AMSAT-OSCAR 40 (Phase-3D) 2001/6
bearbeitet von Frank Sperber, DL6DBN/AA9KJ
AMSAT-DL Journal

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 AO-40 Orbit langzeitstabil - Neue Keps (Update 10.7.)

Stacey Mills, AO-40 Kommandostation, und Peter Gülzow haben Antworten auf häufig gestellte Fragen zum Kommandobetrieb und dem ATOS-Experiment gegeben. ( Download )

Zur Erinnerung: Am 11.7. wird auf ARTE ein Bericht über den ARIANE-5-Start mit AO-40 an Bord gesendet. ( mehr... )

Das AO-40 Kommandoteam hat anhand der aktuellen Bahnparameter (neueste Ranging- Keplerdaten mit ca. 35 km Genauigkeit s.u.) eine Berechnung der Langzeitstabilität gemacht. Durch die Perigäumsanhebung ist der Orbit über 20 Jahre stabil und das Perigäum schwankt in einem sicheren Bereich zwischen 810 und 1260 km (siehe Grafik).

AO-40 long term save orbit - new Keps (updated Juli 10th)

Stacey Mills, AO-40 command station, and Peter Gülzow gave answers to frequently asked questions about commanding and the ATOS-experiment. ( download )

Remember there will be a TV-report on ARTE-channel (available in Europa via ASTRA-satellite and several cable networks) July 11th about the ARIANE-5-launch with AO-40 on-board. ( more... )

The AO-40 command team made a long term calculation of the s/c's orbit with the latest element set (see below ranging results with about 35 km accuracy). Ao- 40's is in a stable orbit for more than the next 20 years. Perigee is oscillating in a save range between 810 and 1260 km (see graphic).


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AO-40 AMSAT Ranging G3RUH
1 26609U 00072B 01187.95839961 .00000000 00000-0 10000-4 0 0119
2 26609 5.4467 174.6598 8004292 297.3819 7.8021 1.25596265 3153

DL6DBN , 10.07.2001

AO-40 Neuigkeiten

Es gibt neue Keplerelemente sowohl der NORAD als auch durch Ranging (siehe unten). Das Magnetorquing hat begonnen. Zunächst wird der Spin auf rund 3 Umdrehungen/min gebracht. In 6 Perigäumsdurchgängen soll die Fluglage von ALON/ALAT = 262/-2 zunächst auf 290/-2 gebracht werden. Im weiteren Verlauf ist dann die Fluglage 0/0 das Ziel. Diese Fluglage ist optimal für die nächste Phase des Transponderbetriebs. Mit der sich ständig durch das Magnetorquing ändernden Fluglage ändern sich auch wieder die Phasen der besten Hörbarkeit (kleinsten Squint) zu späteren MA-Werten.

AO-40 Start im Fernsehen

Der NDR war im Sommer vergangenen Jahres mit einem Kamerateam in Kourou und hat u.a. auch die Startvorbereitungen für AMSAT P3-D (AO-40) gefilmt. Die Erstaustrahlung der Sendung ist:

ARTE, Mittwoch 11. Juli, 19.00
Countdown im Urwald
Mit Ariane 5 ins All
Ein Film von Ulrich Neumann

Die rein deutsche Fassung gibt es auf N3 am 2. Oktober um 22.15 in der Sendung PRISMA Dokumentation noch einmal zu sehen.

ARTE ist in den meisten Kabelnetzen und nach eigenen Angaben via Satellit zu empfangen:
Analog: ASTRA1 (19.2 E) 10.714 H, Hotbird (13 E) 11.079 V
Digital: ASTRA1 (19.2 E), ARD-Paket 11.079 V (DVB), CANALSatellit 10.788 V (DVB)

 AO-40 News

New Keps are made available by NORAD and AMSAT-ranging (see below). Magnetorquing has started for lowering thte spin down to 3 rpm. Then reorientation from ALON/ALAT = 262/-2 to 290/-2 will be performed while 6 perigee passes. Furthermore the attitude 0/0 ist the main goal. At that attitude the swuint will be optimal for a next transponder operation. With the slowly moving attitude while magnetorquing, periods of best receiption (lowest squint) will change to higher MA-counts too.

AO-40 launch on TV

The German TV broadcast station NDR has been with a camera team at the lanchsite at Kourou to make a report about ARIANE. They had a close look on the AMSAT-Team and their launch preparations of AMSAT P3-D (now AO-40). First broadcasting probalby in French and German will be:

ARTE, Wednesday 11. July, 19.00 CEST
Countdown im Urwald (Countdown in the jungle)
Mit Ariane 5 ins All (With Ariane 5 into space)
Ein Film von Ulrich Neumann

A German retransmission is planned for October 2nd on channel N3.

ARTE can be received in several European cable networks and via satellite (source ARTE):
Analog: ASTRA1 (19.2 E) 10.714 H, Hotbird (13 E) 11.079 V
Digital: ASTRA1 (19.2 E), ARD-Paket 11.079 V (DVB), CANALSatellit 10.788 V (DVB)

Latest Keps

AO-40 AMSAT Ranging G3RUH
1 26609U 00072B 01183.97146124 .00000000 00000-0 10000-4 0 0085
2 26609 5.3742 173.6903 8002332 297.5244 5.1893 1.25602992 3102
AO-40 NORAD
1 26609U 00072B 01183.97766209 -.00000349 00000-0 00000 0 0 1045
2 26609 5.3717 176.3765 7991570 295.1287 7.7538 1.25410740 3091

DL6DBN , 06.07.2001

  AO-40 Perigäum auf 850 km! ALON/ALAT 267/-2

Hallo alle,

das Ausblasen des kalten Gases durch das Arcjet-Triebwerk ist vorüber.

Hier ist ein erster Satz von Keplerelementen, die aus Rangingdaten gewonnen wurden. Weitere Messungen folgen in den kommenden Tagen.

Satellite:              AO-40 Amsat Ranging JRM
Catalog number: 26609
Epoch time: 01176.01392904
Inclination: 5.3129 deg
RA of node: 179.7299 deg
Eccentricity: 0.80079177 -
Arg of perigee: 290.2833 deg
Mean anomaly: 6.8842 deg
Mean motion: 1.25610431 rev/day
Decay rate: 0.0 rev/day^2
Epoch rev: 300
Semi major axis: 36289.817 km
Apogee height 58972.3 km
Perigee height 851.1 km
RAAN dot -0.1755 deg/d
Arg Peri dot 0.3488 deg/d
ALON = 267°
ALAT = -2°

Das Perigäum wurde von 280 km vor dem Ausgasen auf 851 km hinterher angehoben. Die Apogäumshöhe ist unverändert geblieben.

Die gute Nachricht ist in der Tat, dass AO-40 nun in einem sicheren und stabilen Orbit ist. Die schlechte Nachricht: Wahrscheinlich sind die gesamten 53 kg Ammonium verbraucht.

Seit Umlauf 302 stand der Ammoniumfluss still und die Telemetriewerte zeigen keinen weiteren Druck im Motor und in den Ammoniumtanks, während das Perigäum deutlich höher ist als erwartet.

Während des Arcjetbetriebs gespeicherte Telemetrie wird derzeit weiter heruntergeladen und ausgewertet. Weitere Analysedetails werden mit ihrem Bekanntwerden veröffentlicht.

Die Fluglage wird nun so bald wie möglich in Richtung ALON/ALAT = 0/0 zurückbewegt. Die Kommandostationen bereiten sich auf das Magnetorquing vor.

73s Peter , DB2OS für das AO-40-Team

  AO-40 Perigee now ~850 km! ALON/ALAT 267/-2

Dear All,

The blowing of cold gas through the Arcjet is over.

Enclosed a first set of keplerian elements generated from ranging data. More ranging will be done in the next few days.

Satellite:              AO-40 Amsat Ranging JRM
Catalog number: 26609
Epoch time: 01176.01392904
Inclination: 5.3129 deg
RA of node: 179.7299 deg
Eccentricity: 0.80079177 -
Arg of perigee: 290.2833 deg
Mean anomaly: 6.8842 deg
Mean motion: 1.25610431 rev/day
Decay rate: 0.0 rev/day^2
Epoch rev: 300
Semi major axis: 36289.817 km
Apogee height 58972.3 km
Perigee height 851.1 km
RAAN dot -0.1755 deg/d
Arg Peri dot 0.3488 deg/d
ALON = 267°
ALAT = -2°

The perigee height raised from 280 km before the outgassing to 851 km after, while the apogee height is unchanged.

The good news is indeed, that AO-40 is now in a safe and stable orbit! The bad news is, that probably all our 53 kg of ammonia is gone.

Since orbit #302 the ammonia stopped flowing and the pressure indicators in the telemetry show no more pressure in the motor and in the ammonia tanks, while the perigee is much higher than anticipated.

Stored telemetry is currently being downloaded and analyzed, which will take some time. More details later as they become available.

The spacecraft attitude will now be moved back to ALON/ALAT = 0/0 as soon as possible and command stations are currently preparing for magnetorquing.

73s Peter DB2OS
for the AO-40 team

AMSAT-DL , 29.06.2001

  S2-MB während Arcjetbetrieb MA 100-180 aus!

Liebe Freundinnen und Freunde,

das Arcjet-Triebwerk wurde in Orbit 296, MA 118-135 eingesetzt, was rund eine Stunde auströmenden Gases ergab.

Der S2-Sender ist von MA 100-180 aus, um Energie für ATOS einzusparen. Der Gasgenerator für das Ammonium benötigt etwa 120 bis 130 W Energie, wenn er vom Thermostaten zugeschaltet wird.

Die IHU-2 läuft und speichert Telemetrie in einen zyklischen Puffer der rund 2,5 Tage an Daten speichern kann. Die Werte des einstündigen "Brenn"-vorgangs zeigt eine positive Energiebilanz und alles sieht nominal aus.

Der Schub begann bei MA 121,4 und dauerte 3618 s. Die Beschleunigung wird mit 54E-6 m/s^2 und die Richtung mit 274 / -2, der aktuellen Fluglage angenommen.

Unter Beachtung einiger unbekannter Größen (aktuelle Satellitenmasse), werden folgende Ergebnisse erwartet:

                   Before            After
--------------------------------------------
Epoch year 2001 2001
Epoch time 173.12145 173.16312
Inclination 5.2833 5.2833592
R.A.A.N 180.71591 180.70361
Eccentricity 0.815077 0.8150139
Arg perigee 288.69088 288.71333
Mean Anomaly 121.4 140.46836
Mean motion MM 1.2711484 1.2710861
Revolution 296 296
SMA 36003.6 36004.773
Perigee height 279.754 282.2427
^^ +2.5km
Apogee height 58971.166 58971.024
--------------------------------------------

Demnach wurde das Perigäum durch den einstündige Betrieb um rund 2,5 km angehoben, und das bei einem nur 50%igen Schub. Da bislang alles gut verlief, wurde der Bordrechner von AO-40 programmiert, um einen zweistündigen Betrieb um das Apogäumm in Umlauf 297 zu starten. Der erste 2-h-Test endete im Orbit 297 MA 142 (2001-06-23 01:54 utc). Alle Werte sahen erneut gut aus und wir werden vermutlich bald auf vierstündiges "Brennen" gehen und möglicherweise auch den Schub erhöhen.

Wir haben zwar noch nicht die neuesten NORAD-Keplerdaten gesehen, die Veränderungen im Orbit sollten aber bald bemerkbar sein.

Wir sind alle über die bisherigen erfolgreichen Ergebnisse des ATOS (Arcjet Thruster on OSCAR Satellite) sehr glücklich. Etwas mehr Informationen über das ATOS-System gibt es unter:
www.irs.uni-stuttgart.de/RESEARCH/EL_PROP/PROJ/e_atos.html

73s Peter , DB2OS für das gesamte AO-40-Team

  S2-MB OFF MA 100-180 while Arcjet-Burns!

Dear All,

The arc-jet thruster has been invoked on Orbit 296, MA 118-135, which gave about 1 hour of thrusting gas only.

The S2 TX is OFF from MA 100-180 to spare power for the ATOS. The gas generator for the ammonia draws about 120 - 130 W of power when cycled on by the thermostat.

The IHU-2 is running and logging telemetry into a circular buffer and hold about 2.5 days worth of data. Downloaded telemetry from this 1h burn indicated positive power budget and everything looks nominally.

The thrust on orbit 296 started at MA 121.4 and lasted for 3618s. The acceleration is guestimated to be 54E-6 m/s^2 , and the direction of acceleration is towards alon 274, alat -2 (the current attitude).

Give or take the unknowns, the expected outcome of this was:

                   Before            After
--------------------------------------------
Epoch year 2001 2001
Epoch time 173.12145 173.16312
Inclination 5.2833 5.2833592
R.A.A.N 180.71591 180.70361
Eccentricity 0.815077 0.8150139
Arg perigee 288.69088 288.71333
Mean Anomaly 121.4 140.46836
Mean motion MM 1.2711484 1.2710861
Revolution 296 296
SMA 36003.6 36004.773
Perigee height 279.754 282.2427
^^ +2.5km
Apogee height 58971.166 58971.024
--------------------------------------------

So the perigee was raised by this 1h burn by about +2.5 km, but only a thrust rate of 50% was used.

Since everything went so well, the computer onboard AO-40 was commanded to initiate 2h "burns" starting around apogee on orbit 297 for the next three orbits.

The first 2-hour burn stopped at Orbit 297 MA 142, which is 2001 Jun 23 0154 utc. Again, all telemetry is looking good and we may soon expand to 4h "burns" and possibly increase the thrust level as well.

While we haven't yet seen the latest NORAD data, some effects of the changing orbit should be soon noticeable.

Indeed, we all are very happy with the successful results of the ATOS (Arcjet Thruster on OSCAR Satellite) so far.

Some more information about the ATOS system is available here:
www.irs.uni-stuttgart.de/RESEARCH/EL_PROP/PROJ/e_atos.html

73s Peter DB2OS
for the AO-40 team

AMSAT-DL , 24.06.2001

  Erster Arcjet-Test scheint erfolgreich!

Hallo zusammen,

die erste Aktivierung des Zufuhrsystem für den ATOS-Treibstoff wurde erfolgreich in Orbit 295 durchgeführt.

Die Telemetrie bestätigte, dass der Erhitzer für das Ammonium, der Durchflussratencontroller, die Ventile und Druckanzeiger ordnungsgemäß zu arbeiten scheinen.

Die Dauer des Ausgasens betrug rund 22 Minuten und wird nun in weiteren Tests erhöht.

Glückwünsche an das Kommandoteam für eine erneute Superarbeit!

73s Peter , DB2OS für das gesamte AO-40-Team

  1st Arcjet-Tests seemed to be successful!

Dear All,

the first activation of the ATOS propellant feed system was performed successfully on orbit #295.

Telemetry confirmed that the heater for the ammonia, the flow rate controller, valves and pressure indicators seem to work appropriately.

The duration for the out-gassing was about 22 minutes and will now be increased during further tests.

Congratulations to the command team for another superb job!

73s Peter DB2OS
for the AO-40 team

AMSAT-DL , 21.06.2001

   

A  HI, THIS IS AMSAT OSCAR-40       2001-06-21  02:17:34  #01ED
+--------------------------------------------------------------+
|  ALON/ALAT=275/-2,  Beginning ArcJet Tests, TRANSPONDERS OFF |
+--------------------------------------------------------------+
M  QST AMSAT OSCAR-40       ***UPDATE***            2001-06-21
       ALON/ALAT = 275/-2.  Middle beacon on continuously
      Transponders off.
    Arcjet Testing beginning for raising perigee.
        The AO-40 team would like your telemetry files!
 Please "zip" compress your daily telemetry files and e-mail to:
        ao40-archive@amsat.org

DL6DBN , 21.06.2001

  Perigäumsanhebung durch Arcjet-Test

Wir nähern uns der Fluglage 270/0 und der Test des Arcjets ist bald geplant.

Der erste Test wird ohne elektrische Leistung, nur durch Ausblasen des kalten Gases, erfolgen, damit alle Systeme getestet werden und das Perigäum um einige Hundert Kilometer angehoben wird.

Was die Leistung des Arcjets betrifft, so gibt es noch einige Unsicherheiten. Die wichtigste ist die aktuelle Masse von AO-40. Wenn wir nur Gas ausblasen, können wir einen spezifischen Impuls im Bereich um 1000 m/s erwarten. Mit einem brennenden Lichtbogen sind es mindesten 4000 m/s, wahrscheinlich eher 4500 m/s. Mit 500 kg Satellitenmasse können wir aus dem Arcjet einen Gesamt- Delta-V von 500 m/s erzielen. Andererseites sind es nur 100 m/s, wenn der Lichtbogen nicht brennt.

Für je 100 km, die das Perigäum angehoben werden soll, wird im Apogäum ein Delta-V von 7,25 m/s benötigt. Wenn wir eine Masse von 500 kg annehmen, wird ein Gaseinsatz von 3,6 kg (aus über 50 kg) nötig sein, um das Perigäum um 100 km anzuheben. Mit dem brennenden Antrieb sind es andererseits nur 0,8 kg (allerdings mit 10 h Brenndauer bei 1000 W Stromverbrauch). Unter der Annahme, dass der Massenflussregler (MFC) ohne Lichtbogen noch einen Fluss von 20 bis 30 mg/s liefert, reden wir über eine gesamte Blasdauer von 30 bis 40 Stunden.

Durch die hohe Satellitenmasse (Annahme 500 kg) können wir keine großen Inklinationsänderungen vornehmen aber noch immer einen 16- Stunden-Orbit erreichen. Das würde die gegenwärtigen Sichtbarkeitsbedingungen deutlich verbessern. Das Delta-V für einen 16-h- Orbit beträgt für unterschiedliche Perigäumshöhen ohne Inklinationsänderung:

500 km 77 m/s
1000 km 120 m/s
2000 km 200 m/s
4000 km 350 m/s

Für den Fall, dass der Lichtbogen nicht funktioniert und wir einen 16-h- Orbit anstreben, darf die Perigäumshöhe also nicht über 750 km angehoben werden.

Zusammenfassung

1. Für den ersten Test brauchen wir uns um die Arcjet Hochspannungselektronik nicht zu kümmern.

2. Wir können für mehrere Stunden Gas im Apogäum abblasen, was mit brennendem Lichtbogen ohen ausgefaltete Solarzellen nicht möglich wäre.

3. Der Schub wird deutlich geringer als mit Lichtbogen sein. Da das Gas aber über einen längeren Zeitraum und ohne Sorge um die Batterien ausgeblasen werden kann, können wir das Perigäum auf diese Weise schneller anheben.

4. We müssen für 40 Stunden 4 kg NH3 bei 0,1 kg/h ausblasen, um das Perigäum 100 km anzuheben.

5. Dieser Schub entspricht 60 % des TMFC oder 27 mg/s.

6. Wenn wir das Perigäum 200 km höher wollen, können wir in 20 Orbit bei 4 Stunden um das Perigäum dorthin gelangen.

7. Dabei werden 8 kg von insgesamt 53 kg NH3 verbraucht.

8. Theoretisch können wir für 8 Stunden um das Apogäum bei 95 % Massenfluss eine Perigäumsanhebung um 200 km in 10 Umläufen erreichen.

9. We können noch einen 16-Stunden-Orbit ohne Inklinationsänderungen erreichen.

73s Peter , DB2OS für das gesamte AO-40-Team

Telemetrie benötigt

Sehr bald wird das Kommandoteam einige Aufnahmen mit der YACE-Kamera machen. Dies wird helfen, die Fluglage des Satelliten genau zu bestimmen, bevor der kalte Testbetrieb des Arcjet-Motors beginnt.

Ihre Hilfe ist nötig bei der Sammlung von Telemetrie insbesondere D- Blöcken!

Bitte sammeln Sie alles was Sie können, zippen es und senden Ihre Telemetrie an 

JEDER BLOCK ZÄHLT - EGAL OB MIT GUTEN ODER SCHLECHTE PRÜFSUMMEN!

73, Paul , VP9MU, AO-40 Telemetry Archive

  Raising the perigee by testing the arcjet

We are approaching the 270/0 mark and it is planned to test the ARCJET soon.

The first test will be done without electrical power by blowing only cold gas to check-out all systems and raise the perigee by some hundred kilometers.

Concerning the arcjet performance, we have a number of uncertainties. The most important one is the actual mass of AO-40. If we just blow gas, we can expect an Isp in the order of 1000 m/s. With the arc burning, it will be at least 4000 m/s, probably more like 4500 m/s. With 500 kg s/c mass we could get out of the arcjet a total delta-v of 500 m/s. On the other hand if the arc does not work, we would get only in the order of 100 m/s.

For each 100 km we want to raise the perigee, we need a delta-v of about 7.25 m/s at apogee.

If we assume a s/c mass of around 500 kg, just blowing gas would require a mass expenditure of 3.6 kg to raise the apogee by 100 km (out of 50 kg +). On the other hand, with the motor burning, we would need only around 0.8 kg; some 10h burning time with 1000 W power consumption. Assuming that without arc the mass flow regulator (MFC) would still result in a mass flow of 20 - 30 mg/s, then we are talking about a total blowing time of 30 to 40 h.

Due to the spacecraft mass (assuming it is still 500 kg), we can't make a big change in inclination, but we can still achieve a 16 hour orbit. This would much improve the current visibility conditions.

The required delta-v for achieving a 16 hour orbit with different heights of perigee (without any inclination change) are:

500 km 77 m/s
1000 km 120 m/s
2000 km 200 m/s
4000 km 350 m/s

In case the arc doesn't work and we want a 16 hour orbital period, the height of perigee should not be increased beyond 750 km.

Summary:

1) For the first test we do not need to worry about the ArcJet high power electronics.

2) We can blow gas for several hours around apogee, which we could never do with the arc burning and not having the solar panels fully deployed.

3) The thrust will be much less as with the ArcJet burning, but given that we can blow gas for a much longer period of time each orbit without worrying about the batteries, we can actually raise perigee faster this way.

4) We need to thrust (gas only ) at 0.1 kg/hour for 40 hours (4 kg NH3) to raise perigee by 100 km.

5) This thrust level is 60% of the TMFC (mass flow regulator) or 27 mg/s.

6) If we want to raise perigee by 200 km, we could thrust for 4 hours around apogee for 20 orbits and get there.

7) We would consume 8 kg of our 53 kg NH3 in the process.

8) We can theoretically outgas for 8 hours around apogee with the mass flow regulator set to 95% and raise perigee about 200 km in 10 orbits.

9) We can still achieve a 16 hour orbital period (without any inclination change).

73s Peter DB2OS
for the AO-40 team

Telemetry required

Very soon the command team will be taking some pictures with the YACE camera. This is to aid in determination of the S/C attitude prior to the test cold burn of the arcjet motor.

Your help is requested in capturing telemetry, particularly the D blocks!

Please capture everything you can, zip and send your telemetry to 

EVERY BLOCK COUNTS - GOOD OR BAD CRCC!

73, Paul , VP9MU, AO-40 Telemetry Archive

AMSAT-DL , 18.06.2001

2001-06-14: AO-40 ALON/ALAT = 285/-13

Das AO-40 Mini-Glossar wurde um einige Photos erweitert.

 The earlier requested translation of the AO-40 Mini-Glossary can be downloaded now.

DL6DBN , 14.06.2001