Bernd & Natalie

Wir sind mitten in den Vorbeitungen für den Start am Donnerstag. Am Morgen haben wir damit begonnen, die Antennen der Haupttelemetriestation zu testen. Dazu wurde ein kleiner Testsender, welcher sich unmittelbar vor den Antennen befindet, eingeschaltet. Anschließend haben wir die Empfänger auf das Signal abgestimmt. Insgesamt haben wir 3 Antennen zur Verfügung. An der Haupttelemetriestation befindet sich eine 10 Fuß (3 Meter) und eine 20 Fuß (6 Meter) Parabolantenne. Für Studentenprojekte wird zusätzlich eine zweite Telemetriestation mit einer kleinen Hornantenne benutzt. Im Gegensatz zu den beiden großen Antennen, welche eine Autotrack-Funktion besitzen, kann diese nur von Hand gesteuert werden. In der großen weißn Kugel ist die 20 Fuß Antenne untergebracht. Im Vordergrund befindet sich die 10 Fuß Antenne. Dazwischen steht eine historische Helixantenne.

Alle Antennen arbeiten im S-Band (2000-2300 MHz). An der Haupttelemetriestation befinden sich 10 Empfänger. Da die Antennen horizontal und vertikal polarisierte Signale getrennt empfangen können, werden für eine Übertragung immer zwei Empfäger (Receiver) benötigt. Die beiden großen sind mit jeweils 4 Receivern verbunden, zwei für horizontal und 2 für vertikal polarisierte Signale. Damit können auf zwei verschiedenen Frequenzen gleichzeitig Daten empfangen werden. Meistens jedoch werden alle Receiver auf der gleichen Frequenz betrieben um einen sicheren Empfang zu gewährleisten, falls einer ausfällt. Damit sind 8 Receviver belegt. Die zwei verbleibenden sind mit einer kleineren Antenne verbunden, welche an die Spitze der 10 Fuß Antenne montiert ist. Diese kleine Antenne besitzt einen großen Öffnungswinkel und wird benutzt, um das Signal der Rakete zu finden. Während der ersten 10 Sekunden nach dem Start steigt die Rakete so schnell in die Höhe, dass es sehr schwierig ist, sie mit den Antennen zu verfolgen. Deshalb hat eine Gruppe für uns die Bahn der Rakete im Vorraus berechnet. Wir wissen also, wo sich die Rakete ungefär 10 Sekunden nach dem Start befinden wird. Aus der Position berechnen wir dann die Winkel (Azimut und Elevation), unter welchen wir die Rakete von der Antenne aus zu diesem Zeitpunkt sehen sollten. Wir stellen also die Antennen vor dem Start auf die entsprechenden Winkel ein. Da die großen eine sehr starke Richtcharakteristik haben (die Öffnungswinkel sind 1,4 Grad für die 10 Fuß Antenne und 0,6 Grad für die 20 Fuß Antenne), müssten wir schon Glück haben, dass die Rakete genau diesen kleinen Himmelsausschnitt kreutzt. Um die Chancen zu erhöen, sind die zwei verbliebenen Receiver mit der kleinen Antenne, welche auf die 10 Fuß Antenne montiert ist, verbunden. Diese besitzt einen großen Öffnungswinkel, den die Rakete sicher durchfliegen wird. Wir werden also unmittelbar vor der 10 Sekunden Marke das Signal auf diesen beiden Receivern ansteigen sehen. Mit der Manuellen Steuerung versuchen wir dann die Rakete zu verfolgen, bis das empfangene Signal maximal ist. Ist dies erreicht, dann ist die Antenne direkt auf die Rakete ausgerichtet und die Rakete sollte sich innerhalb des schmalen Öffnungswinkels der großen Antennen befinden.

Ich habe vorhin die Autotrack-Funktion erwähnt. Jeweils zwei Receiver einer Antenne sind mit einem Gerät verbunden, welches die Signalstärke misst und die Antenne automatisch so ausrichtet, dass diese maximal bleibt. Die Antenne folgt also der Rakete. In diesem Fall spricht man von Tracking. Wenn nun also die Rakete in den Empfangsbereich der großen kommt, sehen wir an den Receivern einen ansteigenden Signalpegel. Ab einer gewissen Stärke wird ein kleines grünes Licht aufleuchten, welches sagt, dass der Receiver ein stabiles Signal empfängt. Man sagt dann, der Reveiver ist "locked". Wenn nun dieses Licht aufleuchtet, dann drücken wir auf den Knopf "Auto-Track" und die Antennensteuerung wird die Antenne automatisch so nachführen, dass die Signalstärke maximal bleibt.

Der Kontrollraum der Haupttelemetriestation.

Was passiert, wenn wir die Rakete am 10 Sekunden-Punkt verpassen, weil sie vom Wind etwas abgetrieben wird oder weil die vorausberechnete Bahn nicht 100-prozentig stimmt? Nun, in diesem Fall gibt es die Möglichkeit, einen zweiten Satz an Antennenwinkeln in die Steueranlage einzuprogrammieren. Wir haben uns für die Winkel entschieden, an denen sich nach der vorausberechneten Bahn die Rakete an der 30 Sekunden-Marke befinden soll. Sollten wir also die Rakete an der 10 Sekunden Marke verpassen, so werden wir bis 25 Sekunden nach dem Start versuchen, die Rakete mittels Handsteuerung zu finden. Sollte uns das nicht gelingen, drücken wir auf einen Knopf und die die Antenne wird auf die einprogrammierten Winkel ansteuern. Die Rakete ist nun schon über 1000 Meter hoch und soweit von der Antenne entfernt, daß sie sich mit großer Wahrscheinlichkeit innerhalb des von der Antenne sichtbaren Bereiches befindet. Spätestens dann sollten wir das Signal sehen und die Antenne auf die Rakete soweit ausrichten können, dass wir auf "Autotrack" gehen könen. Natürlich erhalten wir keine Messdaten von der Rakete, bevor die Antenne ausgerichtet ist und die Receiver "Lock" haben. Deshalb müssen wir die Risiken vorher abwägen. Die Experimentatoren wollen so früh wie möglich Daten haben. Das heißt, wir sind versucht die Antenne auf einen Winkel auszurichten, unter dem die Rakete sich unmittelbar nach dem Start befinden wird. Allerdings steigt dann auch die Chance, dass wir die Rakete verpassen werden und wir sie erst suchen müssen, was dann im Normalfall läger dauert, als wenn wir die Antenne auf einen späteren Zeitpunkt voreinstellen. Und die Rakete beschleunigt mit ca. 60g (das ist die 60-fache Erdbeschleunigung) wirklich schnell. Nach 10 Sekunden hat sie schon die zweifache Schallgeschwindigkeit erreicht. Dementsprechend schnell ändern sich auch die Winkel, unter der wir die Rakete mit der Antenne auffassen können. Manuelles Nachführen ist dementsprechend schwierig.

Was passiert nun mit dem Signal? An jede Antenne ist ein Multikoppler angeschlossen, welcher das Signal auf die verschiedenen Receiver verteilt. Der Receiver wandelt das hochfrequente Signal von der Rakete (unser Sender arbeitet auf 2279,5 MHz) in ein niederfrequentes Signal (in unserem Fall mit 2,4 MHz Bandbreite), welches die Nutzdaten enthält, um. In den Receivern ist bereits der Demodulator eingebaut. Von jeweils zwei Receivern (einer für die Horizontal- und einer für die Vertikalkomponente des Signals) sind mit einem Combiner verbunden. Dieser hat die Aufgabe, das beste Signal von einem der beiden Receivern weiterzuleiten und ungewollte Signale zu unterdrücken. Da die Messdaten von der Rakete in digitaler Form übertragen werden, ist die nächste Station im Signalpfad der "Bit Synchronizer". Dieser stellt sich auf den Datenstrom ein und extrahiert daraus ein Zeitsignal (Anfang eines digitalen Zeichens) und das digitale Datensignal. Diese beiden Signale werden dann den Experimentier-PCs zugefürt, welche schliesslich zu Symbolen, welche die Messdaten darstellen, zusammenfassen. Soweit eine einfache Übersicht über die wichtigstenen Stationen. Zwischen den einzelnen Geräten können natürlich überall Zwischensignale abgegriffen werden. Verbunden werden die Geräte über ein sogenanntes "Patchboard". Das ist ein rechteckiges Brett mit vielen Buchsen, in welche Kabel gesteckt werden können, bezeichnet auf der einen Seite von 1-23 und von A-X. Jede Buchse entspricht einem Ausgang oder einem Eingang eines Gerätes. Die Signale werden nun "geroutet", in dem man mit einem Patchkabel zum Beispiel der Ausgang von Receiver 5 mit Combiner verbindet. Das lautet dann in der Schreibweise 11A-12J (das sind die Koordinaten den Buchsen, welche verbunden werden). Das wird natürlich nicht nur mit einem Receiver und einem Combinder gemacht, sondern auch noch mit Bandrekordern, Filtern, Filtern, den anderen Receivern, Testgeräten, Synchronisieren, Phasenmessern, etc. In unserem Fall waren das 68 Verbindungen auf Patchboard 1 und 34 Verbindungen auf Patchboard 2. Heute morgen haben wir alle einzeln überprüft, was einiges an Zeit in Anspruch genommen hat.

Der zweite Schritt war der Test der Anlage mit dem bereits vorhin erwähnten Testsender. Wir haben die Receiver auf das Testsignal eingestellt und an den wichtigen Punkten auf dem Patchpanel die verschiedenen Signale mit dem Oszilloskop überprüft.

Für einen zweiten Test haben wir die Signale von Satelliten benutzt. Ein Computerprogramm hat dazu für uns berechnet, welche Satelliten zu welchem Zeitpunkt unter welchem Winkel mit der Antenne zu "sehen" sind. Erster Satellit war heute morgen der Radarsatellit ERS-2. Wir haben also die Antenne auf einen Winkel eingestellt, der die vorausberechnete Satellitenbahn kreuzt, die Receiver auf die Sendefrequenz des Satelliten (2248,2 MHz für ERS-2) eingestellt und dann gewartet. Aufgrund der Berechnungen wussten wir ja, wann er dort auftauchen sollte. Kurz vor dem vorausberechneten Zeitpunkt konnten wir einen ansteigenden Signalpegel registrieren und als er schließlich hoch genug war, auf "Auto Track" gehen. Die Antenne wurde ab diesem Punkt dann automatisch nachgefürt. Allerdings haben wir ein paar Mal das Signal verloren. Vermutlich hatten wir nicht den stärksten Strahl gefunden sondern einen Seitenstrahl. Während dem Tracking haben wir mit den Satellitensignale verschiedene Experimente gemacht: Rauschmessungen am Receiver mit verschiedenen Signalbandbreiten, Änderung von Filter- und Verstärkereinstellungen, etc.

Der letzte Test für heute war ein live-Test mit unserer Nutzlast in der Rakete. Dazu haben wir die 10 Fuß Antenne in die Horizontale gedreht und auf das Gebäude, in welchem eine andere Gruppe gerade die Sensoren mit dem Sender in der Rakete verbunden hat, ausgerichtet und die Receiver auf unsere Senderfrequenz eingestellt. Auch durch die Wände hindurch konnten wir ein starkes Signal auffangen. Allerdings hatte die Payload-Gruppe wegen Fehlern in ihren Sensoren den Sender wieder ausgeschaltet, bevor wir alle Geräte auf unseren Sender eingestellt hatten. Wir hatten also nicht genügend Zeit, als dass wir die dekodierte Messdaten hätten sehen können. Der nächste solche Test ist für morgen geplant. Hoffentlich haben wir dann mehr Glück.

Wie wir aus dem von der Rakete gesendeten Signal die Entfernung und Geschwindigkeit, mit der sich die Rakete bewegt, bestimmen können, darüber werde ich dann morgen berichten.