CubeSat CP-1, CP-2

PolySat - Cal POl Picosatellite Project

Am 26. Juli 2006, 1943UTC startete eine russische DNEPR Rakete mit insgesamt 22 neuen Satelliten aus einem unterirdischen Raketensilo innerhalb des Komplexes 109 vom russischen Weltraumstartplatz Baikonur in Kasachstan. Durch einen Fehler innerhalb der Aufstiegssequenz stürzte die Rakte ab. So wurde die erste Stufe bereits 86 Sekunden nach dem Start abgeschaltet (10 Sekunden früher als geplant). Die Raketenbooster und die Nutzlast stürzten etwa 26 Kilometer südlich vom Startpunkt ab. Die Dnepr trug insgesamt 18 Satelliten, darunter einen russischen Satelliten (BELKA), zwei italienische Mikrosatelliten sowie 14 Cubesats. Damit ist diese Mission für CP-1 ud CP-2 gescheitert.

PolySat CP1 - 436.845 MHz (15 Baud DTMF und CW) 500 mW
PolySat CP2 - 437.325 MHz (1k2 AFSK AX.25 und CW) 1W


CubeSat CP-3, CP-4

PolySat - Cal POl Picosatellit

Am 17.04.2007 erfolgte endlich der schon viele Male verschobenen Start einer DNEPR2 Rakete vom russichen Baikonour. Pünktlich um 0646UTC hob die Rakete in den morgendlichen Himmel ab und separierte einige Minuten später erfolgreich 7 Cubesats aus den 3 POD in einer Höhe von etwa 700km.

Ziel des CubeSat Projektes ist es, den Studenten einen wirkungsvollen Rahmen für das Design, den Aufbau und die Produkteinführung von Picosatelliten an den Universitäten Cornell, Stanford, CalPoly und an anderen Anstalten zur Verfügung zu stellen. Obgleich jeder CubeSat nur 10 x 10 x 10 Zentimeter groß ist, der höchstens in Kilogramm wiegen darf, können diese Picosats für ernsthafte Forschungen benutzt werden. Der Ausstoss der Cubesats ist mit einem speziell dafür entwickeltem Launcher, dem P-POD vorgesehen. Befindet sich die Raktenstufe im vorgesehenen Orbit, wird über einen Federmechanismus Nanosat für Nanosat nacheinander ausgestossen.

Alle vier CP wurden an der CalPoly Universität entwickelt. Zielsetzung beim Entwurf war, ein zuverlässiges Bussystems zu entwickeln, welches Daten zur Flugqualifikation über eine Vielzahl kleiner Sensoren und Steuervorrichtungen zur Verfügung stellt. CP1 einen Sonnen-Sensor, der durch Optical Energy Tech. entwickelt wurde und ein experimentelles Magnetorquer (magn. Drallrad), das von Studenten der Universität entwickelt wurde.

Wie bei CP1 ist auch bei CP2 die Mission, ein in hohem Grade fähiges Bussystem zur Verfügung zu stellen, das zahlreiche kleine Nutzlasten stützen kann. Das ehrgeizige Konzept beinhaltet u.a. dig. Kommunikationen mit 1k2, 2-Achsen-Stabilisierung und Steuerung, Datenverarbeitung und Speicherfähigkeit.


img

NASA-Catalog: POLYSAT CP3 31128

Downlink CP-3

436.845 MHz (1k2 AFSK AX.25) 1W

Call

N6CP

CP-3 sendet nur auf Kommando der Bodensation Telemetrie aus. Bisher ist es aber noch nicht gelungen, CP-3 zu kontaktieren. Es gibt auch nur eine beschränkte Lizenz, weshalb keine Bake ausgestrahlt werden darf.


NASA-Catalog: POLYSAT CP4 #31132

Downlink PolySat CP-4

437.322 MHz (1k2 AFSK AX.25 USB (!) 1W

Call

N6CP

Oribital Parameter

Name	CP4_
NORAD                   #31132
COSPAR Bezeichnung      2007-012-Q  
Inklination (Grad)      98.090
RAAN                    208.458
Excentrizität           0.0087571
ARGP                    130.470
Umläufe pro Tag         14.54998241
Periode                 1h 38m 58s (98.97 Min)
Semi-major axis         7088 km
Perigäum x Apogäum      647 x 771 km
Bstar (drag Faktor)     -0.000941100 1/ER
Mean Anomaly            230.426

Status

Seit dem 24.05.2007 sendet CP4 nun aller 2 Minuten ein Telemetriepaket und nicht mehr wie bisher nur aller 5 Minuten.

Telemetrie

CP4

byte  source  info
1  COMM Packet Type 
2  CDH Snapshot sequence number (LSB) 
3  CDH Snapshot sequence number (MSB) 

4  RTC timestamp (hour) 
5  RTC timestamp (min) 
6  RTC timestamp(sec)

7  -Y Axis solar panel voltage
8  -Y Axis solar panel current
9  -Y Axis Peak Power Tracking
10 -Y Axis magnetorquer current
11 -Y Axis magnetometer A axis
12 -Y Axis magnetometer B axis
13 -Y Axis internal temperature
14 -Y Axis external temperature
15 -Y Axis face regulated power (3V Side Panel)

16 -X Axis solar panel voltage
17 -X Axis solar panel current
18 -X Axis Peak Power Tracking
19 -X Axis magnetorquer current
20 -X Axis magnetometer A axis
21 -X Axis magnetometer B axis
22 -X Axis internal temperature
23 -X Axis external temperature
24 -X Axis face regulated power (3V Side Panel)

25 +Z Axis solar panel voltage
26 +Z Axis solar panel current
27 +Z Axis Peak Power Tracking
28 +Z Axis magnetorquer current
29 +Z Axis magnetometer A axis
30 +Z Axis magnetometer B axis
31 +Z Axis internal temperature
32 +Z Axis external temperature
33 +Z Axis face regulated power (3V Side Panel)

34 +X Axis solar panel voltage
35 +X Axis solar panel current
36 +X Axis Peak Power Tracking
37 +X Axis magnetorquer current
38 +X Axis magnetometer A axis
39 +X Axis magnetometer B axis
40 +X Axis internal temperature
41 +X Axis external temperature
42 +X Axis face regulated power (3V Side Panel)

43 -Z Axis solar panel voltage
44 -Z Axis solar panel current
45 -Z Axis Peak Power Tracking
46 -Z Axis magnetorquer current
47 -Z Axis magnetometer A axis
48 -Z Axis magnetometer B axis
49 -Z Axis internal temperature
50 -Z Axis external temperature
51 -Z Axis face regulated power (3V Side Panel)

52 CDH RF Amp A current
53 CDH RF Amp B current
54 CDH CDH Regulated Power (3V_CDH)
55 CDH RF Amp Temperature
56 CDH comm A regulated power (3V_COMMA)
57 CDH comm B regulated power (3V_COMMB)
58 CDH VSUM
59 Power cdh current
60 Power SPA current
61 Power SP Bcurrent
62 Power comm A current
63 Power comm B current
64 Power payload current
65 Power cdh power temperature
66 Power comm A power temperature
67 Power comm B power temperature
68 Power 3V Side Panel A
69 Power 3V Side Panel B

70 Battery A protection byte
71 Battery A status byte
72 Battery A voltage byte
73 Battery A temperature byte
74 Battery A current(LSB)
75 Battery A current(MSB)
76 Battery A accumulated current (LSB)
77 Battery A accumulated current (MSB)

78 Battery B protection byte
79 Battery B status byte
80 Battery B voltage byte
81 Battery B temperature byte
82 Battery B current(LSB)
83 Battery B current(MSB)
84 Battery B accumulated current (LSB)
85 Battery B accumulated current (MSB)

86 CDH statusbyte
87 CDH currentstate
88 CDH cdhresetcount(MSB)
89 CDH cdhresetcount(LSB)
90 Comm status byte
91 Comm cc1000 calibration register
92 Comm cc1000 power register
93 Comm cc1000 max rssi
94 Payload statusbyte
95 Payload rtc temperature
96 Payload face temperature
97 Payload unregulated coumputer temperature
98 Payload unregulated coumputer voltage (MSB)
99 Payload unregulated coumputer voltage (LSB)

CP4 sendet aller 5 Minuten ein Sensor-Snapshot in 1k2 AFSK mit vorangestelltem CW Header (etwa 6 Sekunden). Der Frame besteht aus 115 Bytes (16 Bytes AX.25 und 99 Byte Payload).

imgCW und AFSK 1k2 AX.25 Telemetrie (SSB Mode) 18.04.2007 1056UTC, 435.325Mhz
18.04.2007 1046UTC fpea    [CW-Header]
18.04.2007 1056UTC fpfa    [CW-Header]

ctrl: 3 {UI}  PID: F0 {No L3}  Total Frame Bytes: 23
from N6CP to N6CP: 
   1 > 04 43 4F 4D 4D 20 41 
.COMM A
--------------------------------------------------------------------
ctrl: 3 {UI}  PID: F0 {No L3}  Total Frame Bytes: 115
from N6CP to N6CP: 
   1 > 01 CF 02 02 2F 1E BB 02 05 03 77 88 4E 57 C0 C1 02 00 02 9E 
  21 > 9F 70 6E C2 BB 06 04 08 BE 43 58 5F BD BF 48 3B 03 AA 6B 21 
  41 > 1D C5 BA 0C 09 02 82 72 38 39 C0 00 05 B8 5A B8 B8 B6 11 10 
  61 > 0A 03 0A 01 63 72 6E B9 B9 8B C7 6A FD FC FF 5D ED 8B C7 6B 
  81 > FD F9 FF BC EF 03 01 00 00 26 26 08 64 01 30 33 2B 00 02 
1k2 AFSK (SSB Modus) Hexdump CP-4, 18.04.2007, 1056UTC

imgCW und AFSK 1k2 AX.25 Telemetrie (SSB Mode) 21.04.2007 1929UTC, 435.325Mhz
21.04.2007 1924UTC fgea    [CW-Header]
21.04.2007 1929UTC fpea    [CW-Header]
ctrl: 3 {UI}  PID: F0 {No L3}  Total Frame Bytes: 23
from N6CP to N6CP: 
   1 > 04 43 4F 4D 4D 20 42 
.COMM B
--------------------------------------------------------------------
ctrl: 3 {UI}  PID: F0 {No L3}  Total Frame Bytes: 115
from N6CP to N6CP: 
   1 > 01 49 0C 0B 14 0B B4 02 04 03 72 B6 75 84 C0 CB 34 21 02 9E 
  21 > C9 69 62 C2 C2 0C 09 08 B9 40 4A 50 BE B3 02 01 03 A8 35 E6 
  41 > DA C5 AF 00 00 03 87 7D CD D1 C0 00 05 B8 9B B8 B9 C2 10 0F 
  61 > 0D 0C 03 02 78 89 87 BA BA 8B C7 6A F3 FE FF A9 EC 8B C7 6A 
  81 > F4 00 00 49 EF 03 01 00 00 66 26 08 62 01 29 2B 2B 5C F3 
1k2 FSK (SSB Modus) Hexdump CP-4, 21.04.2007, 1929UTC

imgCW und AFSK 1k2 AX.25 Telemetrie (SSB Mode) 21.04.2007 2059UTC, 435.325Mhz
21.04.2007 2059UTC fpea    [CW-Header]
21.04.2007 2104UTC fpea    [CW-Header]
ctrl: 3 {UI}  PID: F0 {No L3}  Total Frame Bytes: 23
from N6CP to N6CP: 
   1 > 04 43 4F 4D 4D 20 41 
.COMM A
--------------------------------------------------------------------
ctrl: 3 {UI}  PID: F0 {No L3}  Total Frame Bytes: 115
from N6CP to N6CP: 
   1 > 01 79 0C 0C 37 30 D3 02 07 03 5B 8F 9E A9 C0 99 03 00 03 98 
  21 > A6 80 7D C1 93 01 00 09 BD 28 8A 97 BD 97 03 02 04 A4 5F E8 
  41 > DC C4 C9 04 1D 03 88 8F B0 AB C0 00 05 B8 A1 B8 B8 A8 12 0F 
  61 > 0B 03 0E 01 77 89 88 B9 B9 83 C7 68 F4 04 00 E7 EC 83 C7 69 
  81 > F4 9B FF 12 EF 03 01 00 00 26 26 08 68 01 26 2A 2B 5C C1 
1k2 FSK (SSB Modus) Hexdump CP-4, 21.04.2007, 2104UTC

21.04.2007 2239UTC fpea    [CW-Header]
21.04.2007 2244UTC fpea    [CW-Header]
19:57 cw header: FPEA
--------------------------------------------------------------------
20:02 cw header: FPEA
ctrl: 3 {UI}  PID: F0 {No L3}  Total Frame Bytes: 23 from N6CP to N6CP: 
   1 > 04 43 4F 4D 4D 20 41
.COMM A
--------------------------------------------------------------------
ctrl: 3 {UI}  PID: F0 {No L3}  Total Frame Bytes: 115 from N6CP to N6CP: 
   1 > 01 D2 14 0B 34 30 D2 02 07 03 58 AE A6 B3 C0 97 03 00 03 7D
  21 > C5 80 7E C1 C7 1A 08 08 A4 28 97 9E BD BA 03 04 04 8E 3E F3
  41 > E5 C4 93 00 00 03 70 92 C1 C5 C0 00 05 B8 A0 B8 B8 A7 10 0F
  61 > 0B 04 0E 01 75 87 87 B9 B9 83 C7 68 F4 EE FF 88 EC 83 C7 68
  81 > F5 D9 FF 8E EE 03 01 00 00 26 26 08 65 01 26 2A 2B 5C BB
--------------------------------------------------------------------

20:08 cw header: FPEA
ctrl: 3 {UI}  PID: F0 {No L3}  Total Frame Bytes: 23 from N6CP to N6CP: 
   1 > 04 43 4F 4D 4D 20 42
.COMM B
--------------------------------------------------------------------
ctrl: 3 {UI}  PID: F0 {No L3}  Total Frame Bytes: 115 from N6CP to N6CP: 
   1 > 01 D5 14 0B 3A 2E CE 02 06 03 40 7D 77 85 C0 C0 03 00 02 78
  21 > 95 52 50 C2 9D 01 00 08 97 0F 5A 65 BD 9E 03 02 03 7F 73 E5
  41 > D9 C5 C7 61 76 03 6C AA 97 8F C0 00 05 B8 96 B8 B9 BE 11 0F
  61 > 0A 0C 04 02 78 89 87 B9 BA 8B C7 6A F3 FE FF 8C EC 83 C7 6B
  81 > F4 06 00 8E EE 03 01 00 00 66 26 08 62 01 2A 2B 29 5D 37
1k2 FSK (SSB Modus) Hexdump CP-4, 24.04.2007, 1954-2008UTC

Dekodierung der Telemetrie mit MixW und Generierung eines KISS Files

Da MixW nicht in der Lage ist, die empfangenen und dekodierten Daten in einem KISS File abzuspeichern, wird mit dem nachfolgend beschriebenen Treiber ein KISS TNC emuliert.

Zunächst lädt man von der MixW Webseite den Treiber ComEmulDrv3.zip herunter. Dieses ZIP File wird in einem beliebigen Verzeichnis der Festplatte entpackt. Die Installation ist hier ausführlich beschrieben.

Nach dem Start von MixW geht man in das Menü CONFIGURE -> TNC Emulation. Als Port nutzen wir COM6* mit den entsprechend eingetragenen Schnittstellenparametern. Das Häkchen DISABLE DEVICE darf nicht gesetzt sein.

Zur Einstellung der Betriebsart wechseln wir in das Menü MODE und wählen PACKET aus. Im nächsten Schritt öffnen wir das Menü MODE SETTINGS.

Im Tab GENERAL wird das Häkchen bei EMULATE KISS TNC ON TNC EMULATION PORT gesetzt. Damit leitet MixW nun alle Daten an diesen virtuellen Port COM6 weiter.

Durch den Windowstreiber wird nun eine virtuelle Verbindung zwischen COM6 und dem konfigurierten COM5 (Pair1) eingerichtet. Das entspricht in etwas einem Nullmodemkabel bei reel existierenden seriellen Schnittstellen. Somit werden die Daten aus MixW nach COM6 gesendet und an Port COM5 wieder empfangen.

Terminalprogramm und KISS File erzeigen

...und genau hier holen wir diese Daten wieder ab. Wir benutzen ein einfaches Terminalprogramm und richten es für den seriellen Port COM5 mit den entsprechenden Schnittstellenparametern ein.

Es ist nun egal, welche Terminalsoftware man benutzt. Ich benutze ein selbstgeschriebenes Programm, was mit aus den seriellen Daten gleich den KISS Frame dekodiert und ihn als Hexdump anzeigt. Die Abspeicherung in einem *.kss File ist natürlich möglich.

Software zur Auswertung der Telemetrie

Um die Daten des Cubesat CP-4 auszuwerten muss ein KISS File vorliegen. Da CP-4 in USB sendet ist ein geeignetes Program zur AX.25 Dekodierung notwendig. Hier eignet sich vor allem MixW, wenn man einen KISS TNC emuliert.

CP-4 Dekodiersoftware

Aus dem Kiss File werden nur die Telemetrieframes ausgewertet. Jeder Frame ist mit einer Sequence Number und einem TimeStamp (RTC) versehen. Die 5 Side Panel werden mit ihren entsprechenden Telemetriewerten übersichtlich dargestellt. Zudem kann jeder Telemetriewert einzeln über den gesamten Zeitraum in einem Balkendiagramm dargestellt werden. Bestimmte Statuswerte werden als Binärwort angezeigt.

Wer die Software testen möchte, kann sich hier ein KISS File herunterladen. Ein komplett ausgewerterter Telemetrieframe wird als ACII Textfile gespeichert. Hier ein Beispiel:

CAPE Telemetry ***   Seq No: 6770    [ RTC: 11:41:20 ]
#######################################################

------   JP5 SIDE PANEL  -Y AXIS   ------
Solar Panel Volts    : 3,41 V
Solar Panel Curr     : 3,68 mA
Peak Power Track     : 12,87 mA
Magnetorquer Curr    : 7,35 mA
Magnetometer A       : 82,00 
magnetometer B       : 160,00 
internal Temp        : -26,23 °C
external Temp        : -28,40 °C
FPP 3V               : 3,01 V
------   JP6 SIDE PANEL  -X AXIS   ------
Solar Panel Volts    : 3,72 V
Solar Panel Curr     : 7,35 mA
Peak Power Track     : 0,00 mA
Magnetorquer Curr    : 5,51 mA
Magnetometer A       : 117,00 
magnetometer B       : 192,00 
internal Temp        : -24,87 °C
external Temp        : -24,45 °C
FPP 3V               : 3,03 V
------   JP7 SIDE PANEL  +Z AXIS   ------
Solar Panel Volts    : 3,34 V
Solar Panel Curr     : 1,84 mA
Peak Power Track     : 0,00 mA
Magnetorquer Curr    : 16,54 mA
Magnetometer A       : 157,00 
magnetometer B       : 35,00 
internal Temp        : -23,29 °C
external Temp        : -25,01 °C
FPP 3V               : 2,96 V
------   JP8 SIDE PANEL  +X AXIS   ------
Solar Panel Volts    : 3,46 V
Solar Panel Curr     : 5,51 mA
Peak Power Track     : 5,51 mA
Magnetorquer Curr    : 7,35 mA
Magnetometer A       : 129,00 
magnetometer B       : 79,00 
internal Temp        : -29,13 °C
external Temp        : -27,78 °C
FPP 3V               : 3,07 V
------   JP9 SIDE PANEL  -Z AXIS   ------
Solar Panel Volts    : 3,36 V
Solar Panel Curr     : 0,00 mA
Peak Power Track     : 0,00 mA
Magnetorquer Curr    : 5,51 mA
Magnetometer A       : 105,00 
magnetometer B       : 156,00 
internal Temp        : -29,95 °C
external Temp        : -30,30 °C
FPP 3V               : 3,01 V
------   CDH DAQ  ----------------------
RF Amp A Curr        : 0,00 mA
RF Amp B Curr        : 45,96 mA
CDH RegPow 3V        : 2,89 V
RF Amp Temp          : -17,79 °C
CommA RegPow 3V      : 2,89 V
CommB RegPow 3V      : 2,89 V
VSUM                 : 3,91 V
------   POWER   --------------------
CDH Curr             : 33,09 mA
SP A Curr            : 27,57 mA
SP B Curr            : 20,22 mA
Comm A Curr          : 5,51 mA
Comm B Curr          : 22,06 mA
Payload Curr         : 1,84 mA
CDH Power Temp       : -8,09 °C
Comm A Pow Temp      : -12,28 °C
Comm B Pow Temp      : -12,28 °C
3V Side Panel A      : 2,90 V
3V Side Panel B      : 2,90 V
------   BATTERY A   ----------------
Protection Byte      : 10000011
Status Byte          : 11000111
Voltage              : 4,02 V
Temperature          : -11,00 °C
Current              : -40,00 mA
accumulated Curr     : -1285,50 mAh
------   BATTERY B   ----------------
Protection Byte      : 10000011
Status Byte          : 11000111
voltage              : 4,06 V
Temperature          : -10,00 °C
Current              : -55,00 mA
accumulated Curr     : -1129,25 mAh
------   CDH   ----------------------
CDH Status Byte      : 00000011
CDH Current State    : 00000001
CDH Reset Count      : 0,00 
------   COMM   ---------------------
Statusbyte           : 00100110
CC1000 Cal Reg       : 38,00 
CC1000 Pow Reg       : 8,00 
CC1000 max RSSI      : 101,00 
------   PAYLOAD   -----------------
Statusbyte           : 1,00 
RTC Temp             : -12,00 °C
Face Temp            : -7,00 °C
URC Temp             : -6,00 V
URC Voltage          : 4,44 V

Homepage und weitere Informationen


CP4 in space

Dieses Foto wurde von AeroCube-2 am 17. April 2007 aufgenommen. Dieser Cubesat hat eine 640x480 Pixel Kamera als Payload und zeigt den Calpoly Cubesat CP4.

(C) Aerospace Corporation , thanks Lori

Änderung der Keplerelemente

Bisher habe ich CP-4 mit den Keplerelementen NORAD #31122 verfolgt. Im TCA machte sich aber eine deutliche Verschiebung der Frequenz um etwa -500Hz von der berechneten Frequenz bemerkbar. So war im Dopplerkorrektur Minimum immer ein manuelles Nachregeln der Empfangsfrequenz notwendig.
Angeregt durch Colin, VK5HI habe ich mich mit den Keplersätzen von NORAD #31132 beschäftigt. Beide liegen sehr eng beieinander. Zumindest im AOS und LOS kann man keine Verschiebungen feststellen. Aber im TCA zeigt sich deutlich die Differenz.
Nachdem ich nun CP4 über einige Tage hin mit den TLE #31132 getrackt habe bin ich der Überzeugung, dass diese Elemente zu CP-4 gehören.

CP4 TLE
Die Grafik verdeutlicht den Unterschied der berechneten Dopplershift (in kHz) in Abhängigkeit der Zeit. Die Berechnung beruht auf den Datensätzen vom 18.05.2007. Dieser Durchgang hat eine Elevation von etwa 55°.

Homepage

http://polysat.calpoly.edu