UoSAT-OSCAR 9 AMSAT-DL Journal


Frank Sperber, DL6DBN

Freitag, der 13. oder: Wie OSCAR-9 verschwand

"Am Morgen des 13. Oktober verglühte der britische Satellit UoSAT-1 in der Erdatmosphäre". So oder so ähnlich konnte man um das zweite Wochenende im Oktober 1989 vom Absturz des Amateurfunksatelliten UoSAT-OSCAR 9 in der Presse erfahren.

Zur Erinnerung, UO-9 wurde am 6.Oktober 1981 vom Western Test Range der NASA (Lompoc, CA.) auf seine sonnensynchrone, polare Umlaufbahn in 540 km Höhe gebracht. Zur Enttäuschung vieler Funkamateure, trug er keinen Transponder mit Kommunikationsmöglichkeiten an Bord. Dafür war er aber mit einer Fülle von Experimenten bestückt, die wissenschaftlich interessierte Funkamateure und viele Schulklassen über Jahre hinweg beschäftigten. Zu diesen Experimenten gehörten HF- und S/X-Band Baken, Magnetfeldbestimmungen, Strahlungsmessungen, eine CCD-Kamera und der "Digitalker" für synthetische Sprache. [1,3,4]

Bei einer Bahnhöhe von gut 500 km war schon zum Startzeitpunkt klar, daß der Satellit nach 3-5 Jahren sein Aus in der Erdatmosphäre finden würde [2,5]. Leider sah es bereits im April 1982 nach einem abrupten Ende der Mission aus, als sowohl VHF- (145,825 MHz), wie auch UHF-Sender (435,025 MHz) die jeweiligen Kommandoempfänger im gleichen Frequenzbereich zugleich blockierten. Erst mit Hilfe von 15 MW Strahlungsleistung über einen 50 m Spiegel der Stanford University gelang es im September '82 den Satelliten aus seiner Blockade zu befreien. Sich bester Gesundheit erfreuend, zog OSCAR-9 dann noch bis zum 13.10.1989 seine immer enger werdende Bahn, bis er gegen 7:52 UT zwischen 50 Grad Süd, 139 Grad West und 46 S, 140 W nach 44761 Erdumrundungen über dem Südpazifik verglühte. Durch das Sonnenfleckenminimum Mitte der 80er Jahre und der daraus resultierenden Wirkungen auf die Erdumgebung hat UO-9 doch eine Lebensdauer von 8 Jahren erreichen können.

Als gegen Ende 1988 die Prognosen des Absturztermins auf Herbst '89 lauteten, wurde es interessant, den Verlauf der Bahnhöhe näher zu beobachten. Anfangs noch mit den von der NASA herausgegebenen Keplerelementen, später dann in der "heißen Phase" mit eigenen täglichen Messung, die auch ein Wiederfinden des Satelliten am folgenden Tag ermöglichten. Die Entwicklung der Bahnhöhe zwischen Juni '88 (465 km) und dem Ende (~100 km) zeigt Diagramm 1. Ein besonderer Punkt wird in der Kurve deutlich. Die starken Auroraerscheinungen vom 13. und 14. März 1989 (Ri 181, Ak 284) wirkten sich in einem plötzlichen kräftigeren Absinken aus. Ein Zeichen, daß die höhere Ionendichte dieses Sonnenereignisses auch in Höhen von 450 km wirkte und den Satelliten deutlich "bremste". Eigentlich nimmt die Geschwindigkeit auf einer niedrigeren Bahn zu, da die potentielle Energie in Wärmeenergie (Reibung) und kinetische Energie umgewandelt wird. Spätere, ähnliche solare Ereignisse hatten keine so deutliche Wirkung mehr, da bereits die Moleküldichte der Restatmosphäre den stärksten Einfluß ausübte.

Bahnverlauf (3.2 kB)
Diagramm 1: Die zeitliche Entwicklung der Bahnhöhe

Das zunehmende Eintauchen in die Restatmoshäre ging selbstverständlich auch am Satelliten nicht spurlos vorüber. Gut einen Monat vor UoSAT's Ende begann das Mitschreiben und Dekodieren der Telemetrieblöcke. Um nicht in einer Flut von Daten zu ersticken, wurden zunächst nur die Temperaturen der Akkumulator- und 2 m Bakentemperatur verfolgt. Ab 250 km kamen die maximale und minimale Temperatur der Außenflächen hinzu. Zur Unabhängigkeit von Einflüssen direkter Sonneneinstrahlung wurden nur die Werte der Abendüberflüge durch den Erdschatten (Eklipse) betrachtet.

Diagramm 2 stellt die Temperaturen in Abhängigkeit der Bahnhöhe dar. Zeigt sich anfänglich eine permanente Temperaturerhöhung sinken sie allesamt bei etwa 240 km deutlich ab. Damit bestätigt sich ein weiteres Mal, daß in einer Höhe von 200 bis 250 km, je nach Sonnenaktivität, die Temperatur (= Geschwindigkeit der Teilchen) rapide abnimmt (nach Blüthgen [6] von +400° auf -40°C). Somit ist die erwärmende Wirkung auf den Satelliten, trotz höherer Dichte, geringer als wenige Kilometer höher. Im Weiteren wird dieser Effekt durch die zunehmende Dichte wieder ausgeglichen.

Temperaturverlauf (4.1 kB)
Diagramm 2: Ausgewählte Temperaturen in Abhängigkeit der Bahnhöhe
T-bat = Akkumulatortemperatur
T-2m = Temperatur der 145 MHz Bake
T-min = Minimale Außenhauttemperatur
T-max = Maximale Außenhauttemperatur

Anhand eines Datenblocks aus dem letzten beobachteten Umlauf (am 13.10. gegen 5:13 UT durch D.Guimont in Californien) zeigt sich die Auswirkung der Reibung auf die Temperaturen der Außenhaut besonders deutlich.

Die drei Navigationsmagnetometer lieferten um 5:12:20 UT folgende Meßwerte: X: -2626 nT, Y: -39530 nT, Z: -74764 nT. Damit steht die X-Achse fast senkrecht zum Erdmagnetfeld, während Y- und Z-Achse in der Ebene des Erdmagnetfeldes liegen. Bild 1 zeigt in etwa die Lage des Satelliten zum magnetischen Nordpol und der Flugbahn. -Y und -Z Ebene zeigen in Flugrichtung, +X und -X Fläche des Satelliten liegen parallel dazu. Erwartungsgemäß spiegeln die Temperaturen diese Lage wieder: +X: -1.4°C, -X: 1.0°C, +Y: -9.3°C, -Y: 21.2°C, +Z: 6.7°C, -Z: 20.8°C Die unerwartet etwas hohe Temperatur der +Z Fläche mag durch die dort montierten Aufbauten und ihr Herausragen über die Silouette begründet sein. Selbst die geringe Neigung der X-Achse zur Flugbahn läßt sich in einem Temperaturunterschied von 2.4°C der X-Flächen nachweisen. In den folgenden anderthalb Umläufen müssen diese Temperaturen dann auf Zerstörungswerte angestiegen sein.

Fluglage (2.7 kB)
Bild 1: Die Fluglage des Satelliten am 13.10.89 um 5:12:20 UT

Als Fazit möchte ich festhalten, daß UoSAT-OSCAR 9 noch im Ende aus experimenteller Hinsicht äußerst interessant war. Es bleibt zu hoffen, daß die Reihe naturwissenschaftlicher Experimente an Bord von Amateurfunksatelliten nicht abreißt und über UO-11, UO-14, WO-18 und UO-22 hinaus mit Erfolg weitergeführt werden kann.

Ein Dankeschön an die Funkamateure M.J. Millet und Dave Guimont für ihre freundliche Überlassung von Telemetrie aus für uns Europäer unzugänglichen Gebieten.

Literatur:

  1. The Satellite Experimenter's Handbook, Martin R. Davidoff K2UBC, 1st Edition ARRL 1985, S. U-O-9
  2. The Satellite Experimenter's Handbook, Martin R. Davidoff K2UBC, 1st Edition ARRL 1985, S. 8-6
  3. UoSAT - der erste britische Amateurfunk-Satellit, Frank Weißferdt, cq-DL 8/81, S. 378
  4. UoSAT Spacecraft Data Booklet, University of Surrey, Guildford
  5. Analytische Berechnung erdnaher Satellitenbahnen unter Verwendung eines realistischen Luftwiderstandsmodells, Hans Heinrich Klinkrad, Dissertation TU Braunschweig 1984
  6. Seydlitz Band 5 Erde und Mensch, Schroedel Verlag, S.55

Glossar:

Aurora
Funkreflektion in der Polarregion, ausgelöst durch ionisierte Partikel des Sonnenwinds, oft verbunden mit Polarlichtern
Bake
Sender auf einer festen Frequenz zu Meß- und Übertragungszwecken
HF
High Frequency; Frequenzbereich zwischen 3 und 30 MHz
Keplerelemente
Ein Satz aus mindestens sieben Parametern, der die Bahn eines Satelliten um die Erde beschreibt
S-Band
Satellitenband unterhalb 3 GHz, bei UO-9 2.4 GHz
Telemetrie
Fernmessung; im Satelliten aufgenommene Meßwerte, die über die Bake ausgesendet werden
Transponder
Nachrichtenumsetzer, empfängt Signale von der Erde und sendet sie in verstärkter Form wieder zur Erde zurück
UHF
Ultra High Frequency; Bereich zwischen 300 und 3000 MHz
UT
Universal Time; Weltzeit, MEZ minus eine Stunde, bzw. MESZ minus zwei Stunden
VHF
Very High Frequency; Bereich zwischen 30 und 300 MHz
X-Band
Satellitenband oberhalb 10 GHz


© AMSAT-DL/DL6DBN, Stand 09/1990
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