Telemetrie-Gruppe
Wir hatten wieder einen arbeitsreichen Tag. Die Payload-Gruppe war mit ihren Sensoren beschäftigt und wir führten weitere Tests mit den Telemetriestationen durch.
Die erste Aktion heute bestand darin, die Receiver und Combiner der 20 Fuß Antenne einzustellen. Eigentlich stand das gestern schon auf dem Plan. Allerdings arbeitete der Oszillator im Downconverter (Das Hochfrequenzsignal wird direkt an der Antenne auf ein Niederfrequenzsignal im Bereich 215 bis 315 MHz umgewandelt um Leitungsverluste zu minimieren.) nicht stabil und wir bekamen keinen "Lock" auf das Signal des Testsenders. Dieses Problem taucht an dieser Antenne hin und wieder auf (die Elektronik ist teilweise schon 30 Jahre alt) wenn die Temperatur stark schwankt. Montag auf Dienstag ist die Aussentemperatur stark gefallen und es hat zu schneien angefangen. Um die Temperatur einigermaßen stabil zu bekommen wurde im Antennendom ein Heizer installiert und heute morgen gelang es uns dann, den Empfangskreis zu stabilisieren. Wir haben uns entschieden, die Elektronik bis zum Start morgen nicht mehr auszuschalten.
Nach der Kalibrierung der Receviver und Combiner der 20 Fußantenne stand eine Testübertragung mit dem Nutzlastmodul der Rakete mit der 10 Fuß Antenne an. Wir drehten sie wieder in die Horizontale und richteten sie auf das Gebäude aus, in dem die Payload-Gruppe die einzelnen Teile in die Rakete einbaut. Wenig später kommt auch schon die Intercom-Durchsage dass der Sender eingeschaltet worden ist. Sofort können wir einen Anstieg der Signalpegel an den Receivern sehen und das "Sync"-Licht an Bitsynchronisierer-1 ging unmittelbar danach an. Wir bekamen zum ersten Mal live Daten! (In diesem Fall wurde mit einer Bitrate von 250 kBit/s Bi-Phase Code gesendet). Allerdings gibt es in der Telemetriestation keine Möglichkeit, die einzelnen Messwerte (Temperatur, Bateriespannung, Beschleunigungssensoren, Mangetfeldsensor, ...) anzuzeigen. Alles was aus unseren Geäten herauskommt, ist ein Datenstrom aus 1 und 0 sowie verschiedene Zeitsignale. Diese Signale werden dann auf die verschiedenen Rechnern im "User Operation Center" USOC im Raum nebenan verteilt. Auf diesen Rechnern läft eine Software, die aus dem Datenstrom die Messdaten herausfiltert und anzeigt. Natürlich überzeugen wir uns mit einem Blick auf den Bildschirm, dass die Daten korrekt dekodiert werden. Das war auch auf Anhieb der Fall. Ein Problem hatten wir noch zu lösen. An Bitsynchronisierer-2 leuchtete das "Sync"-Licht nicht, d.h er kann keine Daten dekodieren. Wir beginnen mit der Fehlersuche indem wir mit einem Oszilloskop das Signal am Bitsynchronisierer Eingang am Patchpanel-2 anschauen. Das Signal war allerdings nur Rauschen. Die weitere Fehlersuche liefert schließlich einen Fehler bei der Verkabelung auf dem Pachtpanel zu Tage. Nach dem dieser behoben ist, arbeitet der zweite Bitsynchronisierer ohne Probleme und wir bekommen auch von ihm einen sauberen Datenstrom. Morgen werden wir durch ihn das Signal der 20 Fuß Antenne leiten. Nach diesem Test ist die Haupttelemetriestation fertig für den Start.
Die empfangenen Messdaten werden in Echtzeit angezeigt.
Als nächstes welchselten wir zur zweiten Telemetriestation. Dort steht uns eine kleine Hornantenne zur verfügung. Ich werde damit zusammen mit einem Kollegen die Rakete morgen manuell verfolgen als Backup zur Haupttelemetriestation.
Die Hornantenne der zweiten Telemetriestation
Wir bekommen eine Liste mit vorausberechneten Zielwinkeln für jede Sekunde des Fluges. Währen des Fluges werde ich mit einem Knopf die Elevation (Winkel zur Horizontalen) steuern und mein Kollege den Azimut (Drehung der Antenne). Natürlich können wir uns nicht nur auf die vorausberechneten Werte verlassen sondern müssen gleichzeitig auch noch einen Blick auf die Anzeige für die Signalstärke an den beiden Receivern werfen und versuchen auf dem Maximum zu bleiben. Nicht ganz einfach, denn der gesamte Flug wird nur 84 Sekunden dauern. Bei dem letzten Start ist es den Leuten nur für 20 Sekunden gelungen, die Rakete mit dieser Antenne zu verfolgen. Natürlich haben wir ein paar mal den Countdown durchgespielt und an Hand der berechneten Winkeln die Antenne in einer Trockenübung nachgeführt. Ohne einen fliegenden Sender können wir allerdings nicht überprüfen, ob wir mit der Antenne auf dem Ziel sind. Das werden wir dann erst morgen sehen, wenn wir wirklich starten!
Wie können wir feststellen, wie weit die Rakete entfernt ist und wie schnell sie fliegt? Einfach gesagt, in dem wir Uhren vergleichen. Wenn man sich die ganzen Geräte vorstellt, die zum Verfolgen der Rakete notwendig sind, dann wird es wohl doch nicht so ganz einfach sein. Ist es auch nicht, aber das Prinzip mit dem Uhren kommt dem ziemlich nahe, was wir wirklich tun und unter den Begriffen Ranging und Doppler-Messung zu finden ist. Das funktioniert dann folgendermaßen: Die Rakete sendet digitale Daten mit 250 kBits pro Sekunde. Diese Frequenz liefert ein stabilisierter Oszillator an Bord der Rakete. In der Haupttelemetriestation haben wir ebenfalls einen hochgenauen Oszillator, welchen wir wir bis auf ein Tausendstel Herz genau können. Vor dem Start gleichen wir diesen Oszillator auf den Oszillator in der Rakete ab.
Vergrößert sich nun der Abstand zwischen Antenne und Rakete, so wird auch die Zeitspanne, die das von der Rakete ausgesante Singal unterwegs ist, bis es die Antenne erreicht, größer. Das Singal kommt also bei uns in der Telemetriestation später an und unsere Uhr hier schein scheinbar "nachzugehen". Wir messen dies, in dem wir die Phase des empfangenen Singals mit der Phase unseres Oszillators vergleichen. Das Differenzsignal wird aufgezeichnet, mehrmals auf Band und einmal auf dem Papierschreiber.
Der Papierschreiber. Die ganz rechte Spalte mit den schrägen Strichen stellt die Phase dar. Immer wenn ein Strich auf der einen Seite aufhört und auf der anderen Seite anfägt hat sich die Phase des empfangenen Signals gegenüber unserem Referenzsignal um 360 Grad, also eine Wellenlänge gedreht. Bei 250kHz sind das etwa 1200 Meter, d.h. jeder Strich entspricht einer Entfernungszunahme von 1200 Metern. Damit können wir einfach die Entfernung der Rakete berechnen indem wir die Striche zählen und mit 1200 multiplizieren.
Auf ähnliche Weise erhalten wir auch Informationen über die Fluggeschwindigkeit der Rakete. Der Abstand zwischen zwei Strichen (respektive auch die Steigung eines Striches) gibt an, wie schnell sich die Phase dreht, also wie schnell sich der Sender und damit auch die Rakete von den Antennen entfernt. Zusätzlich können wir an der Antenne die Winkel ablesen. Alles zusammen liefert uns dann die Position der Rakete. Dies funktioniert etwas bis auf 80 Meter genau und das bis zu 2000 Kilometer von der Antenne entfernt!
Unsere Rakete ist jedoch eine kleine Rakete von knapp zwei Metern Länge und 7 Zentimetern Durchmesser. Die Gipfelhöhe wird etwa 10 Kilomter betragen und dabei ca. 3 Kilometer weit hinaus auf das Meer fliegen, bevor sie dort aufschlägt und untergeht.
Nun ist es 23:36 Uhr. Vor etwa einer Stunde haben wir die Daten über die vorausberechnete Flugbahn bekommen. Daraus werden wir morgen die Winkel für die Antenne berechnen. Das Wetter ist auch etwas besser geworden nachdem es heute Mittag heftig angefangen hat zu schneien. Sollte das Wetter den Start morgen unmöglich machen, so steht uns immer noch der Freitag als Reservetermin zur Verfügung.
