AMSAT-OSCAR 40 AMSAT-DL Journal

Frank Sperber, DL6DBN

AO-40 Mini-Glossar

Im Zusammenhang mit den Arbeiten der Kommandostationen tauchen immer wieder Begriffe wie Squint, Fluglage oder MA auf. Sie sollen hier kurz erläutert werden. Insbesondere in der Zeit, in der AO-40 durch Eigenrotation als "Spinner" stabilisiert wird, sind diese Angaben von Bedeutung.

ALAT

ALAT steht für Attitude-LATitude, also eine Breitenangabe (Latitude) der Fluglage (Attitude) des Satelliten. Die Bezugsebene der Fluglagenbestimmung ist die Orbitebene des Satelliten. Die Breitenangabe ALAT der Fluglage zeigt an, wie weit die +Z-Achse des Satelliten aus dieser Ebene herauszeigt. Positive Werte zeigen eine Neigung nach Norden an, negative eine Neigung der Achse nach Süden. Die Hauptstrahlrichtung der Antennen ist in +Z-Achse. Je näher ALAT also an 0 herangeht, desto besser sind die Antennen in der Nord/Süd-Richtung zum Erdmittelpunkt ausgerichtet.

ALON

ALON steht für Attitude-LONgitude, also die Längenangabe (Longitude) der Fluglage (Attitude). Die Bezugsachse ist die große Halbachse, die Perigäum (erdnächster Punkt der Umlaufbahn), Erdmittelpunkt und Apogäum (erdfernster Punkt) miteinander verbindet. Bezugspunkt ist das Apogäum und die Zählrichtung geht in der gleichen Richtung wie die Satellitenbewegung auf der Umlaufbahn. ALON zeigt mit Werten von 0 bis 359 an, wie die +Z-Achse in Bezug zur großen Halbachse steht. ALON = 0 bedeutet zum Beispiel, dass die Antennen im Apogäum Richtung Erde zeigen, bei ALON = 180 zeigen sie im Perigäum zur Erde. Werte zwischen 0 und 180 geben an, dass die +Z-Achse auf dem Weg vom Apogäum zum Perigäum Richtung Erde zeigen, und bei Werten zwischen 180 und 359 zeigt sie vor dem Apogäum zur Erde.

ES1 und ES2

AMSAT-OSCAR 40 besitzt zwei Erdsensoren (Earth-Sensor). Mit ihnen und den Sonnensensoren kann im Spin-Mode (Eigenrotation) die Lage des Satelliten zur Erde und zur Sonne bestimmt werden. Hieraus lassen sich dann von den Kommandostationen ALON, ALAT und die Drehzahl (Spin) des Satelliten bestimmen.

Fluglage

Die Fluglage gibt mit zwei Werten (ALON/ALAT) die Ausrichtung des Satelliten im Raum an. Die aktuelle Fluglage ist für die Kommandostationen wichtig, um Lageänderungen zur besseren Antennen- oder Solarzellenausrichtung programmieren zu können. Auch für Manöver zum Beispiel mit dem Lichtbogentriebwerk ATOS muss eine bestimmte Fluglage eingehalten werden, damit der Schub in die korrekte Richtung wirkt.

Die Fluglage wird beispielsweise über die Bake des Satelliten ausgegeben. Da sich die Umlaufbahn im Verhältnis zur Erde durch Präzession kontinuierlich leicht verdreht, gilt die Fluglagenangabe für einen bestimmten Referenzzeitpunkt. Ein gutes Bahnberechnungsprogramm berücksichtigt diese Drehung der Orbitebene und berechnet jeweils intern die aktuelle Fluglage. Vorsicht! Eine große Zahl älterer Programme ist noch für die Vorgänger von AMSAT-OSCAR 40 (AO-10 und AO-13) ausgelegt, deren Antennen in -Z-Richtung zeigten. Für eine korrekte Berechnung des Schielwinkels der Antennen müssen ALON und ALAT entsprechend umgewandelt werden: ALATneu = -ALAT, ALONneu = 180 + ALON (Werte über 360 werden auf 0 normiert).

IHU

Die Integrated-Houskeeping-Unit ist der zentrale Bordrechner von AO-40. Hierüber werden die Messwerte aus dem Satelliteninneren erfasst, Steuerungen vorgenommen und die Daten für die Bake erzeugt.

IHU-2

Die IHU-2 ist ein Technologieexperiment für mögliche zukünftige Bordrechner. Auch sie kann auf Messwerte zugreifen und den Satelliten steuern. Zusätzlich zur IHU kann die IHU-2 auf Bilder einer Kamera (YACE) zugreifen, sie speichern und zeitversetzt zur Erde senden. Diese Bilder wurden bereits zusätzlich zur Lagebestimmung des Satelliten herangezogen.

Illumination

Die Illumination oder Ausleuchtung gibt an, wieviel Prozent der maximalen Energie die Solarzellen erzeugen können. Fällt das Sonnenlicht senkrecht auf die Solarzellen beträgt die Illumination 100%. Je mehr die Sonne die Solarzellen von der Seite bestrahlt, desto geringer wird die Ausleuchtung. Fällt das Sonnenlicht seitlich auf die Zellen beträgt die Illumination 0%. Es besteht der Zusammenhang: Illumination = 100 * cos (Solarangle).

MA

Der Umlauf des Satelliten um die Erde ist in 256 zeitgleiche Teile, MA-Werte, unterteilt. Die Zählung beginnt bei 0 im Perigäum, erreicht im Apogäum 128 und im nächsten Perigäum 256. Bei rund 1,269 Umläufen von AO-40 pro Tag beträgt eine MA-Einheit etwa 4 Minuten und 26 Sekunden. Anhand der MA-Werte können bestimmte Systeme des Satelliten (Sender, Empfänger, Experimente, Lageregelung) durch den Bordrechner ein- und ausgeschaltet werden. Im späteren Betrieb können bestimmte Transponderkombinationen in einer Art Fahrplan durch MA-Werte angegeben werden.

Magnetorquer

Im Satelliten sind mehrere Elektromagnete, auch Magnetorquer genannt, verteilt, die im Zusammenspiel mit dem Erdmagnetfeld in Perigäumsnähe zur Lageregelung des Satelliten genutzt werden können. Der Satellit wirkt wie der Rotor eines Elektromotors, während das Magnetfeld der Erde den Stator bildet. Der Prozess dieser Regelung nennt man auch Magnetorquing. Über das Magnetorquing können die Fluglage des Satelliten und die Drehzahl bei Perigäumsdurchgängen verändert werden.

SEU

Die Sensor-Electronic-Unit wandelt die Signale der Sensoren in ein für die IHU lesbares Format um und sorgt umgekehrt für die Ansteuerung der Magnetorquer anhand der IHU-Daten.

Solar-Angle

Der Solar-Angle oder Sonnenwinkel wird über die Sonnensensoren bestimmt und gibt an, wie sehr der Satellit zur Sonne geneigt ist. Bei einen Sonnenwinkel von 0 Grad fallen die Sonnenstrahlen senkrecht, also optimal auf die Solarzellen. Bei 90 Grad erhalten die Sonnenzellen kein Licht.

Spin

AMSAT-OSCAR 40 kann in zwei verschiedenen Formen in seiner Lage stabilisiert werden: Durch Eigenrotation (Spinning) des ganzen Satelliten um seine Z-Achse und durch drei Drallräder, die im inneren des Satelliten rotieren (Dreiachsstabilisierung). Für die Zeit der Tests und Vorbereitungen für den späteren Normalbetrieb arbeitet AO-40 im Spin-Mode. Ähnlich wie bei einem Brummkreisel ist die stabilisierende Wirkung umso größer je höher die Drehzahl (Spin) ist. Allerdings wird die magnetische Lageregelung mit zunehmender Drehzahl schwieriger.

Da die Antennen der höheren Bänder (L, S, C, X, Ka) nicht symmetrisch auf dem Satelliten angeordnet sind, können sich Spinfading und Spinwobbling ergeben. Das Spinfading entsteht durch zeitweise Abdeckung am Rand der Antennenkeulen oder die durch Aufbauten etwas verformten Antennendiagramme. Spinwobbling ist quasi ein kleiner Dopplereffekt. Durch die Rotation des Satelliten bewegen sich einige Antennen zyklisch auf den Erdbeobachter zu bzw. sie entfernen sich. Durch diese Relativbewegung entsteht ein Dopplereffekt von bis zu 100 Hz je nach Band, Drehzahl und Antennenlage. Über das Spinfading und besonders das Spinwobbling kann auch die Drehzahl des Satelliten bestimmt werden.

Squint

Der Squint-Winkel oder auch Schielwinkel gibt an, wie sehr die Hauptantennenstrahlrichtung des Satelliten vom Beobachter weg zeigt. Ein Squint von 0 Grad bedeutet, dass die Satellitenantennen optimal auf die Bodenstation ausgerichtet sind. Der Gewinn ist maximal, und Effekte durch den Spin sind minimal. Je höher der Squint desto schlechter wird die Hörbarkeit des Satelliten. Bei einem Schielwinkel von 90 Grad sieht man den Satelliten von der Seite, bei 180 Grad sieht man ihn von hinten.

In Abhängigkeit vom Öffnungswinkel der benutzten Satellitenantenne ist ein brauchbarer Betrieb zu unterschiedlichen Squintwinkeln möglich. Mit der S2-Antenne wurden beispielsweise gute Empfangsberichte bei einem Squint unter 60 Grad und besonders unter 35 Grad gemeldet. Hier werden Hauptkeule und erste Nebenkeule empfangen. Die S1-Antenne hat einen kleineren Öffnungswinkel, dafür aber auch mehr Gewinn, und wird nur bei noch kleineren Squintwinkeln Sinn machen.

Einige Bahnberechnungsprogramme berechnen aus der aktuellen Fluglage, der Satellitenposition und dem Beobachtungsstandort den Squint.

SS1 und SS2

Diese Sonnen-Sensoren erfassen im Spinmode die Lage des Satelliten zur Sonnen. Damit und mit den Werten der Erdsensoren kann die Fluglage bestimmt werden. Die Sonnensensoren haben einen Erfassungsbereich von etwa +/- 45 Grad. Sollte der Sonnenwinkel also über 45 Grad steigen, wird die Sonne nicht mehr von den Sensoren erfasst. Dieser Zustand tritt durch die Wanderung der Sonne um die Umlaufbahn und die Präzession der Umlaufbahn theoretisch etwa alle 220 Tage für eine Dauer von 110 Tagen auf. Durch eine aktive Veränderung der Fluglage kann dieser Situation begegnet werden. Zeitweise kann diese Gegenbewegung nicht schnell genug erfolgen bzw. wird durch noch zu bestimmende Effekte beeinflusst. In den Phasen, in denen die Sonnensensoren dann keine Sonne sehen, können mangels bestimmbarer Fluglage auch keine Lagemanöver mittels Magnetorquing durchgeführt werden. AO-40 befindet sich in diesem Fall in einer Art vorübergehendem "Winterschlaf", auch "Hibernation" genannt.

WOD

Bei der Übermittlung von Whole Orbit Data werden ausgewählte Telemetriewerte im Bordrechner gespeichert und über die Bake in einem Datenblock übermittelt. Damit sind Messwertanalysen aus Orbitphasen möglich, in denen die Kommandostationen keinen direkten Zugriff auf den Satelliten haben.

YACE

YACE ist die Abkürzung für Yet Another Camera Experiment. Hierbei handelt es sich um eine s/w-CMOS-Kamera mit 512 x 512 Bildpunkten, die direkt mit der IHU-2 verbunden ist. Neben der Aufnahme von Erdausschnitten wurde sie auch schon eingesetzt, um aus den Bildern zusätzliche Lageinformationen zu gewinnen, falls Sonne und Erde für die Sensoren eine ungünstige Konstellation besitzen.


© AMSAT-DL/DL6DBN, Stand 06/2001
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