AMSAT OSCAR 7 (AO-7)

AO-7 (Phase IIb) wurde am 15.11.1974 um 1711 UTC mit einer Delta 2310, zusammen mit dem Wettersatelliten NOOA 4, von der Western Test Range der NASA in Vandenberg Air Force Base/Kalifornien gestartet. Der Ausstoß von OSCAR 7 aus der 2. Stufe der Thor-Delta-Trägerrakete erfolgte 77,5 Minuten später im Gebiet von Kreta.
Wenige Sekunden nach dem Ausstoß begann in Betriebsart D (Batterieladung) die 70-cm-Bake auf 435,1 MHz mit der Aussendung der Kennung "HI" (den letzten Buchstaben des Rufzeichens W3OHI) und von Telemetriedaten. Diese waren auch gleich in Deutschland an normalen 70-cm-Antennen mit etwa 25 dB über dem Rauschen zu empfangen. Auch Experten überraschte die Stärke des Dopplereffekts, der bei 70 cm rund 15 mal so stark wie bei der 10-m-Bake auftritt und ± 11 kHz erreichen kann. Eine erste Auswertung der Telemetriedaten ergab einwandfreies Funktionieren aller Betriebsgruppen. Das Umschalten auf den Betriebszustand A (mit Empfang auf 145,9 MHz ± 50 kHz war für den 17. Orbit vorgesehen. Am Sonntag den 17.11.74 war ab Orbit #19 die Bake auf 29,002 MHz mit schneller Morse-Telemetrie zu hören. Ab Orbit #24 war die Telemetrie auf langsame Morsezeichen umgeschaltet worden.

OSCAR 7 ist ein Gemeinschaftsprojekt aus allen 3 Regionen der IARU. Aus der Region 1 stammen: das Gehäuse und das Antennensystem, der 70-cm-/2-m-Umsetzer, der Batterie-Laderegulator und der 28-V-Regulator (DJ4ZC u. DJ5KQ†), aus der Region 2: der 2-m-/10-m-Umsetzer, der Morse-Telemetriegeber, die Steuer-Logik für die Betriebszustände, das Telegrafiezeichen-Speicherwerk, der Meßwertumschalter, die Sonnenzellen und die Batterien (K3JTE, W3GEY, W5CAY u.a.), sowie die 435,1-MHz-Bake (VE3QB, VE2AO). Die Region 3 lieferte dazu zwei redundante Kommandoauswerter und den Telemetrie-Geber (VK3ZPL, VK3BDS).Der Satellit arbeitete 6,5 Jahre und verabschiedete sich am 11.06.1981, als eine dreiwöchige Periode begann, wo der Satellit jeweils 20 Minuten im Erdschatten war. Durch diese Eklipsen war der Satellit hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt und es wird vermutet, das eine Batteriezelle nach der anderen starb. Eine Eigenart der alten NiCd Zellen ist es, eine Art Kurzschluss zu erzeugen.

Orbital Parameter

Name  AO-07
NORAD # 07530
COSPAR Bezeichnung  1974-089-B  
Inklination (Grad)  101.619
RAAN  242.249
Excentrizität 0.0012444
ARGP  178.341
Umläufe pro Tag 12.53570748
Periode 1h 54m 52s (114.87 Min)
Semi-major axis 7828 km
Perigäum x Apogäum  1440 x 1459 km
Bstar (drag Faktor) 0.000100000 1/ER
Mean Anomaly  181.770

Baken

29.502 MHz, 145.972 MHz, 435.100 MHz , (2304,1 MHz) CW (RTTY)

Operating Modes

Uplink Mode A

145.850 - 145.950 MHz (USB)

Downlink Mode A

29.400 - 29.500 MHz (USB)

Es kann nur jeweils ein Transponder aktiv sein. Die Einschaltung erfolgt zeitgesteuert bzw. über Kommandos der Bodenstationen.

Der Transponder empfängt Signale zwischen 145.850 und 145.950 MHz und setzt diese auf den Sendebereich von 29.400 - 29.500 MHz um. Er arbeitet linear, nicht invertierend. Die Telemetriebake auf 29.502 MHz sendet mit etwa 200mW. Ungefähr -100dBm am Empfängereingang des Transponders werden benötigt, um das Signal auf 1 Watt Ausgangsleistung umzusetzen.

Uplink Mode B

432.125 - 432.175 MHz (USB)

Downlink Mode B

145.925 - 145.975 MHz (USB)

Mit einer Leistung von 8 Watt PEP setzt er den Uplink Bereich von 432.125 - 432.175 MHz linear auf den Downlink von 145.925 - 145.975 MHz um. Dieser Transponder arbeitet invertierend. Die Telemetriebake auf 145.975 MHz sendet mit etwa 200mW. Der Empfänger ist sehr empfindlich, es sollten schon 5 Watt EIRP genügen, um ein gutes Downlink-Siganl zu erreichen. Durch die Festlegung der WARC von 1979, den Frequenzbereich von 432 MHz als "weak signal segment" für alle 3 Regionen zu nutzen ergibt sich eine problematische Situation. Der nun gültige Satellitenbereich von 435 - 438 MHz wird nicht genutzt, ein Senden auf 432 MHz verletzt also die Amateur Satellite Service Regeln.

QSO im Mode B mit DL8GAP am 18.07.2002 1848 UTC

Zusätzlich existiert noch ein 40 mW-Bakensender auf 2304.1 MHz. Dieser wurde aber aufgrund internationaler Frequenznutzungsverträge nie eingeschaltet.

Status

15.11.1974 - 11.06.1981
seit 21.06.2002 wieder aktiv, wenn er genügend Sonnenlicht hat

Callsign

W3OHI

Anhand alter Telemetriedaten von 1981 erkannte man, dass mehrer Zellen kurzgeschlossen sein mussten. Dieser Kurzschluss legte somit die Spannungsversorgung der Module vom Solarpanel lahm. Aus irgendeinem Grund (chemische Langzeitprozesse können den Zellwiderstand erhöht haben) muss nun dieser Kurzschluss behoben sein und die Solarzellen können wieder Strom liefern. Somit ist der Satellit allerdings nur im Sonnenlicht nutzbar. Er schaltet sich demnach je nach Sonnenlicht automatisch ein und aus. In welchem Mode der Satellit dann startet ist scheinbar zufällig.

AO-7 befindet sich auf einer sonnensynchronen Umlaufbahn in einer Höhe von etwa 1460 km mit einer Inklination von 102°. Die Umlaufzeit beträgt 115 Minuten. Er ist als 8seitiges Prisma mit 360mm Höhe und 424 mm Durchmesser aufgebaut und wiegt 28,6 kg.

Telemetrie

AO-7 besitzt zwei experimentelle Telemetrie-Systeme. Das erste, entwickelt vom WIA Projekt Australien, liefert 60 Parameter in 850 Hz Shift , 60 WPM Baudot FSK). Das zweite, sendet 24 Parameter in Ziffern als CW Morsecode aus. Ein kompletter Telemetrierahmen besteht aus 6 mal 4 Blöcken. Jeder Block besteht aus 3 Ziffer. Die erste zeigt die Kanalgruppe (1..6) an. Die beiden anderen Ziffern repräsentieren den Telemetriewert. Jeder Rahmen beginnt mit "hi hi". Ein Indikator für die Richtigkeit der Telemetrie ist Kanal 6D. Er bezieht sich auf eine Referenzspannung von 0.500 Volt. Zeigt dieser Kanal die Werte 49, 50, 51 an, ist die Telemetrie gültig.

Ch. Parameter                  Range           Equation
----------------------------------------------------------------
1A  Total Solar Array Cur.     0..300 mA       I= 29.5 * N 
1B  +X Solar Panel Cur.        0..2000 mA      I= 1970-20*N
1C  -X Solar Panel Cur.        0..2000 mA      I= 1970-20*N
1D  +Y Solar Panel Cur.        0..2000 mA      I= 1970-20*N
2A  -X Solar Panel Cur.        0..2000 mA      I= 1970-20*N
2B  RF Power Out 70/2          0..8 Watt       P= 8*(1-0.01*N)²
2C  24 hours Clock Time        0..1440 min     t= 15.16*N
2D  Batt Charge/Disch. Cur.    -2000..2000 mA  I= 40*(N-50)
3A  Batt Voltage               6,5..16,4 V     V= 0.1*N + 6.6
3B  Half-Batt Voltage          0..10 V         V= 0.1 * N
3C  Batt Charg Reg #1          0..15 V         V= 0.15*N
3D  Batt Temperature           -30..50 °C      T= 95.8 - 1.48*N
4A  Baseplate Temp             -30..50 °C      T= 95.8 - 1.48*N
4B  PA Temp 2/10               -30..50 °C      T= 95.8 - 1.48*N
4C  +X Facet Temp              -30..50 °C      T= 95.8 - 1.48*N
4D  +Z Facet Temp              -30..50 °C      T= 95.8 - 1.48*N
5A  PA Temp 70/2               -30..50 °C      T= 95.8 - 1.48*N
5B  PA Emit Cur 2/10           0...1167 mA     I= 11.67*N
5C  Module Temp 70/2           -30..50 °C      T= 95.8 - 1.48*N
5D  Instr. SW Reg              0..93 mA        I= 11 + 0.82*N
6A  RF Power Out 2/10          0..10000 mW     P= N²/1.56
6B  RF Power Out 435           0..1000 mW      P= 0.1*(N²) + 35
6C  RF Power Out 2304          0..100 mW       P= 0.041 * N²
6D  Midrange Telemetry Cal.    0,500 V         V= 0.01*N * (0.5+/-0.01)

Bake auf 145.972 MHz am 23.06.2002 1530 UTC

Beispiel Bake am 23.06.2002, 1530 UTC [by SM0AIG]

hi hi 
100 145 176 156 297 245 200 254 370 34x 328 354 453 455 450 451 542 501 553 529 
60x 601 601 651
hi hi 
100 166 179 156 297 263 201 254 376 368 331 354 448 455 449 451 541 501 552 529 
60x 601 001 651
hi hi 
100 128 190 173 239 263 201 254 369 327 325 354 448 455 4x1 453 548 501 552 528 
600 601 600 650

Wenn der Satellit nicht genügend Sonnenlicht bekommt, fängt die Bake an zu wimmern. Diesen Effekt kennt man schon von AMSAT OSCAR 10. Die Transponder sollten nun nicht mehr benutzt werden. Die Telemetriedaten sind dann auch ungültig -> Channel 6D ist ungleich 50 ±1

wimmernde Bake auf 145.972 MHz am 24.06.2002 1435 UTC

hi hi 
123 102 191 106 252 287 202 236 381 308 317 337 452 465 4x0 453 547 510 501 501 
655 608 601 651
hi hi 
167 163 147 171 237 245 200 237 332 352 356 353 440 421 477 401 592 527 523 586 
646 672 650 677
hi hi 
108 113 181 136 252 252 231 252 320 317 327 365 460 496 496 497 538 503 546 563 
681 696 696 626

Slow CW Bake auf 145.972 MHz am 27.06.2002 1905 UTC

hi hi 
100 150 165 101 279 259 257 240 322 333 324 354 419 454 400 400 541 501 550 529 
644 601 600 651
hi hi 
100 166 184 188 264 260 200 253 368 324 328 354 461 454 450 460 546 501 550 528 
600 601 600 651

Beispiel Bake am 14.07.2002, 1140 UTC auf 435,102 MHz

Bake auf 435.102 MHz am 14.07.2002 1140 UTC

hi hi 
100 179 178 179 285 201 202 255 378 382 333 353 448 464 460 458 541 501 552 552 
600 608 601 651
hi hi 
100 179 179 179 285 200 202 255 378 382 333 353 447 454 460 458 541 501 552 552 
600 610 601 651

hi hi 
180 180 180 180 252 252 252 252 324 324 324 324 496 496 496 496 568 568 568 568 
696 696 696 696
hi hi 
180 180 180 174 240 252 252 252 324 324 324 324 496 496 496 496 568 568 568 568 
696 696 696 696
hi hi 
180 180 180 180 252 244 252 252 327 324 324 325 496 497 496 497 568 568 565 568 
603 697 651 697
hi hi 
183 146 147 172 266 223 263 280 377 340 320 302 486 467 496 456 583 560 568 560 
675 697 696 697
hi hi 
181 185 100 180 227 252 261 269 324 324 324 324 496 496 496 496 568 568 568 568 
696 697 697 696

FM über Lineartransponder

Mit dem erfolgreichen Start von HAMSAT im Mai 2005 wurde durch die AMSAT Indien die Möglichkeit der Linear-Transponderbenutzung in der Betriebsart Frequenzmodulation (FM) publiziert. Natürlich ist das prinzipiell möglich, es sollen hier aber einige Punkte angesprochen werden, dies, zumindest in unseren Regionen, nicht zu tun.

Bei jeder Modulation - auch bei FM - erscheinen neben den eigentlichen Trägerfrequenzen und den durch den Hub bedingten Frequenzänderungen noch die Seitenfrequenzen aus Träger plus NF und Träger minus NF. Der Frequenzhub entspricht der Amplitude des NF-Signals, also der NF-Lautstärke. Im Amateurfunk wird als höchster Frequenzhub 3 kHz verwendet. Auch wenn man einen relativ geringen Hub verwendet (der nicht größer, als die höchste vorkommende NF ist) ergibt sich eine Bandbreite etwa 12 KHz.

Hub= 3 kHz, f (NF max) = 3 KHz
Bandbreite (FM) = 2 × (3 kHz + 3 kHz) = 12 kHz

Stationen, bei denen eine zu hohe NF-Lautstärke am Modulator eingestellt ist oder die einen höheren Frequenzbereich als bis 3 kHz übertragen, haben demzufolge eine noch größere Bandbreite. Dies äußert sich häufig in Verzerrungen auf der Empfängerseite oder in Störungen in Nachbarkanal-Frequenzbereichen. Der Diskriminator eines FM-Empfängers kann die CW oder SSB Signale der anderen Stationen nicht detektieren. Andererseits werden die CW und SSB Signale stark vom breiten Spektrum des FM Signals überlagert. In vielen Ländern mit hoher Amateurfunkdichte (und dazu gehören wir in Westeuropa) ist diese breitbandige Modulationsart also ein unakzeptabler Mode für die Nutzung des ohnehin sehr eng begrenzten Frequenzspektrums eines Lineartransponders. In Regionen mit wenigen Amateurfunkstationen spricht dagegen nichts für die Nutzung von FM beim Transponderbetrieb. Außer vielleicht der Energiehaushalt der Batterien des Satelliten ...

Die Bandbreite des AO-7 Transponders von 50 KHz sollte gemäß dem internationalen Bandplan für OSCAR Satelliten zu jeweils 30% für CW, Mixed Mode und SSB genutzt werden. Somit bleiben 15 KHz für jedes Segment. Ein FM Signal belegt damit schon ein ganzes Segmentes. Theoretisch und ungeachtet dieser Grenzen könnten 4 Stationen im FM Mode den Transponder benutzen.

Bei SSB wird nur ein Seitenband benutzt, die Bandbreite ergibt sich hier aus der Differenz der höchsten und der niedrigsten NF-Frequenz. Da f (NF min) relativ gering ist gegenüber f (NF max), gilt die Bandbreite als etwa f (NF max). Setzen wir hier wieder unsere 3 KHz an, sind wir bei einem Viertel der FM Bandbreite. Theoretisch könnten nun 16 Stationen im SSB Mode den Transponder nutzen....

Bei CW (Amplitudenmodulation) ist die erforderliche Bandbreite von der Tastgeschwindigkeit und der zulässigen Signalverzerrung abhängig. Der Tastimpuls besteht aus einer Grundwelle und den Oberwellen. Die Anzahl der einzelnen Oberwellen begründen jeweils ein im Ton weiches, schmalbandiges oder ein hartes, breitbandiges A1A-Telegrafiesignal. Die Anstiegszeit eines Impulses verringert sich mit steigendem Oberwellenanteil. Die PARIS Methode wird zur Bestimmung der CW-Geschwindigkeit verwendet. Das Wort PARIS hat eine Länge von exakt 50 Punkten, inklusive Zeichenabstand. Basierend auf dieser Methode erzeugt ein CW Signal von 12 WPM genau 600 Punktlängen je Minute bzw. 10 Punkte pro Sekunde. Erzeugt man eine kontinuierlich Folge von Punkten, bei einer Geschwindigkeit von 12WPM ist das Ergebnis ein 5 Hz Rechtecksignal. Wird ein HF-Signal mit dieser Folge getastet erhält man einen Träger mit 2 Seitenbändern in 5 Hz Abstand, also ein 10 Hz breites Signal.

Deshalb empfiehlt die AMSAT und die IARU den FM Mode NICHT über Linear-Transponder zu verwenden.

Betriebstechnik

Das Arbeiten über Lineartransponder erfordert eine bestimmte Betriebstechnik. Die durchschnittliche Hörbarkeit bei einem Überflug liegt bei etwa 14 Minuten (VU-52) und etwa 20 Minuten (FO-29, AO-7). Die maximale Dopplershift beträgt je nach Mode J oder Mode B etwa +/- 10 kHz. Die meisten Transponder arbeiten linear invertierend. Ein Uplinksignal von z.B. 145.970 MHz wird dabei ohne Berücksichtigung der Dopplershift auf 435.830 MHz umgesetzt (Mode J, FO-29).

Am einfachsten ist es natürlich, die meisten Regelaufgaben vom PC erledigen zu lassen. Voraussetzung für einen optimalen Betrieb sind also folgende Punkte:

• neue Keplerdaten des Satelliten
• aktuelle Uhrzeit (Synchronisation der PC Uhr mit World Time Servern)
• Software zur Visualisierung der aktiven Satelliten (Orbitron)
• Software zur Steuerung des Antennenrotors (WISAT)
• Software zur Frequenzänderung (Dopplerkorrektur) am Transceiver (WISAT)
• Software zum Betrieb für digitale Modi (WISP, Paxon, MMSSTV)
• evtl. Modem / Soundkarte für digitale Betriebsarten (PSK, SSTV, Packet)
• Kopfhörer benutzen, da das empfangene Signal vom Lautsprecher im FM/SSB Modus wieder über das Mikrofon gesendet wird (Echo)

Je schmalbandiger die Betriebsart (CW, SSTV, PSK) umso wichtiger ist die Doppler-Korrektur.

Gängige Praxis ist es im QSO NUR die Uplinkfrequenz zu ändern. Die Downlinkfrequenz bleibt konstant. Solange man sich selbst in der richtigen Tonhöhe zurückhört, wird man auch richtig gehört. Dadurch "wandert" man zwar im Laufe des QSO über den Uplinkbereich, wenn aber alle nach dieser Regel handeln, kommt es untereinander zu keinen Störungen. Also:

1. freie Frequenz im Downlink suchen
2. Im Uplink senden (CW-Zeichen , Pfeifen, .... oooola oooola :-))
3. Die TX-Frequenz solange verändern, bis das eigene Signal in der richtigen Tonhöhe gehört wird

Die weitaus aufwendigere Methode, Uplink und Downlinkfrequenz gleichzeitig nach Dopplerfrequenz zu korrigieren, setzt eine computergesteuerte Lösung voraus und muss zudem auch von beiden Stationen gleichzeitig vorgenommen werden. Voraussetzung für diese Synchronisation sind aktuelle Keplerdaten und exakt synchronisierte PC-Uhren beider QSO Partner.

SSTV über AO-7

SSTV gehört zu den schmalbandigen Betriebsarten. Das Signal wird im Uplink in LSB gesendet, der Downlink wird in USB empfangen. Es wird also nur ein Seitenband benutzt, die Bandbreite ergibt sich aus der Differenz der höchsten und der niedrigsten NF-Frequenz. Alle Bildinformationen werden im NF-Bereich kodiert, die untere Frequenz für Schwarz liegt bei 1,5 KHz, die obere Frequenz für Weiß bei 2,3 KHz, Zeilen- und Bildsynchronsignale liegen bei 1,2 KHz. Rechts ist das NF-Spektrum eines SSTV Signals zu sehen.
Somit ergibt sich eine effektive Bandbreite von 1,1 KHz. Eine hervorragende Quelle für theoretische Betrachtung ist hier: http://www.qsl.net/do2uf/sstv/ss-sstv.html

Die Übertragungsdauer eines Bildes ist vom gewählten Modus abhängig. Die in der Praxis am häufigsten angewendeten sind hier dargestellt.

Modus      Farbe  Zeit[s] Zeilen
--------------------------------------
Robot 36     YC    36      240    
Robot 72     YC    72      240    
Martin M1   RBG    114     240 
Martin M2   RGB    58      240 
Scottie 1   RGB    110     240 
Scottie 2   RGB    71      240 
Scottie DX  RGB    269     240 

Zur QSO Praxis über Satelliten eignen sich natürlich nur "schnelle" Bilder. Der Kompromiss liegt hier zwischen Qualität und Informationsgehalt. Je nach Orbit des Satelliten ist eine häufige Korrektur der Frequenzen (Dopplerkorrektur) notwendig. In langsam übertragenen Bildern sind diese Korrekturen durch Farbsprünge sichtbar.

Bei niedriger Elevation (kaum Dopplerkorrektur notwendig) kann man auch Modi wählen, die etwas mehr Zeit für eine Bildübertragung benötigen. Meist sind dann aber auch die Feldstärken geringer und die Auswirkung von Störungen im Bild direkt sichtbar.

Die beiden Bilder wurden am 10.05.2005, 2122 UTC über AO-7 in LSB auf 432.159 MHz (manuelle Dopplerkorrektur) gesendet, Downlink USB auf 145.925 MHz. Das erste Testbild im Scottie DX, das zweite Bild im Modus Robot 72. Der Satellit war etwa 3000 km entfernt.
Das gibt noch viel Spielraum für Experimente....

QSL-Karte

Im September 2002 war noch eine geringe Zahl von Original AO-7 SWL Karten verfügbar. Empfangsreporte bitte mit SASE an folgende Adresse schicken:

Andy MacAllister, 
14714 Knights Way Drive, 
Houston, TX 77083-5640