AMSAT-HB ist Kollektivmitglied der USKA

H2.3 Der Überflug

Niveau: Anwenden (K4)

Zeitbedarf: ca. 35 Minuten

Einstiegsfrage:
Ein FM-Satellit ist bei dir oft nur rund zehn Minuten hörbar. Was musst du vorher wissen, damit du keine dieser Minuten verlierst?

Was du für eine Vorhersage brauchst

Eine Überflugvorhersage berechnet, wann der Satellit an welchem Ort am Himmel steht. Dazu braucht sie zwei Angaben von dir:

  • Deinen genauen Standort: den Maidenhead-Locator oder Breite und Länge, dazu die Höhe über Meer. Dein Standort heisst im Funk auch QTH.
  • Die genaue Uhrzeit: Vorhersagen rechnen in UTC. Stelle deine Uhr oder deinen Computer auf eine genaue Zeitquelle.

Dazu kommen die Bahndaten des Satelliten, die Keplerelemente. Sie werden regelmässig neu bestimmt und als TLE (Two-Line Elements) verteilt. Je aktueller sie sind, desto genauer stimmt die Vorhersage.

Die wichtigsten Begriffe

Ein Überflug (Pass) hat drei Zeitpunkte:

  • AOS (Acquisition of Signal): Der Satellit steigt über den Horizont.
  • TCA (Time of Closest Approach): Der Satellit ist dir am nächsten und steht am höchsten.
  • LOS (Loss of Signal): Der Satellit sinkt unter den Horizont.

Überflugdaten online beschaffen

Online-Dienste rechnen mit aktuellen Keplerelementen und zeigen alle wesentlichen Informationen auf einen Blick:

Die Vorhersage ist eine Tabelle. Aus ihr lässt sich die Bahn am Himmel gut erahnen: Wo taucht der Satellit auf, wie hoch steigt er, wo verschwindet er?

Spalten einer Überflugvorhersage (Beispiel ISS, 8. Oktober 2017, AMSAT Pass Predictions)

Spalte Bedeutung Beispiel
Date (UTC) Datum in UTC 08 Oct 17
AOS (UTC) AOS: Satellit steigt über den Horizont 19:13:42
Duration Dauer von AOS bis LOS 00:10:38
AOS Azimuth Richtung, in der der Satellit auftaucht (Grad, 0 = Nord) 294° (Westnordwest)
Maximum Elevation Grösste Höhe über dem Horizont, bei TCA 82°
Max El Azimuth Richtung bei der grössten Höhe 211°
LOS Azimuth Richtung, in der der Satellit verschwindet 119° (Ostsüdost)
LOS (UTC) LOS: Satellit sinkt unter den Horizont 19:24:20

Historisches Beispiel aus HB9WDF Folie 7 (Standort um JN47). Die Dauer ist nachgerechnet: 19:24:20 − 19:13:42 = 10 min 38 s.

Tracking-Programme rechnen auf deinem eigenen Gerät. Es gibt sie für Windows, Linux, macOS, Android und iOS. Die Folien von 2017 zeigen zum Beispiel SatPC32 (Windows), Gpredict (Linux) und MacDoppler (Mac). [PRÜFEN: aktuelle Verfügbarkeit und Empfehlungen von AMSAT-HB für Programme und Apps.]

Viele Programme steuern auch Rotor und Funkgerät. Wichtig: Aktualisiere die Keplerelemente regelmässig, sonst stimmen die Zeiten nicht mehr.

Den Überflug beurteilen

Nicht jeder Überflug lohnt sich. Stelle dir vier Fragen:

  • Ist der Satellit bei diesem Überflug überhaupt hörbar, oder verdecken Häuser und Berge die Sicht?
  • Kommt der Satellit aus der Eklipse (Erdschatten) oder aus der Sonne?
  • Wie lange wird der Satellit hörbar sein?
  • Fliegt gleichzeitig ein zweiter, interessanter Satellit über dein QTH?

Überflug beurteilen – vier Fragen

Frage Warum sie wichtig ist So prüfst du sie
Ist der Satellit überhaupt hörbar? Häuser, Berge und Bäume verdecken tiefe Teile der Bahn. Azimut von AOS, Max. Elevation und LOS mit deinem Horizont vergleichen.
Kommt er aus der Eklipse oder aus der Sonne? Satelliten mit schwacher Batterie arbeiten im Erdschatten oft nicht. Tracking-Programm zeigt «Sonne» oder «Eklipse»; Hinweise auf den Referenzseiten beachten.
Wie lange ist er hörbar? Die Dauer bestimmt, wie viele kurze QSOs möglich sind. Spalte «Duration»; hohe Überflüge dauern länger.
Fliegt ein zweiter Satellit gleichzeitig? Chance für einen zweiten Satelliten – oder Konflikt bei der Antennenrichtung. Mehrere Satelliten im Tracking-Programm gleichzeitig anzeigen.

Nach HB9WDF Folie 9.

Zeitplan für einen Überflug

  1. Am Vortag oder einige Stunden vorher: Status prüfen (H2.1), Überflüge berechnen und beurteilen, einen geeigneten Überflug auswählen.
  2. 15 Minuten vor AOS: Station aufbauen, Speicherkanäle prüfen, Uhrzeit kontrollieren, Antenne auf den Azimut von AOS richten.
  3. Ab AOS: Zuerst hören. Sende erst, wenn du den Satelliten klar hörst.
  4. Um TCA: Die Verbindung ist meist am besten. Speicherkanal laufend dem Doppler-Effekt anpassen.
  5. Bis LOS: Antenne nachführen; gegen Ende werden die Signale schwächer.
  6. Nach LOS: QSOs ins Log eintragen und auf der Status-Seite melden, was du gehört hast.

Frequenzpaare im Gerät speichern

Während des Überflugs bleibt keine Zeit, Frequenzen von Hand einzutippen. Deshalb speicherst du vorher Frequenzpaare: Sendefrequenz, Empfangsfrequenz und CTCSS-Ton in einem Speicherkanal.

Wegen der Bewegung des Satelliten verschieben sich die Frequenzen. Der Doppler-Effekt beträgt bei einem tiefen Satelliten im 70-cm-Band bis etwa ±10 kHz, im 2-m-Band nur etwa ±3,4 kHz.

Ein FM-Empfänger verkraftet die kleine Verschiebung im 2-m-Band meist. Im 70-cm-Band ist sie so gross wie ein halber Kanal. Deshalb gilt: Korrigiere immer die 70-cm-Seite.

  • Uplink auf 70 cm (wie bei FOX-1A): Bei AOS sendest du tiefer, bei LOS höher. Der Satellit kommt auf dich zu und «hört» dein Signal zuerst höher.
  • Downlink auf 70 cm (wie bei SO-50): Bei AOS empfängst du höher, bei LOS tiefer.

Speicherkanäle für einen FM-Satelliten mit Uplink auf 70 cm (Beispiel FOX-1A, Werte Folie 2017)

Kanal Wann verwenden TX ( Uplink) RX ( Downlink) CTCSS
1 ab AOS 435,170 MHz (−10 kHz) 145,980 MHz 67 Hz
2 steigend 435,175 MHz (−5 kHz) 145,980 MHz 67 Hz
3 um TCA 435,180 MHz (nominal) 145,980 MHz 67 Hz
4 sinkend 435,185 MHz (+5 kHz) 145,980 MHz 67 Hz
5 bis LOS 435,190 MHz (+10 kHz) 145,980 MHz 67 Hz

Nur Lehrbeispiel: FOX-1A ist heute nicht regulär nutzbar. Bei einem Satelliten mit Downlink auf 70 cm bleibt TX fest, und RX läuft von +10 kHz (AOS) bis −10 kHz (LOS). Doppler-Werte nachgerechnet (siehe Formelkasten).

Simulator-Aufgabe: Einen Überflug planen

Im Orbit- und Linkbudget-Simulator [LINK: Simulator] planst du einen Überflug für deinen eigenen Standort. Danach vergleichst du die Werte mit einer Tracking-App.

Der Simulator rechnet mit einer idealen Bahn und startet immer eine Minute vor dem ersten AOS. Die Uhrzeiten des Simulators stimmen deshalb nicht mit dem echten Satelliten überein. Vergleichbar ist aber die Dauer bei gleicher Bahnhöhe und ähnlicher maximaler Elevation.

Richtwerte: Ein Satellit in 500 km Höhe ist bei einem Überflug durch den Zenit rund 11,6 Minuten sichtbar, in 800 km Höhe rund 15,3 Minuten. Flache Überflüge sind deutlich kürzer.

Simulator-Aufgabe H2.3: Eingaben

Schritt Feld Wert Hinweis
1 Orbit wählen Preset LEO Bahnhöhe h und Inklination ablesen und notieren.
1 Orbit wählen Bahnhöhe (falls änderbar) Höhe deines realen FM-Satelliten aus der Tracking-App [PRÜFEN: Feldname und ob die Höhe im Simulator änderbar ist]
2 Position Bodenstation Locator dein eigener Locator (Beispiel: JN47) Dann «Position berechnen» drücken.
2 Position Bodenstation Breite / Länge wird berechnet Kontrolle bei JN47 (Feldmitte): 47,5° N / 9,0° E
3 und 4 – unverändert lassen Für die Überflugplanung nicht nötig.
Anzeige Karte, Messwerte, 24-h-Verlauf ersten Überflug ablesen AOS, Max. Elevation, LOS notieren; Dauer = LOS − AOS.

Danach in einer Tracking-App einen Überflug des realen Satelliten mit ähnlicher Max. Elevation suchen und AOS, Max. Elevation, LOS notieren.

Simulator-Aufgabe H2.3: erwartete Ergebnisse und Toleranz

Bahnhöhe h Umlaufzeit Dauer bei Max. El. 10° Dauer bei Max. El. 30° Dauer bei Max. El. 90° Toleranz
420 km 93,0 min 8,3 min 10,1 min 10,5 min ± 1 min
500 km 94,6 min 9,0 min 11,0 min 11,6 min ± 1 min
600 km 96,7 min 9,8 min 12,2 min 12,9 min ± 1 min
700 km 98,8 min 10,5 min 13,3 min 14,1 min ± 1 min
800 km 100,9 min 11,2 min 14,4 min 15,3 min ± 1 min

Aus Formeln berechnet (Kreisbahn, ohne Erdrotation und Refraktion), im Simulator zu prüfen. Erwartung: AOS liegt eine Minute nach dem Startzeitpunkt des Simulators. Die Dauer aus Simulator und Tracking-App stimmt bei gleicher Höhe und ähnlicher Max. Elevation innerhalb ± 1 min überein; die Uhrzeiten stimmen nicht überein.

Kontrollfrage: Warum stimmen die AOS-Uhrzeiten von Simulator und Tracking-App nicht überein, die Dauer bei ähnlicher Max. Elevation aber schon?

Lösung anzeigen

Der Simulator rechnet mit einer idealen Kepler-Bahn und einem eigenen Startzeitpunkt. Die Tracking-App rechnet mit den aktuellen Keplerelementen (TLE) des echten Satelliten. Darum unterscheiden sich die Uhrzeiten.

Die Dauer hängt fast nur von der Geometrie ab: Bahnhöhe und maximale Elevation. Sind diese ähnlich, ist auch die Dauer ähnlich. Kleine Unterschiede entstehen durch Erdrotation, Bahnform und Refraktion.

Merksatz:
Standort und genaue Uhrzeit (UTC) rein, AOS, Max. Elevation und LOS raus. Beurteilen, Zeitplan machen, Frequenzpaare speichern – und die 70-cm-Seite für den Doppler-Effekt korrigieren.

1. Umlaufzeit einer Kreisbahn

T = 2 π ( R E + h ) 3 μ
  • T: Umlaufzeit in s
  • R E: Erdradius, 6378 km
  • h: Bahnhöhe in km
  • μ: Gravitationsparameter der Erde, 398 600 km³/s²

Beispiel: h = 500 km ergibt T = 5677 s = 94,6 min.

2. Längster Überflug (durch den Zenit)

λ 0 = arccos ⁡ ( R E R E + h ) t max ≈ T · 2 λ 0 360 °
  • λ 0: Erdmittelpunktswinkel vom Satelliten bis zum Horizont in Grad
  • t max: Dauer von AOS bis LOS in min (ohne Erdrotation)

Beispiel: h = 500 km ergibt λ 0 = 22,0° und t max ≈ 94,6 min · 44,0° / 360° = 11,6 min.

3. Doppler-Verschiebung

Δ f = f · v r c
  • Δf: Frequenzverschiebung in Hz
  • f: Sendefrequenz in Hz
  • v r: Radialgeschwindigkeit (Annäherung positiv) in m/s
  • c: Lichtgeschwindigkeit, 299 792 458 m/s

Beispiel: f = 435,180 MHz, v r = 6,9 km/s (Satellit in 600 km Höhe am Horizont) ergibt Δf ≈ 10,0 kHz. Bei 145,980 MHz sind es nur 3,4 kHz.

Mini Selbsttest

Mini-Selbsttest: Der Überflug