SATNOGS – Satellitenbodenstation mit Crowdsourcing

Wenn wir Raumschiffe im eigenen Garten abhören ... und in der Lage sind, auf die Gartenantennen anderer Menschen auf der ganzen Welt zuzugreifen, können wir Satelliten für den Großteil ihrer Reise abhören, während sie die Welt umkreisen.

Wir sehen nicht, dass die ISS sich aufgrund der Raumflugmechanik – der Beziehung zwischen der Drehung unseres Planeten und wie Satelliten „oben bleiben“ – nachts über uns befindet. Die meisten Satelliten bewegen sich nicht um den Äquator der Erde herum, sondern sind geneigt. Wenn sich die Erde unter ihnen dreht, ändert sich ihre Bodenspur – der Teil der Erde, über dem sie sich direkt befinden – mit jedem Orbit. Aus diesem Grund passiert ein Satellit, der sich in einer Höhe von weniger als 2.000 km (in einer niedrigen Erdumlaufbahn, „Low Earth Orbit“) befindet, nur einige Male im Monat und dann nur einige Minuten lang einen bestimmten Punkt auf der Welt.  

Das bedeutet, dass jeder, der einen Satelliten abhören möchte, auf ein Netzwerk von Bodenstationen zurückgreifen muss, um die Telemetrie (Daten) empfangen zu können. NASA, ESA und Roscosmos verfügen über gut positionierte Bodenstationen, von denen einige auf Schiffen sind und sich bewegen können. Diejenigen, die unabhängige kleine Satelliten in den Weltraum schicken, sind jedoch entweder an die größeren Bodenstationsnetzwerke gebunden oder müssen ein eigenes Netzwerk erstellen. Eine einzelne Bodenstation ist nicht unbedingt teuer, aber um die ganze Welt abzudecken, benötigen Sie eine Menge davon!

Ich habe die Artikel von Jo Hinchliffe im Hackspace Magazine (kostenlos als PDF-Datei zum Download verfügbar) gelesen. Eine Lösung für dieses Problem besteht im Crowdsourcing und Open Sourcing der Bodenstationen in einem Projekt namens SatNOGS.

Während ich diesen Artikel schreibe, sind 170 Bodenstationen online, weitere 379 offline und 90 in der „Test“-Phase.

Die Einrichtung ist nicht besonders komplex: Für Ihre eigene Bodenstation benötigen Sie einen Raspberry Pi (nicht jedoch Version 4), einen Dongle (RTL-SDR V3) und eine Antenne (ich habe die WiMo TA1-Kreuzdipol-Antenne verwendet). Die Projektkosten betragen ca. 150 £.

Sobald alles betriebsbereit ist, können andere Personen anfordern, dass Ihre Bodenstation einen bestimmten Satelliten abhört, während dieser sich über Ihnen befindet. Sie müssen dabei gar nichts tun!

Ich beschloss, meine eigene Bodenstation zu bauen. Jos Anweisungen waren einfach zu befolgen – am längsten gedauert hat wahrscheinlich das Herunterladen und Brennen des Raspberry Pi SatNOGS-Image auf die SD-Karte. Sobald der Pi hochgefahren ist, verwende ich normalerweise den Desktop, aber das Bild geht direkt zum Terminal. Das lässt sich aber einfach ändern und mit den Anweisungen von Jo funktionierte alles problemlos. Es war erfreulich, den kleinen orangefarbenen Punkt meiner Station auf der Karte der Bodenstationen zu sehen. Aus Datenschutz- und Sicherheitsgründen habe ich die Breiten- und Längengrade etwas von meinem Haus entfernt. Im Hinblick auf einen Satelliten, der sich über uns hinweg bewegt, macht das keinen großen Unterschied.

Dongle: Ich habe den RTL-SDR V3-USB-Dongle verwendet.

Antenne: Ich habe die Wimo TA1-Kreuzdipol-Antenne verwendet

Da ich den Pi in meiner Garage platzieren wollte, brauchte ich ein Gehäuse dafür, also habe ich mir mit einem 3D-Drucker eines ausgedruckt, das ich auf Thingiverse gefunden habe (vielen Dank an Walter Hsiao).

Fachausdrücke und Jargon in der Welt der Antennen:

RG58-Kabel: ein Koaxialkabeltyp, der häufig für HF-Verbindungen verwendet wird.

BNC-Steckverbinder: Schnellanschluss/Trennschalter für Koaxialkabel. Es handelt sich um einen Bajonettanschluss, ähnlich wie bei manchen Glühbirnen.

BNC-Steckverbinder und RG58-Kabel sind bei Oszilloskopen üblich.

SMA-Steckverbinder ( Subminiaturversion A): kleineres Koaxialkabel als BNC, mit Schraubkupplung.

Test:

Vor der Montage der Antenne an der Garagenwand wollte ich sie testen – mit einem Sonnenschirmständer, um sie aufrecht zu halten. Ich habe den SatNOGS-Status „Test“ solange gelassen, bis ich mit den Ergebnissen nach der Befestigung an der Garagenwand zufrieden war.

Zuerst habe ich alle möglichen Überquerungen ermittelt.

Eines der ersten Ergebnisse, die ich erhalten habe, sieht wie folgt aus:

Ich war ziemlich begeistert, aber es stellte sich heraus, dass die grünen Linien wahrscheinlich Artefakte meines Dongles sind.

Aber nicht lange danach habe ich dieses Ergebnis erhalten:

Als ich den Ton heruntergeladen habe, hörte ich echte Stimmen! (Audiodatei angehängt)

Das hat mir gezeigt, dass alles funktioniert, daher habe ich die Antenne an der Garage und den Pi sicher im Inneren der Garage installiert.

SatNOGS-Beobachtungen

Sobald Sie Ihren Pi für das Abhören von Satelliten eingerichtet haben (über die SatNOGS-Website), lehnen Sie sich einfach zurück, und es wird alles automatisch erledigt (das Wiki auf der SatNOGS-Seite ist sehr hilfreich, wenn dem nicht so ist – und es gibt auch eine großartige Community, die Ihnen helfen kann). 

Sobald der Satellit sich über Sie hinweg bewegt, erhalten Sie eine Benachrichtigung über die erforderliche Verifizierung auf Ihrem Dashboard. Sie müssen dann die Überquerung überprüfen und feststellen, ob dort ein Satellit vorhanden war (Good), kein Satellit da war (Bad) oder ob Ihr Gerät (Antenne, Pi usw.) nicht mehr funktioniert (Failed). Ich musste viele als „Bad“ eingestufte Audiosignale anhören, bevor ich anhand des Wasserfalldiagramms feststellen konnte, ob sie gültig (Good) waren oder nicht. Und ich bin immer noch nicht davon überzeugt, dass ich es jedes Mal richtig mache.

Meine Bodenstation (917) ist jetzt nicht mehr in der Testphase und permanent online. Wer möchte, kann sie auffordern, einen Satelliten abzuhören!

Dinge, die ich beim ersten Mal nicht richtig gemacht habe:

Ich habe einen BNC-Stecker an das Koaxialkabel an der Antenne angeschlossen – DREI MAL –, bevor mir der Gedanke kam, dass der Kurzschluss zwischen Kern und Ummantelung tatsächlich in die Antenne integriert war. (Ich habe schließlich den großartigen Kundendienst von WiMo gefragt und diese Antwort erhalten: „Der Kurzschluss ist normal, er liegt aufgrund der Konstruktion in der Antenne selbst.“)

Ich habe das Ende des 6-mm-SDS-Bohrers beim Befestigen der Halterung in der Garagenwand verloren (ist stecken geblieben)!

Ich habe mich mehrmals an der Antenne gestoßen.

Dinge, die ich anders machen würde:

Am Dongle befindet sich ein SMA-Anschluss, daher musste ich einen SMA-auf-BNC-Anschluss (BNC-Buchse) verwenden. Dieser passte gut an den BNC-Stecker, den ich am Koaxialkabel der Antenne befestigt hatte, und war hervorragend zum Testen. Beim Montieren der Antenne an der Garage musste ich das Koaxialkabel jedoch verlängern. Das einzige 5-m-Koaxialkabel mit Steckverbindern, das ich bei RS kaufen konnte, hatte an jedem Ende einen BNC-Stecker – also musste ich einen Adapter besorgen.

Mögliche zukünftige Erweiterungen:

Ergänzung um einen rauscharmen Verstärker und einen FMNotch-Filter.