за работу через спутник.

11. Частотный план

Для спутниковых участков любительских диапазонов существует свой частотный план. Ниже приведен план для линии "вниз". Для OSCAR-13, имеющего инвертирующий ретранслятор, план для линии "вверх" является зеркальным отображением приведенного.

Примечания:

• [1] Защитная полоса - чтобы не мешать работе маяков.
• [2] Между CW и SSB участками - участок для работы RTTY и SSTV; это соответствует распределению диапазона на КВ, где для RTTY используется участок CW, а для SSTV - участок SSB.
• [3] Участок для смешанной работы. Его рекомендуется использовать только станциям с кварцевой стабилизацией частоты, экспедиционным станциям или желающим работать с CW и SSB станциями.

12. Мероприяттия для работающих через спутник

Кроме проведения обычных QSO OSCAR-13 используется для различных "спортивно-технических" мероприятий, таких, как соревнования в эфире и технические конкурсы, за которые будут выдаваться дипломы и памятные доски. Например - "ZRO Test" (по позывному K2ZRO). Здесь испытывается чувствительность вашей станции путем последовательной посылки со спутника все более слабых сигналов. "SatFox" - версия "охоты на лис" с помощью спутника. Продумываются и другие виды спортивно-технических мероприятий.

"ZRO Test", уже около двух лет популярный на OSCAR-10, даёт возможность посоревноваться необычным способом. От его участников требуется принять телеграфный сигнал, передаваемый со спутника с постепенно убывающей мощностью. Тому, кто продемонстрирует наибольшую чувствительность своей станции, выдается почетный диплом. При работе через OSCAR-10 в моде В большинством участников был принят сигнал на 18 дБ слабее сигнала маяка, что является довольно большим достижением. Но некоторые бедняги смогли принять сигнал только на 3 дБ слабее сигнала маяка! Им тоже были вручены дипломы и шуточные советы!

Соревнования начинаются с того, что со спутника посылается сигнал в полосе ретранслятора с мощностью, равной мощности маяка. Это стартовый уровень (условно Z-0). Затем мощность снижается на 3 дБ - уровень Z-1. Передаются серии цифр со скоростью 10 слов в минуту. Участники записывают номера. Затем мощность снижается еще на 3 дБ - уровень Z-2 (на 6 дБ слабее маяка). Передается следующая серия цифр. И так далее - до уровня Z-8, когда сигнал становится уже на 24 дБ слабее маяка. В то время как в моде L уже несколько человек сумели принять сигнал с уровнем -24 дБ и заработали диплом "Мода L Z-8" , только одной станции удалось к моменту написания этой книги принять сигнал с уровнем Z-8 в моде В.

В SatFox участникам предлагается определить местонахождение спрятанной "лисы" через OSCAR-13 путем измерения сдвига частоты излучателя за счет эффекта Доплера в течение одного часа. Необходимо произвести очень точные замеры частоты и комплексный анализ полученных результатов. Эти соревнования находятся в стадии проработки и развития, изучаются их математические и игровые возможности. Планируется создать для участников программу компьютерного анализа результатов чтобы избавить их от нудных расчетов. Тем не менее, участникам придется обзавестись очень точными эталонами частоты и измерительными приборами и научиться с ними обращаться. Вот где необходима высокая квалификация!

13. Общие положения

Самое злостное нарушение правил поведения при работе через спутник - это забыть, что ты работаешь не один.
Для начинающих приводим список правил: что МОЖНО и что НЕЛЬЗЯ делать при работе через OSCAR-13:

• Не излучайте никаких сигналов до тех пор, пока не услышите работу маяка. Если ваш передатчик работает эффективнее приемника, что имеет место у большинства пользователей, то вы имеете шанс испортить кому-то dx-QSO, если он принимает ваш сигнал. Во всяком случае, по сигналу маяка можно очень точно настроить приемный канал и направить антенны. Для получения хорошей приемной системы можно самому сделать самые дешевые преобразования (см. ниже).
• Не превышайте мощность, иначе вы выживете с диапазона тех, кто играет по правилам, и дадите им повод поступать так же. Остерегайтесь соблазна прожечь дыру в ионосфере! Это самая главная вежливость оператора!
• Не зовите редкие dx-станции, с которыми вы уже работали, если их вызывает кто-нибудь ещё, чтобы не уменьшать шансы других операторов.
• Не давайте непрерывно CQ. Достаточно дать короткий вызов, затем послушать; иначе вы только увеличите коэффициент АРУ и будете зря расходовать энергию аккумуляторов.
• Не используйте участок 145.8-146.0 МГц для обычных контактов даже тогда, когда спутника нет в зоне видимости.
• Уделяйте как можно больше внимания вашей приёмной системе. При её хорошем качестве вы сможете услышать даже очень слабый ретранслированный сигнал, а следовательно - провести гораздо больше dx-связей. Используйте, по возможности, наименьшую мощность. Уделить больше внимания коэффициенту усиления и уменьшению шумов вашего приемника и улучшению диаграммы направленности приемной антенны - это самое дешевое и приятное из всего, что вы можете сделать.
• Слушайте бюллетени AMSAT'а и все новости, передаваемые на "круглых столах", используйте преимущества применения при работе свежей оперативной информации, старайтесь передавать ее другим - помните, что очень немногие операторы, работающие только на УКВ, могут читать бюллетени, передаваемые маяками телеграфом.
• Не занимайте частоты, на которых должны работать редкие и маломощные станции. Не сидите там, давая безнадежное "CQ" - лучше послушайте. Сообщайте в эфире, что ваша станция имеет кварцевую стабилизацию частоты, прибавляя к позывному "/xtal", чтобы остальные операторы могли это учесть.
• Убеждайте остальных не использовать спутниковые частоты для локальных контактов. В некоторых странах игнорируется частотный план для диапазона 2 м. Призывайте всех быть вежливыми!
• Наконец, старайтесь помогать новичкам! Мы все когда-то начинали.

14. Требования, предъявляемые AMSAT к ползовательским станциям

Мода В

• Линия "вверх"
  • ЭИИМ: 21.5 дБВт (150 Вт) для получения пикового отношения сигнал/шум на выходе ретранслятора 20 дБ, что соответствует среднему отношению с/ш 10 дБ;
  • Поляризация: правосторонняя эллиптическая;
  • Рекомендуется: 10 Вт при коэффициенте усиления антенны 12 дБи.
• Линия "вниз"
  • Поляризация: правосторонняя эллиптическая;
  • Рекомендуемый минимальный коэффициент усиления антенны: 10 дБи;
  • Максимальная температура шума приемной системы: 625К (NF= 5.0 dB);
  • Минимальный запас добротности: -18 dB/К.

Удобно сравнивать реальные параметры линии моды B с опубликованными значениями: 21.5 дБВт ЭИМ (141 Вт ЭИМ) - этого достаточно для получения соотношения сигнал/шум на линии "вниз" в среднем 10 дБ. Практика показывает, что когда транспондер моды B сильно загружен, на линии "вверх" может потребоваться большая мощность.

Мода JL

• Линия "вверх"
  • ЭИИМ: мода L - 37 дБВт (5 кВт) для получения пикового отношения сигнал/шум на выходе ретранслятора 20 дБ, или 10 дБ среднего значения;
  • мода J - 25 дБВт (300 Вт) соответственно;
  • Поляризация: правосторонняя эллиптическая;
  • Рекомендуется: мода L - 50 Вт при антенне 20 дБи;
  • мода J - 20 Вт при антенне 12 дБи.
• Линия "вниз"
  • Поляризация: правосторонняя эллиптическая;
  • Рекомендуемый минимальный коэффициунт усиления антенны: 15 дБи;
  • Максимальная температура шума приемной системы: 290 К (NF=3 дБ);
  • Минимальный запас добротности: -12 дБ/К.

Практика показывает, что мода J также оправдывает и даже превышает ожидания. Рекомендованной мощности передатчика 25 дБВт (316 Вт ЭИМ) должно быть достаточно для получения ретранслированного сигнала с мощностью, равной мощности основного маяка на 435.651 МГц. При нормальных условиях для этого потребуется всего около 20 Вт при антенне 12 дБи.

Мода L

В моде L ожидаемого успеха не получилось; мощность наземной станции должна быть по крайней мере на 10 дБ больше, чем планировалось. Периодически каким-то необъяснимым образом падает чувствительность приемника этой моды. Чаще всего для связи в этой моде бывает необходима мощность 5 кВт , иногда - даже 50 кВт, тогда как в другие моменты бывает достаточно 1 кВт. Тот, кто уделит внимание всем деталям передающей аппартуры для диапазона 24 см, будет вознагражден. Для работы CW, конечно же, требуется гораздо меньшая мощность: 10 Вт при антенне с усилением 15 дБи в основном бывает достаточно.

Фактором, значительно усложняющим работу в моде L, является несовпадение диаграмм направленности передающей и премной антенн на линии "вверх". Приемная антенна диапазона 24 см имеет значительно более узкую диаграмму направленности, поэтому, если допустить неточность в наведении, эта разница скажется. При ширине диаграмм направленности антенн на спутнике 49° в диапазоне 24 см и 67° по уровню 3 дБ в диапазоне 70 см результаты погрешности наведения антенн в моде L сразу сказываются. Погрешность в наведении в 25°, например, может стоить 4 или 5 dB. Одним из показателей качества линии является отчетливо слышимый шум покоя ретранслятора. При хороших условиях для данного QTH в течение всего времени работы спутника в моде L оптимальный период работы будет составлять приблизительно 2 часа.

Мода S

• Линия "вверх"
  • ЭИИМ: Около 27 дБВт (500 Вт) при среднем для моды В состоянии АРУ;
  • Поляризация: правосторонняя эллиптическая;
  • Рекомендуется: 25 Вт при антенне с усилением 13 дБи.
• Линия "вниз"
  • Поляризация: правосторонняя эллиптическая;
  • Рекомендуемый минимальный коэффициент усиления антенны: 28 дБи;
  • Типичная антенна: парабола диаметром 1.4 м с эффективностью 50 %;
  • Максимальная температура шума приемной системы: 290К (NF=3.0 дБ);
  • Минимальный запас добротности: + 3 дБ/К.

Мода S оказалась очень удачной. Не считая частоты маяка, все реальные параметры соответствовали ожидаемым, сила сигнала была номинальной. Несколько станций сообщили, что они слышали маяк, работающий с BPSK, на 6-16 dB громче шума. Большинство операторов использовали в качестве антенн тарелки диаметром 4 фута и имели значение коэффициента шума по крайней мере 1.0 dB, использовались также Yagi с коэффициентом усиления 20 dB и трехфутовые сеточные тарелки.

RUDAK

• Линия "вверх"
  • ЭИИМ: 26 дБВт (400 В);
  • Типичные рекомендуемые параметры: 8 Вт с антенной 17 дБи;
  • Поляризация: правосторонняя эллиптическая.
• Линия "вниз"
  • Приёмная антенна: 10 дБи для соотношения с/ш 12 дБ;
  • Поляризация: правосторонняя эллиптическая.

15. Передающая система

Запомните, что 100 Вт эффективной излучаемой мощности соответствуют 10 Вт подводимой мощности при коэффициенте усиления антенны 10 дБ или 100 Вт подводимой мощности при антенне типа GP. При расчете выходной мощности должны быть учтены потери в питающем кабеле. Мощность при работе через спутник чаще всего превышают радиостанции, имеющие плохую приёмную систему. Обычно они увеличивают мощность передатчика до тех пор, пока не услышат собственный ретранслированный сигнал, не учитывая, что более сильный сигнал только загрубляет АРУ приёмника ретранслятора и забивает сигналы слабых станций, пытающихся работать через ретранслятор. Существуют также операторы, желающие быть "самыми громкими станциями на диапазоне". С этими свиньями ничего не поделаешь. Можно только попытаться объяснить большинству из них, насколько эгоистично они поступают. Как правило, ваш собственный ретранслированный сигнал должен быть на 10 дБ слабее сигнала маяка. Если спутник слышно хорошо, а ваш собственный ретранслированный сигнал не достаточно громкий, то могут быть две причины: во-первых, ваши данные для слежения нуждаются в уточнении, во-вторых, в канале есть кто-то, работающий излишне большой мощностью.

Возможность изменять частоту во время передачи очень желательна, но не обязательна.

• 70 см --- Как правило, бывает вполне достаточно обычного SSB передатчика промышленного изготовления. Вероятно, вас устроит трансвертер 28/435 МГц, с трансвертером же 144/435 МГц могут возникнуть проблемы перегрузки. Иногда выгодно иметь усилитель мощности.
• 24 см --- Если используется трансвертер или трансивер на 1269 МГц , то после него потребуется усилитель мощности. Заметьте: требуемая частота - 1269 МГц (не 1296!). Большинство трансвертеров на 1296 МГц не подойдут без точной перестройки и замены кварцев.

16. Виды модуляции

Через OSCAR-13 возможно работать следующими видами модуляции:

• CW (код Морзе)
• SSB (телефон)
• DPSK/BPSK (передача данных)
• RTTY
• AMTOR (работа в режиме с исправлением ошибок на приеме гарантирована; работа в режиме с подтверждением приема вызывает трудности.)

Следующие виды модуляции не рекомендуются:

• ЧМ (телефон)
• AМ
• MCW
• SSTV
• Передача данных со скоростью 1200 бит/с с ЧМ
• Любой вид модуляции, требующий полосы более 3 кГц
• Любой вид модуляции, требующий мощности ретранслированного сигнала большей, чем рекомендовано для одной станции.

17. Приёмная система

Приём сигнала со спутника отличается от приёма сигнала обычной дальней наземной станции тем, что, как правило, связь осуществляется по линии прямой видимости и требуется вести приём при работающем передатчике. Кроме того, т.к. мощность спутника делится между всеми работающими через него станциями, то с большой вероятностью на каждый ретранслированный сигнал будет приходиться всего несколько милливатт. Ряд разработок трансиверов оптимизирован по интермодуляции за счет фактора шума; такая аппаратура требует малошумящего предусилителя.

Большое преимущество дает точная шкала. Приёмник не должен терять чувствительность при работе передатчика. (Большинство приёмников удовлетворяют этому требованию).

18. Антенны и поляризация

Рекомендуется следить за азимутом и элевацией антенны. Обычно, корректировать ее приходится, примерно, раз в два часа. Спутник спроектирован и работает таким образом, чтобы необходимый коэффициенты усиления приемной и передающей антенн не зависели от положения спутника на орбите.

Все антенны должны иметь правостороннюю эллиптическую поляризацию. При линейной поляризации появляется дрожание сигнала с частой около 2-х Герц, которое может быть от едва заметного до невыносимого. При этом минимальный коэффициент усиления антенны требуется на 3 дБ больше, чем при антенне с круговой поляризацией (чтобы скомпенсировать потери на поляризацию).

OSCAR-13 излучает сигнал с правосторонней эллиптической поляризацией, но за счет эффекта Фарадея в атмосфере поляризация иногда меняется. Спутник имеет возможность переключать антенны на изотропные при нахождении в районе перигея (когда он отворачивается от Земли); направленные антенны, когда они направлены к Земле под углом, тоже будут иметь линейную поляризацию. Соответственно, антенны с круговой поляризацией не могут давать максимальный эффект в течении всего времени.

Результаты при использовании вертикальной и горизонтальной поляризации будут адекватными, но не идеальными большую часть времени, иногда будут появляться проблемы из-за федингов. Лучше всего иметь возможность переключения поляризации. Т.к. антенная система спутника имеет круговую поляризацию, то при использовании аналогичной поляризации на наземной станции можно иметь значительный выигрыш, но только в том случае, когда антенны спутника направлены на наблюдателя. Как уже было отмечено, OSCAR-13 стабилизирован вращением, в апогее антенны направлены идеально к центру Земли. Но ситуация меняется, когда спутник "виден" сбоку. В этом случае лучше иметь соответствующую линейную поляризацию. Преимущество будет у станции, имеющей возможность выбора между горизонтальной, наклонной, вертикальной, лево- и правосторонней эллиптической поляризацией.

19. Типовые станции

Приведённые ниже примеры не являются единственным вариантом оборудования наземной станции, но могут быть полезны.

СТАНЦИЯ "А". Для работы SSB в моде В. Станция оборудована:

• трансивер на 70 см., 25 Вт p.e.p., SSB;
• 10-элементная вращающаяся спиральная антенна на 435 МГц с правосторонней эллиптической поляризацией;
• конвертер на 2 м., к приемнику 28-30 МГц;
• 6х6* элементов крестообразная "яги" с правосторонней эллиптической поляризацией на 146 МГц;
• устройство слежения за антенной, управляемое вручную;
• календарь орбит.

* В городской местности лучше иметь 10х10 элементов (чтобы избавиться от местных помех).

Такая станция может без труда слышать свой сигнал 75 % времени. Если приемник и передатчик аккуратно откалиброваны, то при связи в режимах CW и SSB почти не будет возникать проблем. Недостатком в данном случае является необходимость направлять антенны на спутник.

СТАНЦИЯ "В". Для работы SSB в модах B и L. Станция оборудована:

• передатчик на 1269 МГц, 2Вт PEP, SSB;
• линейный усилитель на 1269 МГц, обеспечивающий на выходе 20 Вт PEP, SSB;
• антенная решетка 4х24 спиральных элемента на 1269 МГц с правосторонней эллиптической поляризацией с потерями в фидере не более 1 дБ;
• трансивер на 70 см., 25 Вт, SSB, имеющий фактор шума около 3 дБ;
• 9-элементная вращающаяся спиральная антенна на 435 МГц, с правосторонней эллиптической поляризацией, с потерями в фидере не более 1 дБ;
• трансивер на 2 м;
• 6х6 элементов крестообразная "яги" на 146 МГц, с правосторонней эллиптической поляризацией;
• 2 автоматических поворотных устройства;
• компьютер, следящий за трассой спутника.

Станция имеет э.и.м. на 3 дБ меньше, чем рекомендовано для моды L. Этот недостаток можно скомпенсировать, используя более мощный линейный усилитель, обеспечивающий 40 Вт PEP. Но на практике потеря мощности в 3 дБ чаще всего незаметна.

20. Расчёт орбит и слежение за спутником

За прошедшие 30 лет техника расчёта параметров орбит любительских спутников прошла много ступеней развития начиная от построения сложных графиков, которое требовало большого труда (карманных калькуляторов в то время не существовало!), через составление таблиц и изготовление планшетов до эры домашних компьютеров, в которой мы сейчас существуем. Предварительный расчёт орбит необходим наземной станции для того, чтобы знать время видимости спутника, истинный азимут для направления антенны и - с какими DX-станциями можно ожидать связи в данное время. Скорость спутника на высокоэллиптической орбите возрастает при подлёте к перигею, так что характеристики орбиты в её малоудаленной части близки к характеристикам круговой орбиты; когда же спутник летит в районе апогея, то кажется, что он зависает в одной точке в течение нескольких часов до того времени, пока он снова не "нырнет" в область перигея.

Движение OSCAR-13 по орбите, как и большинства спутников, очень сложно. Он делает почти 766 оборотов вокруг Земли за год. Скорость движения по орбите меняется от почти 1.8 км/с в апогее до 8.6 км/с в перигее. Из-за прецессии орбиты широта апогея меняется примерно на 0.02° за орбиту (на момент написания этой книги). По мере приближения к точкам северного и южного экстремумов скорость изменения падает. Самое северное положение точки апогея будет приблизительно в феврале 1993 года, на Экваторе - в начале 1998 года, самое южное - в 2003 году (даже если он прекратит к тому времени работать).

Размеры зоны видимости OSCAR-13 в апогее почти такие же, как и у геостационарного спутника; когда же апогей находится над экватором, то и очертания зоны видимости почти совпадают. Разница состоит в том, что орбита у "OSCAR-13" все же эллиптическая, и после нескольких часов на очень большой высоте он "скатывается" в область перигея и затем огибает примерно половину Земли пока снова не войдет в область апогея.

Например, когда спутник находится на 100° западной долготы, в зоне видимости находится все западное полушарие, кроме части Гренландии. При перемещении спутника к 15° западной долготы, зона видимости покрывает все Соединенные Штаты и Канаду на восток от Мисисипи, всю Южную Африку, Африку, Европу и Ближний Восток; начиная с 75° - вся Африка и Азия и часть Австралии могут говорить между собой.

Публикуемые предварительные данные предназначены для определения AOS (время восхождения), максимальной элевации (в апогее не нужна) и LOS (время захода), т.к. при появлении в различных частях эллипса EQX локальные вычисления становятся достаточно сложными. Орбитальные данные для всех спутников публикуются различными официальными организациями в форме кеплеровских параметров, которые определяют положение спутника, направление движения, скорость и т.д. относительно небесных координат в фиксированный момент времени. Любители, имеющие домашние компьютеры (т.к. вычисления по кеплеровским параметрам ОЧЕНЬ сложны - достаточно упомянуть сферическую тригонометрию и гравитационные константы), могут ввести в них кеплеровские параметры и получить данные для слежения за спутником для любого типа орбиты. Однажды приобретенный, домашний компьютер становится бесценным средством для выполнения многих задач, связанных с работой через спутники, включая декодирование телеметрии и управление поворотом антенн. Легче всего получать орбитальные данные на "круглых" столах AMSAT, где обычно дается прогноз AOS и LOS для данного района или в пакетных BBS. Если повезет, то можно получить даже данные для направления антенн. В среднем, долгота точки пересечения Экватора OSCAR-13 повторяется каждые 10 дней (с точностью ±5°). Т.о., если вы ведете аккуратные записи, то можно будет восполнить пробелы в информации.

Более надежно пользоваться орбитальным календарем, издаваемым AMSAT на каждые два месяца, который можно приобрести по достаточно низкой цене.

Если у вас есть домашний компьютер, вы можете пользоваться программой для расчета эллиптических орбит. AMSAT публикует кеплеровские параметры в Oscar News, ASR, AMSAT-DL, AMSAT-NA и других изданиях, в отдельных случаях у них можно получить программное обеспечение для наиболее популярных компьютеров. Российские пользователи проще всего могут получать нужные данные в любом пакетном BBS в рубриках KEPS, KEPLER, AMSAT, AMS, SAT.

21. Аппаратное обеспечение спутника

OSCAR-13 - третий аппарат в третьем поколении спутников. Его высота вместе с антеннами - 1.35 м. Ширина вместе с антеннами - 2.00 м. При запуске спутник весил почти 140 кг (включая около 57 кг топлива). Расчётное время жизни - шесть лет.

Спутник содержит ретрансляторы, систему телеметрии и командную радиолинию, систему электропитания, электронную систему, систему слежения за положением и управления двигателем, все - под управлением общего управляющего устройства.

Система электропитания содержит солнечные батареи, обеспечивающие около 50 Вт в начале своего существования. В зависимости от различных факторов за семь лет их мощность падает приблизительно до 35 Ватт. Основная аккумуляторная батарея имеет ёмкость 10 Ач, дополнительная - 6 Ач.

Спутник вращается вокруг оси Z со скоростью около 30 рад/мин. Его положение и скорость вращения регулируется магнитными стержнями. Сигналы с датчиков магнитного поля Земли и Солнца подаются на компьютер.

К сожалению, не так много информации было доступно о наименее "романтичных" составляющих спутника, таких, как электронный сенсорный блок, устройство зажигания, регулятор заряда батарей и т.д.

IHU - многоцелевой компьютер, использующий операционную систему IPS и центральный процессор 1802 COSMAC с памятью 32 К, защищенной от воздействия радиации.

Бортовой кик-мотор представляет собой ракетный двигатель на двухкомпонентном жидком топливе, способный вызывать импульс силой до 400 Н. Ожидаемое изменение скорости двигателем Delta-V около 1500 м/с при весе космического аппарата 140 кг.

Антенны: для диапазона 2 м имеется три фазированных двухэлементных бима с коэффициентом усиления около 6 дБи правосторонней эллиптической поляризации и штыревая антенна с линейной поляризацией; для диапазона 70 см - три фазированных диполя, расположенных на основании спутника с коэффициентом усиления 9.5 дБи правосторонней эллиптической поляризации и штыревая антенна с линейной поляризацией; на 24 см - четырехвитковая спираль с коэффициентом усиления около 9.5 дБи правосторонней эллиптической поляризации; на 13 см - пятивитковая спираль с коэффициентом усиления около 10.5 дБи правосторонней эллиптической поляризации.

Ретрансляторы (транспондеры). Спутник имеет несколько транспондеров, некоторые из которых могут работать одновременно. Фактически он представляет собой высоко летающий линейный трансвертер на несколько диапазонов. Сигналы маяка могут передаваться любым из транспондеров, но обычно работает только один маяк - главный (или инженерный). Все транспондеры имеют линейную АЧХ. Это позволяет работать через ретранслятор нескольким станциям одновременно. Можно работать одновременно CW и SSB с минимумом взаимных помех. Каждый транспондер имеет конечную выходную мощность, которая делится между всеми использующими его станциями. Действие АРУ защищает выходной каскад от повреждения из-за слишком большой мощности, излучаемой наземными станциями, что, естественно, уменьшает чувствительность транспондера - вот почему работа с большой мощностью считается антиобщественной.

22. Управление положением спутника

Положение OSCAR-13 регулируется магнитными стержнями. Они представляют собой электромагниты, расположенные в каждом плече спутника, которые при включении, взаимодействуя с электромагнитным полем Земли, создают вращающий момент на спутнике. Включение электромагнитов производится по команде IHU. Геомагнитное поле сильнее всего вблизи Земли, поэтому включение электромагнитов производится только вблизи перигея. Его можно почувствовать по слабой частотной модуляции сигнала маяка.

Требования к ориентации OSCAR-13 определяются в основном двумя факторами: положением Солнца и положением Земли. Спутник должен быть расположен таким образом, чтобы: а) солнечные батареи смотрели на Солнце для получения наибольшей мощности; б) антенны по-возможности смотрели на Землю. Принимая во внимание эти факторы и учитывая дополнительно ширину диаграммы направленности антенн и время нахождения в тени от Солнца, определяется рассписание работы, таким образом, чтобы оптимально использовать все моды спутника (мода B, J, L и S).

23. Маяки

Для инженерных целей на специальный демодулятор на Земле передаются данные со скоростью 400 бит/с с ФМ. Обычно передается последовательность Q-блоков, которые сменяются Y, K, L, M, N-блоками, которые затем повторяются. (K,L,M и N-блоки - информативные).

Обычно, каждый ретранслятор имеет два маяка, но они не работают одновременно. Инженерный маяк (ЕВ) обычно передает только данные со скоростью 400 бит/с с ФМ, основной же маяк (GB) имеет возможность передавать данные CW, RTTY и BPSK со скоростью 400 бит/с. Вид передачи в каждый момент времени выбирается. При непрерывной работе маяка каждые полчаса передается следующая информация:

• H --- CW-бюллетень *
• H+5 --- Последовательность ФМ-сигналов. Если появляется сигнал в командном канале, основной маяк выключается и включается инженерный маяк до момента прекращения передачи команд.
• H+15 --- RTTY-телеметрия и бюллетень.
• H+20 --- Последовательность ФМ-сигналов. Если появляется сигнал в командном канале, основной маяк выключается и включается инженерный маяк до момента прекращения передачи команд.
• H+30 --- Повторяется расписание.

* Во время моды L вместо CW сигнала передается RTTY.

24. Мода В  (также известна как U-транспондер)

Транспондер этой моды представляет собой инвертирующий линейный транслятор с шириной полосы 150 кГц. Диапазон частот на его входе примерно 435.420-435.570 МГц. Выходной сигнал передаtтся в диапазоне 145.825-145.975 МГц. Он также содержит основной маяк на 145.812 МГц и второй, инженерный маяк на 145.985 МГц , который предназначен в основном для командных станций.

Максимальная выходная мощность транспондера 17 дБВт (50Вт) р.е.р. Пользователям необходимо иметь мощность 21.5 дБВт э.и.м. чтобы получить для ретранслированного сигнала соотношение сигнал/шум 20 дБ. Это соответствует мощности 10 Вт при наземной антенне с коэффициентом усиления 12 дБи. Для приема в диапазоне 2 м следует использовать антенну с коэффициентом усиления не менее 10 дБи. По чувствительности и энергетике данный транспондер очень похож на транспондер моды В OSCAR-10.

Все значения коэффициентов усиления антенн относятся к правосторонней эллиптической поляризации. При коэффициенте шума приемника 5 дБ и ширине полосы 2.4 кГц соотношение сигнал/шум для сигнала инженерного маяка будет гарантировано не менее 17 дБ. Если 100-200 Вт э.и.м. не достаточно для уверенного приема, то перед приемником наземной станции следует использовать предусилитель, желательно расположенный на мачте антенны.

25. Мода L

Транспондер моды L также яаляется линейным инвертирующим транслятором с шириной полосы 270 кГц. Диапазон частот входного сигнала 1269.350-1269.620 МГц. Выходной сигнал передается в диапазоне 435.715-436.005 МГц. Основной маяк работает на частоте 435.651 МГц. Дополнительный маяк работает на частоте 435.675 МГц ФМ со скоростью 400 бит/с. Он также является выходным каналом для RUDAK. Соответствующий цифровой вход для RUDAK на частоте 1269.675 МГц. Проведение обычных QSO в канале RUDAK, полностью исключается. Максимальная мощность ретранслятора в моде L 50 Вт р.е.р. Пользователю на наземной станции необходимо иметь 37 дБВт э.и.м., что соответствует 20 Вт при коэффициенте усиления антенны 24 дБи или 50 Вт при антенне с КУ 20 дБи.

Для приёма в диапазоне 70 см следует использовать антенну с коэффициентом усиления не менее 15 дБи. (Коэффициент шума приемника 3 дБ при ширине полосы 2.4 кГц.) Все значения коэффициента усиления антенн относятся к правосторонней эллиптической поляризации. На хорошо работающей приемной станции сигнал основного маяка должен быть слышен с соотношением сигнал/шум не менее 17 дБ. Здесь также настоятельно рекомендуется использовать предусилитель, расположенный на мачте антенны.

5 кВт э.и.м. с правосторонней эллиптической поляризацией, излучаемых с наземной станции достаточно для удовлетворительной SSB связи, 500 Вт - для CW. (При условии, что вы слышите шум ретранслятора, на линии "вверх" нет препятствий и никто не уменьшает чувствительности спутника.) Минимально необходимая эффективно излучаемая мощность для работы в моде L получилась выше, чем ожидалось при проектировании. Это обусловлено более высокими реальными значениями уровня АРУ приемника этой моды (обычно на 10-14 дБ выше, чем ожидалось). Причина этого явления к моменту написания не выяснена.

26. Мода JL

Для пользователей из стран "третьего мира", которые не имеют возможности работать а диапазоне 24 см, сделан экспериментальный вторичный вход для работы в диапазоне 2 м в поддиапазоне 144.425-144.475 МГц с шириной полосы 50 кГц. Этот диапазон следует оставить для работы станций стран Восточного блока, т.к. для них может оказаться очень трудным получить необходимую мощность передатчика в диапазоне 24 см для того, чтобы принять участие в работе в обычной моде L через вход для диапазона 24см. Все остальные пользователи должны использовать только вход для 24 см. Благодаря перекрытию диапазона выходных частот, возможны смешанные QSO с отдельных входов и общего выхода. Первоначально планировавшийся диапазон 145.950+/-25 кГц стало невозможно использовать из-за большого количества ЧМ станций, не соблюдающих частотный план и, таким образом, мешающих спутниковой связи во всем мире.

27. Мода S

Транспондер моды S - это устройство с жестким ограничением; входной сигнал в диапазоне 70 см, выходной - в диапазоне 13 см; ширина полосы около 35 кГц. На линии "вверх" используется диапазон 435.602 - 435.637 МГц, на линии "вниз" - 2400.717 - - 2400.751 МГц. Частота маяка около 2400.66 МГц , мощность передатчика около 1 Вт. Для получения на линии вниз соотношения "сигнал/шум" 10 дБ при работе через транспондер моды S необходимо на линии вверх в диапазоне 70 см иметь э.и.м. 27 дБВ. Это соответствует излучаемой мощности 25 Вт (в д-не 70 см) при антенне с к-том усиления 13 дБи. На приемном конце следует использовать антенну с коэффициентом усиления не менее 28 дБи. Транспондер моды S может работать как в режиме маяка, так и в режиме ретранслятора. Маяк может работать одновременно с модой L, но в целях экономии питания мода J должна быть выключена. Но поскольку она имеет линию "вверх" в диапазоне 70 см, расписание работы транспондера должно быть составлено согласованно с модой В, которая также имеет линию вверх в диапазоне 70 см. Из-за очень узкого угла направленности антенны на линии "вниз" мода S должна использоваться при очень малых углах наклона к Земле.

28. Структурная схема

Входной каскад транспондера моды L состоит из конвертера с балансным смесителем. Несмотря на усиленные попытки выбора элементов для входных цепей, коэфиициент шума получился 1.9 dB. Сразу же за входным смесителем стоит широкополосный линейный усилитель (i.f.) с управляемым коэффициентом усиления на 10.7 MHz, сигнал с которого подается на специальный ограничитель от радиолокатора. (RUDAK и цепь командной линии не соединены с этой точкой). Ширина полосы транспондера ограничена фильтром 250 KHz. Следующий смеситель преобразует сигнал 10.7 MHz в 53 MHz; в эту точку подаются два сигнала маяков (основного и RUDAKa). Затем сигнал разделяется на фазовую и амплитудную составляющие. Фазовая составляющая преобразуется в 435 MHz при помощи усилителя-ограничителя (i.f.) и комбинированного смесителя. Амплитудная составляющая необходима для управления HELAPS модулятором (High Efficiency Linear Amplification by Parametric Sinthesis - высокоэффективное линейное усиление с помощью параметрического синтеза). Фазовая и амплитудная составляющие обЪединяются в усилителе мощности. В результате получается выходной сигнал с мощностью 50 Вт PEP.

При помощи сложной технологии модулятора (HELAPS) удается получить КПД передатчика до 40% при среднем уровне сигнала возбудителя (устранение и восстановление огибающей). В обычном линейном усилителе КПД достигает в лучшем случае 12-15%. Т.о. излучаемая мощность спутника как бы утраивается. Эта техника также используется в моде В.

29. RUDAK

RUDAK - это сокращение от "Regenerative Umsetzer fuer Digitale Amateur Kommunications" (регенерирующий транспондер для цифровой любительской связи) . Его можно сравнить с пакетным радиодиджипитером. Перед запуском в течение двух лет проводились наземные испытания этого устройства под Мюнхеном.

Независимый приемный канал моды L используется для линии вверх на 1269.675 МГц. Благодаря схеме сканирования в демодуляторе, сигналы линии вверх могут быть захвачены в пределах полосы ±7.5 KHz от центральной частоты. Выходной сигнал RUDAKа модулирует несущую  частоту 435.675 МГц передатчика транспондера моды L,используя BPSK (фазовая манипуляция) и скорость 400 bps - также, как и в основном маяке. В порядке эксперимента скорость может быть увеличена до  1200 bps при использовании NRZI.

К сожалению, с RUDAK что-то не в порядке: при попытке загрузить его с его PROM центральный процессор начинает работать, но через некоторое время зависает. 10-байтный модуль загрузки не позволит загрузить специальную программу. В результате термальных испытаний в вакууме стало известно, что PROM имеет высокую температурную чувствительность. AMSAT-DL ищет пути, чтобы оживить этот блок, но к моменту написания этой книги результата не было. Основное подозрение падает на обрыв тонкого контакта в PCB. Но в Космосе иногда возможны странные вещи; металл там может "вырасти". Так что со временем RUDAK может самовосстановиться.

Если RUDAK оживет, то будет опубликован специальный буклет с детальным описанием принципиальной схемы, планов, возможностей и протокола работы.

Частоты

Одним из сюрпризов после запуска было несоответствие действительных частот транспондера предварительно объявленным. Разница была от 2 до 21 кГц. Следующие данные основаны на реальных измерениях:

• Cумма значений частот вверх и вниз для моды В постоянна и равна 581.398 МГц; таким образом для работы в середине диапазона моды В на частоте 145.890 МГц необходима частота вверх 435.508 МГц.
• Для моды J сумма значений частот вверх и вниз равна 580.413 МГц; т.о. частоте 435.965 МГц соответствует частота 144.448 МГц.
• Для моды L эта сумма равна 1705.356 МГц; т.о. частоте 435.860 МГц соответствует частота 1269.496 МГц.
• Существует взаимосвязь между частотами вверх моды J и L и частотой вниз моды JL. Середине диапазона моды JL соответствует частота вниз 435.965 МГц; соответствующая чатота вверх для моды L - 1269.391 МГц, для моды J - 144.448 МГц. Т.о. станции, передающие на частотах 1269.391 МГц и 144.448 МГц при отсутствии эффекта Доплера были бы слышны на одной и той же частоте.
• В моде S измеренная ширина полосы частот вверх равна 35 кГц, от 435.602 до 435.637 МГц; измеренная ширина полосы частот вниз - от 2400.717 до 2400.751 МГц.

30. Командные радиостанции

Ряд радиостанций, расположенных по всему миру работают по очереди в качестве командных, поддерживая нормальное техническое состояние OSCAR-13 и обеспечивая оптимальный сервис для его пользователей. Операторы этих станций посещают регулярные семинары, на которых анализируется работа за прошедший период и обсуждаются планы на ближайшие 2 года. Очевидно, для них важны данные наблюдений пользователей спутника за его работой, и если таковые имеются, их следует передавать на командные радиостанции. В список командных станций на период написания книги входят: Karl (DJ4ZC), Peter (DB2OS), Ian (ZL1AOX), Graham (VK5AGR), James (G3RUH), Phil (KA9Q), и для RUDAK - Hanspeter (DK1YQ), Gerhard (DG2CV) и Stefan (DL2MDL).

31. Телеметрия и формат данных

Бывает интересно принять телеметрию, передаваемую почти непрерывно на частоте маяка. Декодированные значения параметров телеметрии дают детальное представление о таких величинах, как напряжение на батареях, ток, температура, выходная мощность и т.д. Телеметрия имеет огромное значение для спутника, так как она дает возможность наземной командной станции принять необходимые меры в случае избыточного тока батареи или перегрузки выходного каскада передатчика и т.п. Телеметрия передается в трех формах. Первый режим - поток цифровых данных, передаваемых со скоростью 400 бит/с с помощью относительной фазовой манипуляции (BPSK), требующий специального демодулятора (см."Домашние компьюторы"). Каждые 30 минут, когда спутник находится в моде В, в соответствии с традицией, передается информация кодом Морзе со скоростью 10 групп в минуту. Затем, на 15-й и 45-й минуте каждого часа передаются сообщения в режиме RTTY кодом Бодо со скоростью 50 Бод. В режиме BPSK передается полный набор телеметрии и информационные сообщения.

В режиме RTTY и ASCII передаются те же параметры телеметрии, что и в режиме BPSK, но в режиме BPSK можно передать значительно больше параметров, а значит - больше информации.

32. Телеметрия RTTY

В режиме BPSK передаются 128 параметров телеметрии. Первые 60 из них также передаются в режиме RTTY и расшифровываются по тем же формулам. Прием RTTY телеметрии несложен и довольно популярен благодаря большому числу электронных цифровых устройств на рынке, которые поддерживают пакет, RTTY и CW. Многие из новейших многорежимных цифровых устройств имеют режимы "УКВ" и "КВ". Казалось бы, для приеема RTTY телеметрии логично установить их в режим "УКВ" , но в этом режиме устанавливается сдвиг частот 1000 Hz. А в RTTY на OSCAR-13 использован стандартный сдвиг 170 Hz. Большинство существующих устройств имеют сдвиг 200 Hz в режиме "КВ". Именно этот режим должен быть установлен для приема RTTY со спутника. Небольшая разница между 200 и 170 Hz не повлияет на работу.

RTTY информация начинается с передачи несколько раз "RTTY", далее передаётся следующий формат:

• Z HI, THIS IS AMSAT OSCAR 13 --- hh:mm:ss dddd
• hhhh hhhh hhhh
• ddd ddd ddd ddd ddd ddd ddd

(значение всех этих параметров объясняется в главе о формате Q-блока режима BPSK)

За этим заголовком следует информация о значении параметров телеметрии, передаваемая кодом Бодо, затем - текстовое сообщение. Все это повторяется несколько раз (обычно текстовое сообщение каждый раз меняется). В качестве текста могут быть новости, расписание работы, Кеплеровские параметры или другая информация, интересующая большинство пользователей.

Вместо обычных трехзначных числовых значений параметров телеметрии иногда могут приниматься трехбуквенные группы, обычно, начинающиеся с Q. Это значит, что вашим приемником была пропущена RTTY команда "figures shift" (перевод регистра). Исправить положение можно с помощью команды "перевод регистра". Какое бы устройство вы не использовали, его параметры следует установить такими, как для работы RTTY на КВ. Параметры следует устанавливать в следующем порядке:

1. режим RTTY
2. 50 bod
3. режим КВ (сдвиг частот 200 Hz)
4. UnShift On Space выключен или отключен
5. Приёмник на USB на 70 см; LSB на 2 м

33. Телеметрия BPSK

Блоки K, L, M и N - это сообщения командных станций друг другу, но они также могут использоваться для объявления об изменении расписания работы спутника, краткого сообщения новостей, кеплеровских параметров и другой информации, представляющей общий интерес. Все знаки в этих блоках передаются кодом ASCII. Значение "1" 7-го бита может использоваться для того, чтобы подчеркнуть особую важность данного параметра. Команда на перевод и пропуск строки не передается. Строки разделяются только пробелами. Перевод строки и разделы между строками должны вводиться на приеме. Длина строки - 64 знака.

Блок Q состоит из 128 параметров телеметрии и дополнительной информации в сжатом формате данных.(см. ниже).

Блок Y содержит 64 аналоговых параметра телеметрии, передаваемых кодом ASCII. Он передается реже блока Q. Вам лучше пользоваться блоком Q , т.к. передача блока Y в будущем может быть прекращена. Специальные блоки H (давление) и F (зажигание) были использованы только при запуске двигателя.

Другие блоки, начинающиеся с букв, не упомянутых выше, - это блоки ответов IPS (операционной системы) для наземной станции. В каждом блоке OSCAR 13 передает 512 байт данных, образующих 8 строк по 64 байта каждая. Название блока определяется по первому байту, за которым следует пробел (#20). Информационным байтам всех блоков предшествует 4-е синхробайта (#39,#15, #ED, #30), а в конце каждого блока два контрольных CRC байта. CRC основан на CCITT полиноме (x^16 + x^12 + x^5 + 1). Если вы хотите его проверить, то алгоритм следующий:

1. Инициализируйте 2 байта регистра CRCC #FFFF.
2. Берите каждый входящий бит и вычисляйте: IF (RXBIT EXOR CRCC MSBIT) <> 0 THEN FBACK = #1021 ELSE FBACK = 0 CRCC = ((CRCC * 2) AND #FFFF) EXOR FBACK
3. Выполните пункт 2 для всех 514 принятых байтов (512 информационных и 2 CRC)
4. IF CRCC = 0 THEN BLOCK = OK ELSE BLOCK = NOT OK

Перед тем, как начать декодирование следует объяснить некоторую терминологию.

В телеметрии передается "Official Amsat Day" - "оффициальная дата по AMSAT. Днем с порядковым номером "0" считается 1.01.1978. Т.о. день 1.01.1988 будет иметь номер 3652. 10.09.1988 - 254-ый день в году будет иметь номер 3905. Если вы будете вычислять номера дней самостоятельно, не забудьте учитывать высокосные годы!

"Sispage" - это просто метка в программном обеспечении спутника, указывающая, что данные 128 байт являются телеметрией.

Некоторые информационные байты, такие, как информация о сохранности спутника, приведенная ниже, представлена в шестнадцатиричной форме, но не имеет числового значения. Различные компоненты - БИТЫ - используются как флаги ( по системе "да/нет" индицируется соответствие различных параметров спутника норме). "1" = НОРМА; "0" - ОТКЛОНЕНИЕ.

Данные в строках: d означает десятичную цифру, а d..d - десятичное число, только положительное, читаемое слева в определяемом поле; h означает шестнадцатиричные цифры и "hhhh - четыре цифры шестнадцатиричного числа, включая первые нули; nn означает две цифры десятичного числа, включая первые нули.

ФОРМАТ БЛОКА Q:
Q HI, THIS IS AMSAT OSCAR 13 hh:mm:ss dddd
#hhhh #hhhh #hhhh
ddd ddd ddd ddd ddd ddd ddd
0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF
0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF
0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF
0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF

СПЕЦИФИКАЦИЯ ДЛЯ СТРОК БЛОКА Q:

"Номер команды" увеличивается на единицу с посылкой каждой команды.

Строки 6 и 7 - логические каналы телеметрии с номерами от 00 до 7F, обычно используемые для передачи телеметрических параметров в реальном масштабе времени. Байты заключают в себе непосредственную информацию, а не условные значения параметров. В блоке Y только каналы с #00 до #3F (аналоговые каналы) передаются кодом ASCII (16 каналов в строке, 4 байта на канал, отсчет слева, первый ноль опущен).

ПРИМЕР БЛОКОВ Y

ПРИМЕР ДЕКОДИРОВАННОГО БЛОКА Q (в виде, полученном для ATARI 800XL IPS с наземным программным обеспечением Amsat-Dl)

34. Как декодировать 128 логических параметров телеметрии

Номера байтов считаются следующим образом:

• С - отсчет без знака от 0 до +255;
• Сs - отсчет со знаком от -128 до +127, дополнительный двоичный код;
• Cx - отсчет со знаком от +63 до -192, #3F=+63, #FF=-1, #80=-128,
• #7F=-129, #40=-192, модифицированный дополнительный двоичный код.

Все температурные параметры декодируются одинаково с помощью следующего соотношения: Т = (С-120)/1.71 град.С.

Датчики тока линейные, но имеют разную калибровку для максимальных токов 1, 2.5 и 5 Ампер.:

• 1 А: I = (C-15) * 4.854 мА;
• 2.5 А: I = (C-15) * 12.135 мА;
• 5 A: I = (C-15) * 24.27 мА.

35. Значение параметров и формулы расшифровки

Примечания:

• IHU = Integrated Housekeeping Unit; - центральный компьютер;
• BSR = Battery Charge Regulator; - устройство заряда батарей;
• He = Helium; гелий;
• SEU = Sensor Electronics Unit; - блок электронных датчиков;
• N204 - Нитроген тетраксид; топливный окислитель;
• UDMH - Несимметричный диметилгидраксин; топливо.

36. Каналы #14 и #18

Эти два датчика реагируют на освещенность на верхней (+Z) и нижней (-Z) поверхности спутника. Они служат только для грубого определения положения солнца для того, чтобы исключить двузначность в чтении показаний солнечных датчиков. При полной освещенности параметр в этом канале будет равен 65. Показания около 10 говорят о наличии лишь фонового шума. Считается, что солнце есть, когда параметр превышает 20. Главная солнечная батарея максимально освещена, когда солнце светит перпендикулярно оси вращения (оси Z). При этом показания обоих датчиков +Z и -Z будут говорить лишь о наличии фонового шума (10). Показания любого датчика 20 или более говорят о наклоне спутника. Чем больше показания одного из датчиков, тем больше угол наклона спутника относительно Солнца.

Эти датчики также используются для эксперимента SERY по оценке работы различных типов элементов солнечных батарей на орбите. Они могут быть подключены к различным сопротивлениям нагрузки (как в канале #41) и рассматриваться как часть процесса измерения.

37. Источники информации

Различные организации и группы AMSAT имеют информационные сети, работающие по определенному расписанию. В них можно получить информацию об 'OSCAR-13'. Информацию можно получить с самого спутника; существует также специальная служба информации для членов AMSAT. Проводятся еженедельные "круглые столы" в местной УКВ сети, а также на КВ. Через 'OSCAR-13' работает образовательная спутниковая сеть. Еженедельные "круглые столы" AMSAT (для AMSAT-NA) в моде B проводятся по пятницам, когда позволяет расписание работы спутника. Частота вниз для ведущего - 145.970 MHz, вызывать следует в полосе 145.955-145.965 MHz. Обычно вслед за модой B "круглый стол" проводится в моде L. Частота вниз - 435.888 MHz, вызывать следует в полосе 435.875-435.885 MHz (мода L) и 435.988 MHz (мода J). Но самый большой объём информации на самые актуальные темы можно получить в сети пакетного радио, в рубриках AMSAT, SAT, SATELL, AMS, KEPS, KEPLER. Из литературы имеется ряд периодических изданий, как, например, The AMSAT Journal (США), OSCAR NEWS (Великобритания), AMSAT-DL Journal (Германия). Фундаментальный учебник по спутникам The Satellite Experimenters Handbook издан в США, автор Martin Davidoff (K2UBC).

Ежегодно на международном коллоквиуме в Великобритании, собираются радиолюбители, ученые, инженеры, преподаватели, студенты. Они обсуждают насущные проблемы спутниковой связи. Симпозиумы AMSAT организовывают и в других странах.

38. Будущее

Что будет дальше? Будет ли серия 'Фазы-3' продолжена? Что насчет 'Фазы-4'?

Планируется 'Фаза-3D', значительная часть работ уже завершена. Вывод на орбиту ракетой Ариан планируется в 1996 году. Это будет "суперспутник". Выходная мощность транспондера составит не менее 250 Вт. Кроме того, усовершенствованные антенны дадут дополнительное усиление на прием и на передачу порядка 10 dB. Планируется большое число пользователей (одновременно 100 каналов), что требует ширины полосы, реализуемой только в модах L, S. Станет возможной работа с помощью миниатюрной портативной SSB аппаратуры и с подвижного объекта. Иметь на спутнике большую мощность необходимо, с одной стороны, для более мощного транспондера, с другой стороны - для работы плазменного двигателя, для которого требуется 300 Вт солнечной энергии - чтобы запустить его на несколько секунд в апогее; при этом для достижения окончательной орбиты потребуется несколько недель. Спутник будет выводиться на эллиптическую орбиту таким образом, чтобы в течение 48 часов он трижды выходил в апогей для обслуживания трёх наиболее населенных районов земного шара: Северной Америки, Европы, Азии. Его период обращения будет 16 часов.

В последнее время в Соединенных Штатах обсуждается проект "Фаза-4" - система из нескольких геостационарных спутников. Большое значение придается возможности непрерывного доступа к спутнику, ради этого авторы проекта готовы пожертвовать возможностью связи со всем миром и согласиться с уменьшением силы сигнала. С точки зрения Европы казалось бы более разумным остановиться на спутниках с орбитой 'Фазы-3' и постепенно дополнять их геостационарными спутниками. В конце концов это приведет к системе, позволяющей связь со всем миром в любое время.

Редко упоминаемое преимущество геостационарной орбиты - отсутствие необходимости постоянно следить за направлением антенн. При этом относительно большие коэффициенты усиления антенн могут быть достигнуты экономично. В любительской практике этот аргумент хорош только частично, т.к. одни и те же антенны используются для различных целей, и поворотное устройство все равно необходимо. Реальной проблемой является то, что многие радиолюбители ограничены в применении больших антенн (с поворотным устройством или без него) из-за формы зданий. 'Фаза-3D' предлагает решение этой проблемы с другой стороны - когда энергетические параметры радиолинии настолько хороши, что достаточно очень маленького коэффициента усиления антенны, и слежение за спутником более не является необходимым.

AMSAT-DL пришел к выводу, что в транспондерах необходимо применять специальные технические устройства для воспитания пользователей. Коэффициент усиления транспондера часто снижается станциями, использующими слишком большую мощность. При снижении всеми станциями своей мощности на 30 dB сила их ретранслированных сигналов осталась бы прежней. Но более слабые станции в этом случае получили бы возможность пользоваться спутником. Опыт показывает, что призыв к самодисциплине совершенно безрезультатен. Во времена 'OSCAR-7' AMSAT-DL обсуждал концепцию под названием LEILA, "LEIstrungsLimit Anzeige" (Указатель ограничения мощности). Имеется в виду анализатор спектра, определяющий самые сильные станции в полосе транспондера и затем, при превышении мощности установленного значения, посылающий этой станции телеграфный сигнал, указывающий на это. В наше время такая задача легко решаема при использовании бортового компьютера. Конечно, можно пойти дальше. Находя особо мощные станции резко уменьшать их уровень в транспондере с помощью специально настраиваемого АРУ (чтобы предотвратить снижение уровня остальных сигналов). Практически LEILA будет работать следующим образом: когда необычно сильный сигнал появится в полосе транспондера, он будет подавлен специальным телеграфным импульсом. Станции следует уменьшать мощность до тех пор, пока не исчезнет этот сигнал, т.е. не будет достигнута оптимальная мощность. Если же сигнал станции будет чересчур сильным, то его мощность тут же будет уменьшена полосовым фильтром. Благодаря характеристикам этого фильтра сигнал будет звучать странно, помимо того, он будет забит маркировочным зуммером. В этом случае следует уменьшить мощность как минимум на 20 dB. Т.к. анализатор спектра LEILA управляется бортовым компьютером, то одновременно можно следить за несколькими станциями. Соответствующая программа может быть написана, вне всякого сомнения. Таким образом ограничения в транспондере могут быть виртуально устранены. Amsat-DL включил LEILA в состав 'Фазы-3D'. Вместе с увеличением коэффициента усиления антенн это обеспечит всеобщую доступность спутника - даже для QRP-станций.

И в заключение - несколько слов о стоимости спутников. 'Фаза-3D' будет дороже по сравнению с 'OSCAR-13' (примерно 5 миллионов немецких марок, 'OSCAR-13' - 2 миллиона). 'Фаза-4' будет стоить что-нибудь около 10 миллионов долларов США. Эти деньги никогда не смогут быть выделены одной национальной организацией. Этот проект может быть выполнен только в рамках международного сотрудничества. Кроме того, ввиду размаха этой работы и большого числа инфраструктур, одновременное создание нескольких геостационарных спутников существующим коллективом невозможно. И, наконец - эра бесплатных запусков проходит.

---

1995, г.Москва :: Л.М.Лабутин (UA3CR), Дон Моэ (DJ0HC/KE6MN), Г.В.Казарновская (UA3DSP)