EILMELDUNG 

AO-40 OHNE TELEMETRIEAUSSENDUNGEN 
ENTWICKLUNGSTEAM UNTERSUCHT 

Karl Meinzer , DJ4ZC, Projektleiter, AMSAT-DL Präsident 
Ray Soifer , W2RS, Executive Vice President 
          for Robin Haighton, VE3FRH, President AMSAT-NA 

SPECIAL BULLETIN 

AO-40 TELEMETRY TRANSMISSIONS STOPPED 
DEVELOPMENT TEAM INVESTIGATING 

Karl Meinzer , DJ4ZC, Project Leader, President AMSAT-DL 
Ray Soifer , W2RS, Executive Vice President 
          for Robin Haighton, VE3FRH, President AMSAT-NA 

AMSAT-OSCAR 40 Statusbericht 
vom 13. Dezember 2000 

Wie Sie alle wissen, konnten wir direkt nach dem Start den 70-cm-Sender nicht empfangen. Als Konsequenz programmierten wir die IHU-2, um als Repeater zu fungieren, und benutzen die 2-m-Mittelbake als unseren Hauptdownlink. Zusätzlich wurden die beiden S-Band-Sender zeitweise betrieben, aber die Geometrie innerhalb des Orbits muss so sein, dass die Antennen grob in Richtung Erde zeigen. Das beschränkt die Nutzung des S-Bands. 

Die bisherige Hauptaktivität der Kommandostationen war das Erlernen, wie der Satellit zu fliegen ist, und ihn auf die erste Zündung mit dem 400-N- Motor vorzubereiten. Dazu war eine Neuorientierung - der Satellit musste in entgegengesetzter Richtung zum Bewegungsvektor im Perigäum zeigen - und eine Erhöhung des Spins auf rund 9 Umdrehungen pro Minute notwendig. Im Hinblick auf den Fortgang dieser Arbeiten wurde entschieden, die Analyse des 70- cm-Senderproblems auf einen Zeitpunkt nach der ersten Motorzündung zu verschieben. 

Es stellte sich heraus, dass die Neuorientierung des Satelliten zeitaufwendiger war als ursprünglich angenommen.Wir mussten zwei Probleme lösen: 

1. Während wir auf die Fluglage zur Zündung hinarbeiteten, war die Orbitgeometrie für eine Lageänderung der Spinachse sehr schlecht. Das Erdmagnetfeld ist nahezu senkrecht zur Spinachse, was bedeutet, dass die Drehzahl leicht zu ändern ist, aber nicht die Richtung. Es stellte sich heraus, dass Rundungsfehler in der Software der IHU in der gleichen Größenordnung lagen wie die benötigte Spinänderung. Hierdurch war eine verlässliche Kontrolle nicht möglich. Vorsichtiges Spielen mit den Parametern, die in der IHU verwendet werden, versetzte uns in die Lage, das Problem zu lösen. 

2. Die Bahngeometrie ist auch für die Lagebestimmung durch unsere Sensoren ungünstig, da Erde und Sonne fast aus der gleichen Richtung gesehen werden. Faktisch wurde der Erdsensor zeitweise von der Sonne geblendet und lieferte keine brauchbaren Daten. Hier kam die YACE-Kamera in Zusammenarbeit mit der IHU- 2 sehr passend. Durch die Aufnahme der Erde zu bestimmten Zeiten konnten wir YACE als zusätzlichen Erdsensor auf der Oberseite des Satelliten nutzen. Sie gab uns dringend benötigte weitere Daten. 

Die IHU-2 spielte eine lebenswichtige Funktion mit der Verarbeitung und Speicherung dieser Bilder. Leider stellte sich die IHU-2 als nicht so zuverlässig wie die IHU-1 heraus; alle ein bis zwei Tage stürzt sie ab. Das führt dazu, dass die Bake nur einen Träger ohne Modulation bis zum manuellen Reset der IHU-2 aussendet. Das hat bislang noch keine echten Probleme aufgeworfen, aber es ist lästig. Wir haben dadurch auch einige Daten, wie der Speicher durch Strahlung gestört wird. 

Wir hoffen, bei Gelegenheit eine zusätzliche Software in der IHU-2 zu installieren, die solche Abstürze verhindert oder zumindest automatisch behebt. Das muss aber warten, bis die Dinge etwas ruhiger werden. Bis dahin werden wir mit den Abstürzen der IHU-2 leben müssen, die scheinbar durch harte Strahlung verursacht werden und typischerweise auftreten, wenn der Satellit aus dem Perigäum aufsteigt und wieder in die Strahlungsgürtel kommt. 

Am Sonntag, den 10. Dezember hatten wir schließlich die richtige Lage und Drehzahl für die erste 400-N-Motorzündung, um uns auf eine Apogäumshöhe von 50.000 km zu bringen. Nach der Überprüfung der verschiedenen Umstände wurde entschieden, die Zündung am Montag, den 11.12. im Perigäum von Orbit 50 auf 51 durchzuführen. Das notwendige Programm wurde hochgeladen - es ist eine automatische Sequenz nötig, da der Satellit zu diesem Zeitpunkt am Äquator in einer Höhe von nur 600 km war. Daher konnte keine Kommandostation zum Zündzeitpunkt mit dem Satelliten in Kontakt stehen. 

So kam das Perigäum 50/51 und ging - aber es hatte keine Motorzündung stattgefunden. Die gespeicherte Telemetrie wurde analysiert, und es wurde bestätigt, dass der Sequenzer durch alle notwendigen Schritte ging, aber es hatte sich kein Heliumdruck aufgebaut, und die Zündung fand als Konsequenz nicht statt. Es wird Heliumdruck benötigt, um die Treibstoffventile zu öffnen. 

Am Montag, den 11. Dezember wurde die Situation untersucht, und es stellte sich heraus, dass das Kommando für den Druckaufbau zur keiner Reaktion führte. Zunächst konzentrierten sich die Untersuchungen auf einen Unterschied zwischen der zum Test des Systems in Kourou und der im Flug verwendeten Software. Es wurde aber herausgefunden, dass dies wahrscheinlich nicht die Ursache war - ein Ventil oder die Ventile weigerten sich zu öffnen. Wir hatten zuvor ein solches Problem in der Testphase des Satelliten, und eines der Heliumventile wurde als Folge repariert. Alle Anzeichen sprechen dafür, dass wir erneut ein solches Problem haben, was vielleicht durch das Alter der von uns verwendeten Komponenten verursacht wurde. Wir haben daraufhin mehrere Öffnungs- und Schließkommandos ausgeführt, was schließlich zum Druckaufbau des Heliums führte. Aber wir stellten auch fest, dass der Heliumzustrom fast eine Größenordnung geringer als notwendig war. Wir haben weiter Druck in den Tanks bis zum Normalwert aufgebaut und dann den Satelliten programmiert, um die Zündung am Montagabend auszuführen. 

Diesmal startete die Zündung planmäßig, aber es gab einige Anomalien in der Telemetrie, die anzeigten, dass der Brennvorgang nicht zum geplanten Zeitpunkt endete, sondern etwa 3 Minuten länger andauerte. Hierdurch erreichten wir eine Umlaufbahn mit einer Apogäumshöhe von rund 60.000 km. Für unsere eigentlichen Planungen ist das kein Problem, da wir sowieso das elektrische Arcjet-Triebwerk zur weiteren Apogäumsanhebung genutzt hätten. James Miller hatte ein Datensammelprogramm für die IHU-2 geschrieben, sodass wir eine sehr detailierte Sammlung aller Ereignisse dieses Brennvorgangs haben. Eine Detailanalyse ist im Gange, aber wir haben bereits einige erste Anzeichen für die Herkunft des Problems und auch mögliche Wege, es zu beheben oder zumindest damit fertig zu werden, vorausgesetzt das Triebwerk wurde nicht beschädigt. 

In den kommenden Tagen werden wir das im Detail untersuchen. Falls wir ein echtes Problem mit dem 400-N-Antriebssystem haben, werden wir möglicherweise unsere Strategie, einen brauchbaren Endorbit zu erreichen, ändern. Es kann aber auch bedeuten, dass wir nur eine Anzahl von Grenzbedingungen bei den nachfolgenden Zündungen beachten müssen, und dass die Situation keinen Einfluss auf die Missionsziele hat. 

Für die nächsten Tage sind keine Lageänderungen geplant, was uns erlaubt, mit den Untersuchungen des 70-cm-Senderproblems zu beginnen. Während der Tests wollen wir herausfinden, ob wir den Betrieb unter Nutzung des 70-cm-Senders planen können oder nicht. Wir erleben also spannende Zeiten. 

Schließlich möchten wir den Kommandostationen für die ausgezeichnete Arbeit, die sie machen, unser Kompliment und unsere Anerkennung aussprechen. Jeden Tag werden sie mit neuen Schwierigkeiten konfrontiert, die sehr viel Zeit und Einsatz erfordern. Sie machen eine SUPERARBEIT. 

Karl Meinzer , DJ4ZC, AMSAT-DL Präsident 
Robin Haighton , VE3FRH, AMSAT-NA Präsident 

AMSAT-OSCAR 40 Status report 
of December 13, 2000 

As you all know, immediately after separation, we could not receive the 70 cm transmitter. Consequently we programmed IHU-2 to act as repeater and use the 2m middle beacon instead as our main downlink. In addition the two S-band transmitters have been operated occasionally, but the geometry within the orbit must be right to have the antennas point into the general direction of earth. This limits the use we can make of S-band. 

The main activity so far for the command stations was to learn to fly the s/c and to prepare it for the first burn with the 400 N motor. This required a reorientation - the s/c must point opposite to the perigee orbital speed vector - and a spin-up to about 9 rpm. In view of this ongoing work, it was decided to postpone the analysis of the problem with the 70cm Tx to a time after the first burn. 

The reorientation of the spacecraft turned out to be more time-consuming than initially assumed. We had two problems to solve: 

1. As we get to our firing attitude, the geometry is very poor for producing direction changes of the spin-vector. The magnetic field of the earth is nearly perpendicular to the spin axis meaning that we can change rpm easily, but not direction. It turned out that rounding errors in the software of the IHU were in the same order of magnitude as the desired spin-change. Thus reliable control was not possible. But careful tweaking of the parameters used in the IHU finally enabled us to solve this problem. 

2. The geometry is also poor in terms of attitude determination by our sensors with earth and sun viewed almost from the same direction. In fact for a certain time the earth sensor was blinded by the sun and delivered no useful data at all. But here the YACE camera in conjunction with the IHU-2 came in very handy. By taking pictures of the earth at strategic times we could use the YACE as another earth-sensor looking to the top of the s/c. It gave us badly needed additional data. 

The IHU-2 played a vital role in processing and storing these pictures. Unfortunately the IHU-2 turned out not to be so reliable as the IHU-1; every one or two days it crashes. This results in the beacon transmitting only a weak carrier, but no modulation, until the IHU-2 is manually reset from the ground. So far this posed no real problem, but it is a nuisance. Also we have now some data of how the memory is corrupted by radiation. 

Eventually we hope to install additional software in the IHU-2 which allows us to avoid or at least automatically recover from these crashes. But this has to wait until things get a bit quieter. Until this time we will have to live with the IHU-2 crashes, which seem to be caused by hard radiation and typically occur, when the s/c comes out of perigee and enters the radiation belts again. 

Around Sunday Dec. 10 we had finally reached the proper orientation and spin for the first 400 N motor burn to take us to 50000 km apogee altitude. After reviewing the various constraints it was decided to execute this burn on Monday, Dec. 11 in the perigee of orbit 50/51. The necessary program was uploaded - this is an automatic sequence since the s/c is at this time at the equator with only 600 km altitude. Thus no command stations can be in contact with the satellite at the time of the burn. 

So perigee 50/51 came and went - but the burn did not take place. The stored telemetry was analysed and it was found that the sequencer went through all the necessary steps, but no helium pressure was built up and consequently the burn did not take place. (It takes helium pressure to open the fuel-valves.) 

On Monday Dec. 11 the situation was investigated and it was found that the pressurisation command was not resulting in any action. Initially the investigation concentrated on a software discrepancy, which existed between the software to test the system in Kourou and the one used in flight. But it was found that this probably was not the cause - the valve(s) simply refused to open. We had such a problem before during the test phase of the s/c, and one of the helium valves was repaired as a consequence. All the indications are that we ran again into this type of problem - which may be caused by the age of the components we are using. We then executed multiple open and close commands, which eventually got the helium flowing. But it was also noted that the helium flow was almost an order of magnitude less than required. Still we build up pressure in the tank to nominal and then programmed the s/c to perform the burn on Monday evening. 

This time the burn started properly, but there were some anomalies in the telemetry indicating that the burn did not stop at the programmed time but lasted about 3 minutes longer. Thus we achieve an orbit with about 60,000 km apogee altitude. For our ultimate plans this is no problem, we would have used the electric propulsion anyway to further increase the apogee. James Miller had written a data collection program for IHU-2, thus we have a very detailed account of all the events of this burn. A detailed analysis is under way, but we have already some first indications of the nature of the problem and also possible ways to cure it or at least to cope with it, provided that the motor was not damaged by this event. 

During the next days we will investigate this matter in detail. If we have a real problem with the 400 N propulsion system, we may need to change our strategy for achieving a useful final orbit. But it may also mean only that we have to observe a number of boundary conditions during the following burns and that the situation may have no impact on the mission goals. 

For the next days no attitude changes are planned, thus we will be able to start to investigate the problem with the 70cm TX. During these tests we will find out if we can operationally plan on using the 70cm TX or not. So we are living exiting times. 

Finally we would like to express our compliments and our appreciation to the command stations for the superb job they are doing. Each day they are facing new difficulties requiring a very large amount of time and dedication. They are doing a SUPER job. 

Karl Meinzer , DJ4ZC, AMSAT-DL President 
Robin Haighton , VE3FRH, AMSAT-NA President