Aalto-1 toiminnassa

Otaniemen Aalto-yliopistossa suunniteltu ja rakennettu satelliitti Aalto-1 lähti useiden viivästysten jälkeen viimein matkaan juhannusaattona 23.6.2017 klo 6:59 Suomen aikaa. Satelliitti lähti avaruuteen Intiasta PSLV-kantoraketin kyydissä, ja kulki suoraan Suomen yli ensimmäistä kertaa noin 11:30 Suomen aikaa. Satelliitti kävi kyllä jo noin klo 10:00 hieman horisontin yläpuolella, jolloin siihen saatiin hetkellinen yhteys Otaniemen maa-asemalta.

Aalto1_kuva1_photo_Mikko_Raskinen.jpg

Aalto-1 valmiina lastattavaksi raketin kyytiin. Kuva: Mikko Raskinen / CC-BY-SA 4.0

Aalto-1 lähettää kolmen minuutin välein majakkasignaalin taajuudella 437,220 MHz. Majakkasignaalin aluksi satelliitti lähettää oman nimensä Morse-koodilla, jonka jälkeen tulee lyhyt GFSK-moduloitu AX.25-muotoinen telemetriapurske.

Halusin olla ensimmäisten joukossa vastaanottamassa satelliitin lähetystä, ja sain kuin sainkin majakkasignaalin kuuluviin. Tallensin lähetystä koko ajan, mutta omien mokailujen vuoksi parhaat osat tallenteesta menivät harakoille. Juhannuksen mökkireissun jälkeen halusin revanssin ja kuuntelin jälleen satelliitin ylitystä juhannuspäivän iltana. Tällä kertaa sain koko ylityksen tallennettua onnistuneesti! Alla on äänitallenne majakkasignaalista, sekä vesiputouskuva, josta viesti on helppo tulkita. Kuvan vaaka-akselilla on taajuus (kasvaa oikealle) ja pystyakselilla aika (kasvaa ylöspäin).

2017-06-24-aalto1-morse.png

Aalto-1 lähettää kolmen minuutin välein oman nimensä Morse-koodilla, jonka jälkeen tulee lyhyt telemetriapurske. Kuvan pystyakselilla on aika ja vaaka-akselilla taajuus.

Vastaanottopaikka ja välineet jättävät vielä toivomisen varaa, mutta yritin silti saada telemetriaa luettua. Löysin Windowsille Direwolf-ohjelman, joka kykenee tulkkaamaan AX.25-paketteja FM-demoduloidusta äänisignaalista. Yllättäen ohjelma sai tallenteesta yhden paketin purettua! Valitettavasti sen sisältö ei ollut kovin mielenkiintoinen, sillä se oli lähetyksen ensimmäinen paketti, joka sisältää vain lähettäjän ja vastaanottajan kutsumerkit: ”OH2A1S-11>OH2AGS:”

Homma lähti kuitenkin lupaavasti käyntiin! Saan toivottavasti ensi viikolla esivahvistimen antennin ja radiovastaanottimen väliin, jolloin yritän saada parempilaatuista dataa talteen. Esivahvistimen avulla telemetriasta aukeaa toivottavasti useampikin kuin yksi datapaketti.

Mainokset

Sääsatelliittien vastaanotto ohjelmistoradiolla

Maan kiertoradalla viuhuu monia sääsatelliitteja, jotka kuvaavat Maata ja sen säätilaa yötä päivää valon eri aallonpituuksilla. Harva tietää, että sääsatelliittien radiolähetyksiä voi nykyään kuka tahansa vastaanottaa kotikonstein varsin halvalla. Tarvitaan vain antenni, tietokone ja tietokoneen USB-väylään kytkettävä sopiva digi-TV-tikku.

Digitelevision vastaanottamiseen tarkoitettuja hyvin halpoja USB-laitteita on ollut myynnissä jo useamman vuoden. Osa laitteista perustuu Realtekin valmistamaan RTL2382U-piiriin, joka vastaa signaalin digitoinnista, demoduloinnista ja USB-yhteydestä. Vuonna 2012 Antti Palosaari muutaman muun harrastajan kanssa onnistui ohjaamaan laitetta siten, että tietokoneella oli mahdollista tallentaa radiosignaalia miltä vain laitteen kuulemalta taajuudelta. Laitteiden suosio räjähti ja niitä käytetään nykyään laajasti halpoina radiovastaanottimina. RTL-piirin lisäksi laitteissa on viritinpiiri, joista yleisimmät ovat nykyään E4000, R820T ja uusimpana edellisiä vähäkohinaisempi R820T2.

Tällaisen vastaanottimen käyttöön viitataan usein termillä RTL-SDR, jossa RTL tarkoittaa Realtekin piiriä. SDR on taas lyhenne sanoista Software-Defined Radio, eli ohjelmistoradio. Ohjelmistoradio tarkoittaa sitä, että radiovastaanotin muuntaa vastaanottamansa signaalin digitaaliseen muotoon ja syöttää sen suoraan tietokoneelle, joka on vastuussa signaalin demoduloinnista ja dekoodaamisesta. Ennen tämä on yleensä hoidettu erillisellä tarkoitukseen valmistetulla analogielektroniikalla. Signaalinkäsittely tietokoneella on halvempaa ja joustavampaa, mutta vaatii kohtalaisen paljon laskentatehoa.

Olen ostanut Ebaysta muutamia hyvin halpoja digi-TV-vastaanottimia kaikenlaisia kokeiluja varten, ja jokin aika sitten ostin hieman laadukkaamman vastaanottimen rtl-sdr.com-sivustolta. Vastaanottimessa on herkkä R820T2-viritinpiiri, häiriöiltä suojaava alumiinikotelo sekä mahdollisuus syöttää jännitettä vastaanottolinjaa pitkin etuvahvistimen tai muiden laitteiden käyttämiseksi ilman erillisiä virtalähteitä. Tikussa on radiokäytössä yleinen SMA-liitin antennia varten. Ebayn halvemmissa tikuissa on usein hieman hankalampi MCX-liitin. Vastaanottimen mukana tuli myös kaksi kohtalaisen laadukasta teleskooppiantennia, yksi pieni ja yksi suuri. Tikku pystyy vastaanottamaan taajuuksia 24 – 1766 MHz.

rtl-sdr-v3.JPG

Kuvassa rtl-sdr.com-sivustolla myytävä vastaanotintikku. Kotelon teksti on jo hieman kulunut käytössä pois.

Vastaanottimen käyttämiseen on saatavilla useita ilmaisia ohjelmia. Windows-puolella näistä yleisin lienee Airspy SDR#. Ohjelmaan on saatavissa useita lisäkkeitä, joilla voi esimerkiksi lennosta demoduloida tiettyjä signaaleja tai olla yhteydessä satelliitinseurantaohjelmiin kun Orbitron. SDR#:lla voi tallentaa signaaleja kovalevylle tai lähettää ne eteenpäin muille ohjelmille joko lisäkkeiden avulla tai äänisignaalina.

Yleisimmät harrastajien kuuntelemat sääsatelliitit ovat Yhdysvaltalaisia NOAA-satelliiteja, joita on edelleen aktiivisena kolme kappaletta. Satelliitit lähettävät 137-138 MHz taajuuksilla Automatic Picture Transmission (APT) -muotoista analogikuvaa yksi rivi kerrallaan sitä mukaa kun satelliitti etenee kiertoradallaan. NOAA-satelliitit lähettävät siis ”suoraa lähetystä” näkymästä, joka on kullakin hetkellä satelliitin alapuolella. Tarkemmat lähetystaajuudet näkyvät alla olevassa taulukossa.

Satelliitti Taajuus (MHz)
NOAA-15 137,6200
NOAA-18 137,9125
NOAA-19 137,1000

 

NOAA-satelliitit kiertävät Maapalloa niin kutsutulla aurinkosynkronisella polaariradalla, mikä tarkoittaa sitä että ne näkyvät joka päivä samaan aurinkoaikaan samassa paikassa. Suoraan Suomen ylitse ne viilettävät joka päivä aamulla ja illalla.

Useimpien satelliittien lähetys on pyöröpolarisoitua, jotta satelliitin ja vastaanottajan keskinäinen asento ei vaikuttaisi vastaanotetun signaalin voimakkuuteen. Lineaaripolarisoituneet antennit kuten monopoli- ja dipoliantennit vastaanottavat signaalia huonommin kuin tarkoitukseen valmistetut antennit, mutta niitä on helppo valmistaa. Olen saanut vastaanotettua NOAA-satelliittien kuvia jopa vastaanottimen mukana tulleella monopoliantennilla omalta parvekkeeltani. Kuvaan kuitenkin jää väkisinkin kohinaa ja kuuluvuus matalalla horisontissa on huono. Signaalin saa paljon paremmin kuuluviin tarkoituksenmukaisella antennilla ja aukealla havaintopaikalla kaukana esteistä tai häiritsevistä radiolähettimistä.

Omaan käyttööni rakensin yksinkertaisen V-dipoliantennin rtl-sdr.comin blogissa olleen artikkelin perusteella. Antenniin ei tarvita muuta kuin kaksi sopivanmittaista alumiinitankoa, ”sokeripalan” ja hieman koaksiaalikaapelia. Antenni on palvellut yksinkertaisuuteensa nähden varsin hyvin ja se on helppo purkaa osiin kuljetusta varten. Seuraavaksi voikin kokeilla pyöröpolarisoidun ristidipoli- tai QFH-antennin rakentamista.

antenni

Simppeli V-dipoliantenni.

NOAA-satelliiteista tulevaa APT-signaalia voi tulkita ainakin ilmaisella WXtoImg-ohjelmalla. Lähetyksen mukana tulee telemetriatietoa satelliitista sekä kaksi harmaasävykuvaa, joista yksi on kuvattu pitkäaaltoisella infrapunalla (10,8 mikrometrin aallonpituudella) ja toinen vaihdellen joko lähi-infrapunalla (0,86 mikrometriä) tai keskipitkällä infrapunalla (3,75 mikrometriä).

APT-kuvien tarkkuus on noin 4 kilometriä per pikseli. NOAA-satelliiteista on mahdollista vastaanottaa myös digitaalisia kuvia 1,1 km/pikseli tarkkuudella, mutta lähetys tapahtuu noin 1,7 GHz taajuudella, jonka vastaanottaminen vaatii erilaisen antennin.

Alla on NOAA-15-satelliitista vastaanottamiani kuvia sunnuntailta 18.6.2017.

noaa-15_channel_a.png

Pohjois-Eurooppa NOAA-15-satelliitin silmin 860 nanometrin aallonpituudella.

noaa-15_channel_b.png

Sama näkymä 10,8 mikrometrin aallonpituudella.

WXtoImg osaa myös analysoida kuvia ja tuottaa karttoja esimerkiksi meriveden lämpötilasta tai mahdollisista sadealueista. Ohjelma ei osaa suoraan käyttää SDR-laitetta, vaan vastaanotto on tehtävä SDR#:lla tai muulla vastaavalla, josta FM-demoduloitu äänisignaali voidaan lähettää esimerkiksi Virtual Audio Cable -ohjelman avulla WXtoImg:lle.

noaa-15_sea_surface_temperature.png

Meriveden lämpötila 18.6.2017 satelliittikuvien perusteella.

Tarkempi ohje NOAA-satelliittien vastaanottoon löytyy englanniksi jälleen rtl-sdr.comista. Jos et ole jo huomannut, sivusto on seuraamisen arvoinen!

Myös venäläinen METEOR-M2 -sääsatelliitti lähettää kuviaan 137,9 MHz taajuudella. Kuvat ovat NOAA-kuvista poiketen digitaalikuvia, ja niiden tarkkuus on huikeat 1 km/pikseli. Hyvälaatuisen digitaalisignaalin vastaanottaminen luotettavasti vaatii kuitenkin hyvän antennin, ja olen itse onnistunut saamaan satelliitista kuvia vain hetkittäin. Signaalin tulkkaamiseen tarvitaan eri ohjelmia kuin NOAA:n tapauksessa, ja venäläisten harrastajien tekemät ohjelmat ja ohjeet eivät ole aina kovin selkeitä. Tilanne kehittyy kuitenkin koko ajan ja parempia ohjelmia tulee jatkuvasti saataville. Lisätietoa satelliitin vastaanottamisesta löytyy täältä.

Laitoin näistä kokeiluista innostuneena tilaukseen Uputronicsin vähäkohinaisen etuvahvistimen, joka toivottavasti saapuu tällä tai ensi viikolla. Vahvistimen avulla on odotettavissa parempaa signaalia, ja METEOR-satelliitistakin saa toivottavasti enemmän kuvaa talteen.

Radiovastaanotto tarjoaa hyvän keinon jatkaa avaruuden tarkkailua näin kesäaikaan kun taivas on liian vaalea valokuvaamiseen ja visuaalihavaintoihin. Alkuinvestoinnitkaan eivät ole kummoisia. Tällä hetkellä käyttämäni tikku näyttää maksavan 20 dollaria plus toimituskulut. Jos satelliittien vastaanotto ei ota onnistuakseen, tikulla voi aina kuunnella tavallista FM-radiota tai katsoa digitelevisiota!

Suomen ensimmäinen havainto kansainvälisen avaruusaseman kulusta auringon yli

Edellisestä päivityksestä on ehtinyt taas vierähtää hetki. Postauksen aihe koskee itseasiassa asiaa, joka tapahtui jo ennen edellistä postausta. Tähtikuvaajakollega Lauri Kangas huomasi CalSky.com-palvelusta, että keskiviikkona 9.11. klo 11:38 olisi mahdollista pääkaupunkiseudulta havaita kansainvälisen avaruusaseman kulku auringon edestä. Niinsanottu ylikulku näkyy suhteellisen pieneltä kaistaleelta ja kestää hyvin vähän aikaa. Tämänkertainen ylikulku tulisi kestämään huimat 1,6 sekuntia. Paksu pilvipeite aukesi ennusteissa vain juurikin keskiviikon kohdalla ja olimme varovaisen toiveikkaita. Vielä tiistaina ennusteet olivat lupaavia ja päätimme sään salliessa mennä havaitsemaan ja dokumentoimaan ylikulkua Ursan tähtitornille Helsingin Kaivopuistoon.

Keskiviikkoaamuna sää oli kuulas ja selkeä. Suoriuduimme Laurin kanssa omia teitämme tähtitornille kello yhdentoista aikoihin valmistelemaan. Lauri aikoi kuvata ylikulun kerhon Celestron NexStar GPS 8″ -kaukoputkella aurinkokalvon kera sekä Canon EOS 40D -järjestelmäkameralla. Minä puolestani ajattelin kuvata ylityksen Ursan Coronado MaxScope 40 -aurinkokaukoputkella sekä QHY5-kameralla. Kun kamerat oli kiinnitetty ja kaukoputket suunnattu, oli vielä aika tehdä viimeinen rataelementtien päivitys ja varmistaa tarkka ylitysaika. Ylityksen lyhyen pituuden vuoksi ajoitusvirheisiin ei ollut varaa. GPS-signaalista saimme riittävän tarkan kellonajan, jonka mukaan ajoitimme kuvaamisen. Noin 5-10 sekuntia ennen H-hetkeä aloin kuvata videota ylikulusta ja Lauri aloitti järkkärillä sarjatulen. Kuvasimme varmuudeksi reilusti yli ennustetun ajan. Lopetettuamme kuvaamisen rupesimme kädet täristen selaamaan kertynyttä materiaalia. Huh! QHY5-kameran videossa näkyi kuin näkyikin pieni piste ylittämässä auringon kiekkoa! Samoin Laurin kuvissa näkyi vastaava piste noin kymmenessä erillisessä ruudussa. Järjestelmäkameran suuren resoluution ansiosta aseman siluetissa erottui jopa suurimmat aurinkopaneelit! Ohessa yhdistelmäkuva, jossa avaruusasema näkyy suorana jonona pisteitä auringon kiekolla.

ISS:n ylikulku Coronado MaxScope 40 -aurinkokaukoputkella

Iloitsimme onnistuneista kuvista ja totesimme havaintojen olevan ensimmäiset Suomesta käsin tehdyt. Ulkomailta näitä havaintoja ovat tehneet muun muassa ranskalainen Thierry Legault. Eteläisemmillä mailla onkin suuri etulyöntiasema avaruusaseman kuvaamisessa, sillä parhaassa tapauksessa avaruusasema kulkee suoraan pään ylitse, jolloin etäisyyttä siihen on ”vain” vajaat 400 kilometriä. Suomesta käsin havaitessa avaruusasema käy lähimmillään noin 1200 kilometrin päässä ja ylikulku tapahtuikin vain 13 asteen korkeudella horisontista. Käsitellyt kuvat lähetettiin oitis Ursan Tähdet ja avaruus -lehdelle ja kuvat toivottavasti löytyvätkin tammikuun numerosta! Alunperin kuvien piti ehtiä jo joulukuun numeroon, mutta erinäisistä syistä kuvien julkaisu lykkääntyi. Samasta syystä kuvat julkistetaan netitsekin vasta nyt. Myös Lauri Kankaan kuvat ja havaintokertomus löytyvät Tähdet ja avaruus -foorumilta.