Радиолюбительская связь с МКС
Как это ни кажется фантастикой, но у любого человека есть возможность связаться с Международной Космической Станцией. Правда для этого нужно совпадение ряда условий и не сложное оборудование. Станция должна находиться в прямой видимости от корреспондента. С этим проблем нет, станция движется быстро и дождаться её появления на небосводе не составляет особых проблем. О том где в конкретный момент будет находиться МКС и по какой траектории она летит можно узнать на страничке текущее положение МКС. С МКС передаётся телеметрия, qso, голос и прочее, всё это передаётся в нешифрованном виде и любой человек может принимать эти данные для изучения.
Так же можно посетить страничку с web-трансляцией с борта МКС на сайте NASA. Естественно, что из-за большой дистанции вещание идёт с небольшой задержкой.
Что нужно из оборудования? В принципе, достаточно оборудования работающего в радиолюбительском диапазоне двухметровых волн. До МКС около 600 километров, но она всегда находится в прямой видимости на небосводе. Телеметрия передаётся на APRS 145.825 МГц, но эта частота со временем может измениться. Так же периодически на МКС включен репитер работающий в кросс-бренд режиме или в режиме с разносом частот. Репитер на МКС всегда передаёт информацию на частоте 145.800 МГц в частотной модуляции. В режиме кросс-бренда МКС прослушивает частоты с 437.792 МГц по 437.808 МГц частоты плавно меняются оператором до достижения уверенной связи и в течение работы перестраивается. В режиме разноса частот, МКС прослушивает 145.200 МГц.
Какую антенну использовать для прослушивания МКС? Желательно использовать узконаправленную антенну с очень узким лепестком. Но тут возникнет несколько проблем с позиционированием антенны. Так же не надо забывать то, что станция быстро перемещается по небосводу и её траектория в разных точках планеты не линейная. Так, что для того, чтобы поймать МКС и пообщаться с ней лучше выезжать далеко от города с его массовым загрязнением радиоэфира.
Если у кого-то есть положительный опыт не только сканирования, но и передачи, то поделитесь своим опытом.
Оборудование рекомендуется для связи с МКС
- Трансивер, или приемопередатчик, подойдет любой имеющий частоты 145,0-146,0 МГц, вид модуляции FM, возможность работы на разнесенных частотах (split) и мощность порядка 20 Вт. Например: ICOM-7000, ICOM-706MK2G, ICOM-746, ICOM-910H и т.д.
- Направленную антенну для диапазона частот 145 МГц типа Yagy или Квадрат; Для уверенной связи в любую погоду минимум 5 элементов. Однако опыт проведения радиосвязи показывает что в ясный день можно провести связь и на обычные штырь/диполь/рамку, но это уже будет мучение и для вас и для космонавтов.
- Поворотное устройство. Это могут быть редукторы фирмы Yaesu, или других зарубежных фирм, а могут быть и самодельные поворотные устройство. Хорошо зарекомендовал себя редуктор для поворота антенны в двух плоскостях фирмы Yaesu G-5500.
- Компьютер и программное обеспечение для вычисления орбиты МКС и управления поворотом антенны. Есть две популярные программы для этих целей Orbitron и SatScape.
- Устройство для управления поворотом антенны от компьютера можно приобрести готовое фирмы Yaesu GS-232A. Или изготовить самодельное.
Источник
«Алло, это МКС?»
Трудно поверить, но пообщаться «вживую» с находящимся на околоземной орбите экипажем Международной космической станции (МКС) может… любой желающий! И все это без проверки спецслужбами на благонадежность и даже без предъявления паспорта. «Армейский стандарт» раскрыл некоторые секреты радиолюбительского эфира.
Орбита – это недалеко!
Сразу скажу, для связи с космической станцией, работающей на низкой околоземной орбите, не требуются гигантские наземные радиокомплексы с циклопическими параболическими антеннами, как это часто показывают в голливудских блокбастерах. Достаточно вспомнить, например, затерянную в снегах Сибири советскую станцию «Северная» из фильма «Золотой глаз» про Джеймса Бонда. По фантазии авторов она предназначалась для управления одноименным военным спутником.
Международная космическая станция, как и ее предшественница — станция «Мир» — вращается над Землей на высоте около 400 километров. Это расстояние для прямой радиосвязи считается приличным лишь на Земле, где радиоволны испытывают многократные переотражения и сильные затухания от рельефа. А вот в направлении от Земли в космос 400 километров легко «пробиваются» передатчиком с мощностью до 10 Ватт и с простенькой направленной антенной. Для понимания — детские радиостанции-«мыльницы» с частотой 433 мГц и с мощностью 10 (десять!) милливатт, на Земле в городских условиях кое-как обеспечивают связь на дистанции в 100–200 метров. Но если абоненты с такими станциями расположатся на крышах многоэтажек, между которыми не будет высотной городской застройки, они смогут запросто общаться на расстоянии километров в десять!
«Космос, ответь Земле!»
Любительская коротковолновая и ультракоротковолновая радиосвязь — любопытное техническое хобби, основанное на экспериментах с радиопередающей аппаратурой и антеннами на специально выделенных энтузиастам диапазонах. Появилось оно фактически одновременно с изобретением радио, и добрая половина всех открытий в области радиосвязи сделана в начале ХХ века любителями, а вовсе не профессионалами.
В 1975 году при Центре подготовки космонавтов (ЦПК) в Звездном городке была открыта любительская коллективная радиостанция. Цель — обучение будущих космонавтов работе в радиоэфире. А когда началось планирование стационарных космических комплексов и длительных экспедиций на орбиту, специалисты ЦПК, среди которых тоже были радиолюбители-коротковолновики, предложили включить сеансы связи со всеми желающими в программу психологической разгрузки экипажей.
Для реализации этого плана на станции «Мир» было смонтировано связное оборудование двухметрового любительского диапазона (длина волны в участке 144–146 мГц составляет около двух метров). 12 лет оно работало на «Мире», а затем эта добрая традиция распространилась и на МКС. На обшивке модуля «Звезда» конструкторы изначально предусмотрели аж четыре внешних разъема для антенн любительского УКВ-диапазона. Правда, два из них позже забрали для рабочих нужд. А сейчас и вовсе используется только один.
Позывные
Любительская радиосвязь всего мира держится на единой системе позывных. Позывные состоят из букв и цифр. Они выдаются в каждой стране централизованно, по общемировому стандарту — что в России, что в США, что, например, в Мозамбике. По позывному мгновенно идентифицируется страна и ее регион, а неповторимое сочетание символов делает «эфирное имя» каждого радиолюбителя индивидуальным.
К примеру, позывной коллективной радиостанции Центра подготовки космонавтов в Звездном городке — RT3F, а личный позывной руководителя радиостанции Владимира Загайнова — UA3DKR.
Также существует практика выдачи особых спецпозывных. Например, космонавтам станции «Мир» давали позывные, которые включали в себя буквосочетание MIR. К примеру, U5MIR — Сергей Крикалев, U4MIR — Александр Волков, U2MIR — Муса Манаров и т.п.
Почти все в обязательном порядке получали перед полетами любительские позывные, хотя радиолюбителями, по факту, были не все. Впрочем, ряд космонавтов увлекались любительской радиосвязью и без привязки к космическим полетам, в качестве личного хобби, и имели позывные, выдаваемые в общем порядке.
С заменой «Мира» на МКС практика непременного получения космонавтами персональных любительских позывных отошла в прошлое, и сейчас используется единый спецпозывной для всех российских экипажей орбитальной станции — RS0ISS.
При этом нужно понимать, что позывные экипажа для официальной работы с Центром управления полетами и любительские позывные космонавтов — это совершенно разные позывные. Системы их формирования не связаны. Например, тот же Сергей Крикалев в переговорах с ЦУПом звучал в своих многочисленных экспедициях под именами «Донбасс», «Озон», «Уран», «Базальт».
Оборудование для связи с МКС
В качестве радиостанции подходит любая любительская настольная или автомобильная УКВ-радиостанция, имеющая частотную модуляцию и диапазон частот 144-146 мГц. Мощность для устойчивой связи требуется порядка 20 Ватт, но есть примеры, когда связь успешно устанавливалась и с пятиваттной портативной ручной станции (с выносной, разумеется, антенной). Для связи с МКС используется частота 145.800 мГц.
Были случаи, когда с МКС связывались с помощью простейших антенн, типа «диполь» и даже четвертьволновой штырь. Но такая связь нестабильна. В идеале желательно использовать направленную антенну для диапазона частот 144–146 мГц типа «волновой канал» или «квадраты». Для уверенной связи в любую погоду антенна должна иметь минимум пять элементов. Подобную антенну несложно сделать буквально на коленке из алюминиевого прутка из строительного супермаркета за вечер-другой.
Что касается компьютера, то он необходим лишь для расчета времени пролета МКС над вами. К примеру, в московском регионе станция пролетает 4 раза в сутки — из них два раза по 10 минут идеальны для радиосвязи, а два других пролета уже проходят под сложными для связи углами и короткое время. Программы, типа Orbitron или SatScape позволяют по вашим координатам рассчитать точное время сеансов в любой день. Есть версии этих программ и для смартфонов.
Теперь о грустном…
В эпоху, когда летала станция «Мир», не было Интернета, соцсетей, блогов, крутых цифровых фотокамер, и прочего. Всего того, чем космонавты развлекают себя в свободное время сегодня. Иными словами, регулярное живое общение с радиолюбительским сообществом планеты действительно было для «жителей орбиты» интересным и важным. Плюс, повторюсь, многие из них числились радиолюбителями-энтузиастами и сами по себе, еще до зачисления в отряд космонавтов. В эфире они появлялись часто, и связаться с ними не составляло труда, а на заветных частотах стоял постоянный шум тысяч радиостанций всего мира, которые непрерывно вызывали космонавтов. Огромное сообщество радиолюбителей с нетерпением ждали пролета космической станции, постоянно совершенствуя свою аппаратуру, антенны, разрабатывая софт для новых цифровых видов связи и т.п. Среди них было много юных технарей, для которых контакт с «Миром» и МКС были событием, заставлявшим гореть глаза и учащенно биться сердце…
Однако нынешним российским космонавтам это не нужно. Радиолюбителей среди них не встретишь, энтузиазм земных радиофанатов им уже непонятен. С начала 2000-х регулярное общение космонавтов в эфире с народом сошло на нет. Сегодня сеансы связи с МКС на любительских частотах проводятся приблизительно раз в два месяца. Их обеспечивает специально занимающийся этим вопросом человек в штате корпорации «Энергия». Он организует такие сеансы для школ и вузов, и на различных молодежно-массовых мероприятиях. Чтобы устроить сеанс общения с орбитой, школа, имеющая коллективную радиостанцию или радиокружок с соответствующим техническим оборудованием, должна записаться на сеанс на сайте www.rs0iss.ru . После согласования с космонавтами будет назначено время эфирной встречи.
При этом в США, Европе, Японии, Корее — все не так! Их космонавты на МКС выходят в любительский эфир часто и регулярно, почти все школы и институты имеют свои любительские радиостанции и понимают важность такого живого общения для образовательного процесса и мотивации детей. Но у них и радиолюбителей-коротковолновиков радикально больше. В США, к примеру, их миллион, тогда как в России уже осталось тысяч сорок. Да и государству они совершенно не интересны.
Источник
Как прослушать частоты МКС
Все знают, что такое МКС. Это международная космическая станция, на которой постоянно пребывают космонавты и проводятся различные научные эксперименты. Так например недавно, на борту станции был установлен радиолюбительский ретранслятор. Он позволяет провести связь, используя космическую станцию в качестве посредника при передачи сигнала. В основном такие связи проводятся для тестирования аппаратуры и в технических экспериментах. Проводить такие связи могут только радиолюбитель с лицензией. А если лицензии нет, то можно просто помониторить частоты МКС.
Радиолюбительский ретранслятор работает в режиме кросс бэнд, то есть слушает на одном диапазоне (2м), а передаёт на другом (70 см). И, что самое интересное, прослушать ретранслятор можно на самую дешёвую портативную рацию. Например на Baofeng UV-5, которую можно приобрести по цене около полутора тысяч рублей.
Известно, что для того, чтобы оставаться на круговой орбите вокруг земли, любому телу, требуется двигаться с определённой скоростью. Если тело будет двигаться медленнее, то рано или поздно оно упадёт на землю, а если быстрее, то улетит в космос. Эта скорость называется первой космической скоростью и примерно равна 8 км/с. Если данное тело будет двигаться с такой скоростью на высоте около 40000 км, то оно будет успевать за вращением земли и визуально находится все время над одним и тем же местом нашей планеты. Такие тела называются геостационарными спутниками.
Так как для безопасности и защиты от радиации станция вынуждена находится на гораздо меньшей высоте (около 300 км) , то двигаясь с первой космической скоростью, станция делает оборот вокруг нашей планеты гораздо быстрее её вращения. Один оборот МКС совершает примерно за 90 минут. В время прохождения станции от горизонта до горизонта варьируется в зависимости от угла и составляет от трех до десяти минут.
За это время радиолюбителю нужно настроиться на частоты МКС и успеть провести связь. Уточнить время прохождения станции над вашей местность можно в мобильном приложении Heavens Above.
Там нужно искать спутник с обозначением ISS (International Space Station). Нисходящая частота ретранслятора, та которая идёт со спутника равна 437.800 МГц. Именно её нужно выставлять на станции, когда вы будете прослушивать частоты МКС. Если же у вас есть радиолюбительская лицензия, то выставляйте на передачу 145.990 МГц, субтон 67 Гц.
Удачного вам радиоприема, и как говорят радиолюбители, поменьше помех!
Источник
Связь в космосе: как это работает
Кадр из фильма “Космическая одиссея 2001 года” (1968)
Представьте, что вам нужно пробросить песчинку через ушко иглы с расстояния 16 000 километров. Примерно тем же самым занимались ученые, отправив в 2004 году к комете Чурюмова-Герасименко межпланетную станцию «Розетта». В 2015 году станция и комета находились на расстоянии около 265,1 млн км от Земли. Однако надёжная связь позволила «Розетте» не только сесть на комету, но и получить ценнейшие научные данные.
Сегодня космическая связь — одно из самых сложных и перспективных направлений развития коммуникационных технологий. Орбитальные спутники уже дали нам GPS, ГЛОНАСС, глобальные точнейшие цифровые карты, интернет и голосовую связь в самых отдаленных районах Земли, но мы смотрим дальше. Как космическая связь работает сейчас и что нас ожидает в будущем?
Путь «Розетты»
Основой инфраструктуры наземных станций, используемых во время миссии «Розетты», стала компьютерная система Intermediate Frequency Modem System (IFMS), разработанная BAE Systems. Помимо расшифровывания 350 гигабайт данных, переданных станцией, система позволила точно рассчитать положение космического корабля, действуя как GPS для Солнечной системы.
Система IFMS принимала и передавала сигналы в течение всей 10-летней миссии и сопровождала станцию около 800 миллионов километров. IFMS позволяет измерять скорость с точностью до долей миллиметра в секунду, а положение космического аппарата с точностью в пределах метра в любой точке Солнечной системы.
Модули IFMS размещаются на наземных станциях Европейского космического агентства (ЕКА), модернизированных более 20 лет назад для более совершенного получения радиосигналов с космических аппаратов. Вместо аналоговой обработки — настройки на сигнал, фильтрации и демодуляции — новая (на тот момент) технология позволила преобразовывать необработанный сигнал в цифровую форму, из которой программное обеспечение извлекало необходимую информацию.
После преобразования большая часть последующей обработки сигнала выполняется с помощью ППВМ-микрочипов (программируемая пользователем вентильная матрица, field-programmable gate array, FPGA). Они состоят из логических блоков, которые могут быть подключены параллельно для выполнения вычислений. Это позволило разработать сложные алгоритмы для поддержания высокого уровня шумоподавления и стабильности сигналов из космоса.
На Марс и обратно
Наземная сеть антенн Deep Space Network (DSN)
В основном спутники обеспечивают радиосвязь как ретрансляторы, однако для связи с межпланетными космическими аппаратами требуется более продвинутая система, состоящая из больших антенн, сверхмощных передатчиков и сверхчувствительных приемников.
Канал передачи данных на Землю очень узкий — например, параболическая антенна DSS (Deep Space Stations) недалеко от Мадрида принимает данные на скорости 720 Кб/сек. Конечно, марсоход передает всего 500-3200 бит в секунду по прямому каналу, однако основной канал проходит через орбитальный спутник Марса — получается около 31 Мб данных в сутки от марсохода, плюс еще данные, полученные от измерительных датчиков самого спутника.
Связь на расстоянии 55 миллионов километров поддерживает международная сеть радиотелескопов и средств связи Deep Space Network. DSN является частью NASA. В России же для связи с далекими космическими аппаратами используют знаменитый Восточный центр дальней космической связи, расположенный неподалеку от Уссурийска.
На сегодняшний день DSN объединяет три наземные базы, расположенные на трех континентах — в США, Испании и Австралии. Станции удалены друг от друга примерно на 120 градусов долготы, что позволяет им частично перекрывать зоны действия друг друга.
Спутник Mars Odyssey — самый долго действующий космический аппарат из всех, когда-либо отправленных на Марс — обменивается данными с DSN с помощью антенны с высоким коэффициентом усиления на частоте 8406 МГц. Прием данных от марсоходов ведется на УВЧ-антенну.
«Роуминг» по Солнечной системе
DSS-63
Марс — далеко не единственное место во Вселенной, с которым нам нужно поддерживать связь. Например, межпланетные зонды отправлялись к Сатурну и Титану, а Вояджер-1 вообще улетел на 20 миллиардов километров от Земли.
Чем дальше от нас улетают межпланетные станции, тем сложнее уловить их радиосигналы. Мы пока не можем по всей Солнечной системе расставить орбитальные спутники, поэтому вынуждены строить огромные параболические антенны.
Возьмём, к примеру, Мадридский комплекс дальней космической связи. Главная параболическая антенна комплекса DSS-63 имеет зеркало диаметром более 70 метров и весом 3,5 тысячи тонн. Для отслеживания зондов антенна вращается на четырех шариковых подшипниках весом в одну тонну каждый.
Антенна не только принимает сигнал, но и передает. И хотя траектория движения и вращения Земли давно посчитана и пересчитана, найти маленький объект в космосе, чтобы точно направить на него огромную антенну, — задача очень сложная.
Для поиска отдаленных объектов используется радиотриангуляция. Две наземные станции сравнивают точный угол, под которым сигнал попадает на зеркало антенны в разные промежутки времени, и таким образом вычисляется расстояние до объекта и его местоположение.
Центры дальней космической связи
Разработка в 50-х гг. первой советской межконтинентальной баллистической ракеты (МБР) Р-7, оснащенной радиоуправлением, поставила перед ее создателями сложную задачу – необходимо было построить большую сеть измерительных станций, которые могли бы определять скорость и корректировать полет ракеты.
Для поддержки запусков первых спутников оборудование, первоначально созданное для испытаний баллистической ракеты, было модернизировано и размещено в научно-измерительных пунктах (НИП). С них осуществлялась передача команд на космические аппараты.
В стране построили десятки НИП. Часть измерительного оборудования разместили на специальных кораблях Военно-морского флота. Корабли участвовали в испытаниях всех типов советских МБР, искусственных спутников и автоматических межпланетных станций, обеспечивали все отработочные и штатные околоземные и лунные полёты советских космических кораблей.
После развала СССР корабли измерительного комплекса за редким исключением были уничтожены. Однако сохранились другие важные для космической связи объекты. По географическим причинам наиболее важные командно-измерительные пункты создали в Крыму (16-й НИП – Западный Центр дальней космической связи) и в Приморском крае (15-й НИП – Восточный Центр дальней космической связи известный как объект «Уссурийск»).
Западный Центр в Евпатории принимал и обрабатывал информацию с первой автоматической станции «Луна», поддерживал связь с межпланетными станциями серий «Венера», «Марс», «Эхо», управлял аппаратами во множестве других проектах.
Главный объект Центра – антенна АДУ-1000 с 8 параболическими зеркалами диаметром 16 метров.
Объект «Уссурийск» был создан в 1965 году в результате перевода Радиоэлектронной части военно-космических сил в районе села Галёнки, в 30 км к северо-западу от Уссурийска. В 1985 году здесь был построена одна из крупнейших в мире антенн – РТ-70 с диаметром зеркала 70 м (такая же антенна находится и в Крыму).
РТ-70 продолжает действовать и будет использоваться в самых перспективных разработках страны – в новой российской лунной программе, стартующей в 2019 году (проект «Луна-25»), и для единственного в мире проекта орбитальной рентгеновской астрономии на ближайшие 15 лет «Спектр-Рентген-Гамма».
Работа устройства Deep Space Optical Communication.
Сейчас на земной орбите находится около 400 коммерческих спутников связи, но в ближайшем будущем их станет гораздо больше. Компания ViaSat объявила о совместном проекте с Boeing по запуску трех спутников нового поколения, пропускная способность которых будет более 1 Тбит/сек — это больше пропускной способности всех вместе взятых работающих спутников на 2017 год.
ViaSat планирует предоставлять доступ в интернет на скорости 100 Мбит/сек по всему миру на частоте 20 ГГц, используя фазированные антенные решетки, а также многопозиционные системы передачи данных.
Компания SpaceX планирует уже в 2019 году начать запускать на орбиту более 12 000 спутников связи (в 30 раз больше всех сегодня летающих!), которые будут работать на частотах 10,7-18 ГГц и 26,5-40 ГГц.
Как вы можете себе представить, нужно обеспечить управление всей орбитальной группировкой спутников таким образом, чтобы не допустить столкновений аппаратов. Кроме того, рассматриваются проекты создания каналов связи со всеми искусственными объектами Солнечной системы. Все эти требования вынуждают инженеров ускорить развертывание новых каналов.
Межпланетные телекоммуникации в радиочастотном спектре с 1960 года увеличились на восемь порядков в пропускной способности, однако нам по-прежнему не хватает скорости для передачи изображений и видео высокой четкости, не говоря уже о коммуникации с тысячами объектов одновременно. Один из перспективных способов решения проблемы — лазерная связь.
Впервые космическая лазерная связь была испытана российскими учеными на МКС 25 января 2013 г. В том же году на аппарате Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer испытывалась система двусторонней лазерной связи между Луной и Землей. Удалось достичь скорости передачи данных 622 Мбит/сек с аппарата на наземную станцию, и 20 Мбит/сек с наземной станции на аппарат, находившийся на расстоянии 385 000 км от Земли.
Проект Laser Communications (LASERCOM) в будущем сможет решить вопрос связи в околоземном пространстве, Солнечной системе и, возможно, в межзвездных миссиях.
Лазерная связь в глубоком космосе будет проверена в ходе миссии «Психея». Зонд стартует в 2022 году, а в 2026 году достигнет металлического астероида 16 Psyche. На борту зонда будет установлено специальное оборудование Deep Space Optical Communications (DSOC) для передачи большего количества данных. DSOC должно повысить производительность и эффективность связи космических аппаратов в 10-100 раз по сравнению с обычными средствами, без увеличения массы, объема, мощности и спектра.
Ожидается, что использование лазерной связи приведет к революционным изменениям в будущих космических миссиях.
Источник