Ako prijímať signály z skCUBE

V piatok, 23. júna o 05:59 ráno stredoeurópskeho letného času, do vesmíru odštartovala družica skCUBE na indickej rakete PSLV-C38, z vesmírneho strediska Satish Dhawan Space Centre.

Približne 20 minút po štarte bola družica skCUBE oddelená od nosného stupňa raketového nosiča. Ďalších 30 minút trvalo, kým otvorila svoje komunikačné antény a začala posielať prvé signály z vesmíru. Už počas prvého obletu Zeme zachytil signály z družice skCUBE ako prvý rádioamatér Dmitrij Paškov z Moskvy. Prvý prelet v dosahu komunikačných antén na Slovensku sa uskutočnil o hodinu a pol neskôr. Bola to neskutočná radosť počuť prvé signály skCUBE z vesmíru. Družica pracuje v rádioamatérskom pásme, preto prijaté signály nie sú nijak šifrované. Prijímať a dekódovať signály z skCUBE môže teda každý z vás a v tomto článku si ukážeme ako na to!

 

Kde je skCUBE?

 

Ak chceme prijímať signály z skCUBE, musíme najskôr poznať jej polohu. Každý kozmický objekt, ktorý krúži okolo našej zeme, je monitorovaný radarovým systémom NORAD. Tento systém dokáže detekovať telesá od veľkosti tenisovej loptičky, teda na jeho verejne dostupnom zozname sa nachádza aj družica skCUBE. Dáta sú interpretované pomocou TLE (Two-line element set), ktoré jasne popisujú jej polohu na obežnej dráhe.

Existuje množstvo softvérov, ktoré dokážu pracovať s TLE dátami a vykresliť polohu družice na mape. Ja používam program Orbitron, v linuxe mám osvedčený softvér GPredict.
Po nainštalovaní programu Orbitron je potrebné stiahnuť aktuálne TLE dáta (Obr. 1), nastaviť si presný čas na počítači a vybrať našu polohu cez záložku “stanovište” na spodnej časti obrazovky. Následne vpravo pomocou tlačidla “Načítať dáta” vyberieme súbor tle-new.txt. Tým sa nám načíta zoznam družíc a na obrazovke vpravo vyberieme objekt SKCUBE, tak ako to popisuje Obr. 2. Na mape už vidíme polohu družice a jej rádiové pokrytie reprezentované zelenou krivkou v okolí. Keď je družica nad našim obzorom, môžeme sledovať cez záložku “Sledovanie/rádio” jej relatívnu polohu vzhľadom k našej prijímacej stanici prostredníctvom údajov Azimut/elevácia. Po nastavení vysielacej frekvencie pre downlink 437.1 MHz možeme sledovať aktuálnu frekvenciu na ktorej budeme satelit počúvať (Obr. 3). Frekvenčný posun je daný dopplerovým javom, pretože relatívna rýchlosť družice vzhľadom k pozorovateľovi sa mení. Program taktiež umožňuje vypočítať nasledovné prelety družice cez kartu “Predpoveď”.

 

Obr. 1 – Aktualizácia TLE dát

 

Obr. 2 – Zobrazenie polohy skCUBE v programe Orbitron

 

Obr. 3 – Zobrazenie realitívnej polohy a frekvencie skCUBE vzhľadom k pozorovateľovi

 

Aktualizácia: skCUBE je už dostupný aj pod svojim vlastným názvom v sekcii „cubesats“

 

Príjem signálov z skCUBE

 

Popis vysielaných signálov

Družica skCUBE má volaciu značku OM9SAT a periodicky vysiela dátové pakety a morzeovú správu v pásme 70cm. Jednotlivé sekvencie znázorňuje nasledovný obrázok:

 

 

Teda po 5-tich sekvenciách odosielania dátových správ nasleduje správa v morzeovke. Tento cyklus sa neustále opakuje.

Dátové pakety:

Frekvencia: 437,1 MHz
Modulácia: GMSK
Komunikačná rýchlosť: 9,6 kbaud
Protokol: AX.25
Vysielací výkon: 1 W

Morzeová správa:

Frekvencia: 437,1 MHz
Rýchlosť: 20 WPM
Vysielací výkon: 100 mW

 

 

Transceiver temperature – teplota koncového stupňa modulu vysielača v stupňoch Celzia.
System voltage – systémové napätie na zbernici v mV
PSU overcurrents – nadprúdy detegované v napájacom zdroji
PSU connections – moduly družice, ktoré sú aktuálne napájané zo zdroja
TRX reflected PWR – odrazený výkon vysielača v dBm
TRX forward PWR – vyžiarený výkon vysielača v dBm

 

Vybavenie potrebné na príjem

 

Výbava potrebná na príjem skCUBE nemusí nutne zruinovať váš rozpočet. Ukážeme si ako spoľahlivo prijímať morzeovku a dátove pakety s celkovým rozpočtom do 20€.

Anténa

Ako sa hovorí medzi rádioamatérmi, najlepší zosilňovač je anténa. Je to teda najdôležitejšia súčasť celého prijímacieho reťazca. Existuje množstvo návodov na výrobu rôznych druhov antén určených na príjem družíc. My si ukážeme tie najčastejšie používané.

Druh Popis Morzeovka Dáta
Polvlnný dipól Základná anténa Uspokojivo
Eggbeater Lepší vyžarovací diagram antény pre družice Spoľahlivo Limit
Quadrifilar helix Lepší vyžarovací diagram antény pre družice Spoľahlivo Limit
HB9CV Smerové vlastnosti – uzkopásmová Spoľahlivo Uspokojivo
Yagi Smerová – dobrý zisk Spoľahlivo Spoľahlivo

 

Prijímač

Najlepší pomer cena/výkon dosahujú spomedzi prijímačov práve SDR rádiá. Na portáli eBay sa dajú kúpiť od ceny cca 7€ aj s poštovným.
Pri výbere treba pozerať na to, či SDR obsahuje tuner R820T2, nakoľko má lepšie vlastnosti ako predtým používaný čip R820T.
Samotné nainštalovanie a nastavenie RTL-SDR je trocha komplikované, ale verím že to s týmto návodom zvládnete. Ak chcete prijímať len správu v morzeovke, stačí splniť bod č.1.

 

Postup:

      1. Nainštalovať ovládače k RTL-SDR podľa návodu (možete sa rozhodnúť pre verziu s programom SDR# alebo HDSDR)
      2. Nainštalujeme Virtual Audio Cable (prepojí nam demodulovaný signál s dekódovacím softvérom)
      3. Stiahneme a nastavíme softvér AGWPE
        1. Stiahneme a rozbalíme softvér AGWPE
        2. Spustíme program AGW Packet Engine.exe
        3. Klikneme pravým tlačidlom na ikonku AGWPE vpravo dole pri hodinách
        4. Vyberieme možnosť Properties -> New Port
        5. Tnc type vyberieme Soundcard
        6. Klikneme na tlačidlo Options a v novom okne vyberieme komunikačnú rýchlosť 9600 a ako zvukovú kartu nainštalovaný virtual audio cable

         

         

      4. Spustíme program AGW Online KISS a pripojíme sa k AGWPE. Ak vás po spustení privíta hláška s chýbajúcom OCX súborom, treba si prečítať tento návod:

     

     

    1. V programe skCUBE COM Telemetry Beacon Decoder vložíme súbor s príponou kss, ktorý vytvorí program AGW Online KISS vždy po prijatí korektnej dátovej správy. Dáta sa nám následne interpretujú vo forme tabuľky.

 

 

 

 

Videá:

 

 

 

Alternatívny spôsob príjmu

 

Ak je pre vás predchádzajúci spôsob príliš zložitý, alebo si len chcete vypočuť ako naša družica pípa z vesmíru, tak je tu možnosť prostredníctvom služby www.websdr.org
Ide o službu, kde ktokoľvek na svete môže svoje softvérovo-definované rádio zdieľať na internete. Hlavnou výhodou je to, že v danom spektre môže každý počúvať signály na iných frekvenciách v spektre, bez toho aby sa poslucháči vzájomne rušili.
Viacero týchto SDR prijímačov pracuje aj na frekvencii 437.1 MHz, kde vysiela družica skCUBE. Na mapke v spodnej časti stránky websdr.org je možné vidieť polohu daných prijímačov.
Týmto spôsobom môžeme zachytiť signály z družice aj na zaujímavých exotických miestach ako Južná Afrika alebo Čile.

 

 

Prípadne pokiaľ máte záujem prezrieť a vyhodnocovať samotné dáta z družice skCUBE, tak sú pre Vás pripravené tomto balíku. Jedná sa o „surové“ data, ich štruktúru máme popísanú v nasledujúcom dokumente.

Tieto dáta si prípadne môžete prezrieť online na webe data.skcube.sk

 

Motivácia

 

Príjem signálov s družíc narozdiel od tých terestrických skrýva v sebe viaceré špecifiká. Treba sa popasovať s dopplerovým javom, ktorý spôsobuje frekvenčný posun signálu v spektre, taktiež vznikajú úniky signálu pri rotácií družice a pod. Pri príjme AX.25 dátových paketov treba k tomuto ešte pripočítať natáčanie antény ku družici.

Budeme radi keď sa zo svojim úspešným príjmom družice skCUBE s nami podelíte. Za nahlásený report dostanete QSL lístok (pohľadnicu) s motívom skCUBE:
http://www.skcube.sk/skcube/swl-skcube-report/

Taktiež budeme radi ak sa s nami podelíte aj o video počas príjmu skCUBE.

 

Článok bol pôvodne publikovaný na portáli svetelektro.com