AMSAT-HB ist Kollektivmitglied der USKA

E2.5 AOS, TCA, LOS, Azimut, Elevation

Kapitel E2 · Kurs 1 

Niveau: K2 Anwenden

Zeitbedarf: ca. 45 Minuten

AOS TRACKING
SAT-1 (ISS)
TIME TO AOS
10:00.000
Azimut 142.5°
Elevation 28.4°
Distanz 540 km

Erklärung

Für eine Bodenstation ist nicht nur wichtig, welche Bahn ein Satellit hat, sondern vor allem, wann er erscheint, wie hoch er am Himmel steigt und wie lange er empfangbar bleibt. Genau das beschreiben Überflugvorhersagen

Die drei Schlüsselmomente eines Passes

Wenn ein Satellit über deinen Horizont fliegt, nennst du das einen Überflug (Pass). Ein Überflug hat drei zentrale Zeitpunkte.

  • AOS (Acquisition of Signal): Ist der Moment, in dem der Satellit über deinen Horizont steigt
  • TCA (Time of Closest Approach): Ist der Zeitpunkt der grössten Annäherung beziehungsweise der höchsten Elevation
  • LOS (Loss of Signal): Ist der Moment, in dem der Satellit wieder unter den Horizont sinkt.

Diese drei Zeitpunkte strukturieren jede Passvorhersage

Querschnitt durch einen Überflug: AOS, TCA und LOS Die Erde im Schnitt, darüber die Satellitenbahn. Die Bodenstation liegt oben auf der Erde. Der Satellit erscheint am Horizont (AOS), erreicht den höchsten Punkt (TCA) und verschwindet wieder am Horizont (LOS). gepunktete Linie = Horizont (Elevation 0°) Bodenstation AOS TCA LOS Prinzipskizze, Höhen übertrieben
Querschnitt durch einen Überflug.

Wo am Himmel? Azimut und Elevation

Um deine Antenne auszurichten, brauchst du zwei Winkel.

  • Azimut: Himmelsrichtung, von Norden aus im Uhrzeigersinn gemessen. 0° ist Norden, 90° Osten, 180° Süden, 270° Westen.
  • Elevation: Höhe über dem Horizont. 0° ist der Horizont, 90° der Punkt senkrecht über dir.

Zusammen sagen dir beide Werte, wo du den Satelliten am Himmel suchst und in welche Richtung du deine Antenne drehen musst.

Das Himmelsdiagramm zeigt einen Überflug von oben. Der Rand ist der Horizont, die Mitte der Zenit. Das Beispiel ist der erste Überflug der Liste unten: Aufgang im Westen (Azimut 266°), höchster Punkt 43° im Norden (Azimut 1°), Untergang im Osten (Azimut 69°).

Himmelsdiagramm eines Überflugs Polardiagramm: Der Satellit geht bei Azimut 266 Grad auf, erreicht 43 Grad Elevation bei Azimut 1 Grad und geht bei Azimut 69 Grad unter. 30° 60° N O S W AOS 16:00:10 TCA LOS 16:10:46 Mitte = Zenit (90°), Rand = Horizont (0°)
Himmelsdiagramm des ersten Überflugs aus der Beispielliste.

Was du für die Vorhersage brauchst

Damit ein Programm einen Überflug berechnen kann, benötigt es deinen Standort, die genaue Zeit und aktuelle Bahndaten. 

  1. Deinen genauen Standort: Maidenhead-Locator (oder Breite und Länge) und Höhe über Meer. Das ist dein QTH.
  2. Die genaue Uhrzeit. Alle Zeiten in den Listen sind UTC. Die Schweiz liegt im Winter bei UTC+1 und im Sommer bei UTC+2.
  3. Aktuelle Keplerelemente (TLE), siehe E2.5.

Beispiel: eine Überflugliste lesen

So sieht eine Liste für die nächsten Überflüge aus. Die Zahlen stammen von der Folie 7 und gelten für die ISS am 8. und 9. Oktober 2017.

Beispiel-Überflugliste für die ISS (UTC), Daten nach Folie 7
Datum (UTC) AOS (UTC) Dauer AOS Azimut (°) Max. Elevation (°) Azimut bei Max. Elevation (°) LOS Azimut (°) LOS (UTC)
08.10.2017 16:00:10 00:10:36 266 43 1 69 16:10:46
08.10.2017 17:37:06 00:10:33 288 37 22 87 17:47:39
08.10.2017 19:13:42 00:10:38 294 82 211 119 19:24:20
08.10.2017 20:50:27 00:09:13 285 15 225 164 20:59:40
09.10.2017 11:58:17 00:05:47 160 3 134 93 12:04:04
09.10.2017 13:31:41 00:10:16 217 29 164 69 13:41:57
09.10.2017 15:07:50 00:10:40 256 57 351 66 15:18:30
09.10.2017 16:44:46 00:10:30 283 34 17 80 16:55:16
09.10.2017 18:21:28 00:10:43 294 67 26 108 18:32:11
09.10.2017 19:58:03 00:10:12 290 24 233 148 20:08:15

Warum Überflüge in Gruppen kommen

Wenn du eine Überflugliste anschaust, siehst du oft Serien von Passes im Abstand einer Umlaufzeit, gefolgt von längeren Pausen. Das liegt daran, dass die Erde sich unter der Bahn weiterdreht. Der Satellit umkreist zwar die Erde in regelmässigen Zeitabständen, aber seine Bodenspur verschiebt sich von Umlauf zu Umlauf. Darum ist nicht jeder Umlauf von deinem Standort aus sichtbar.

Ist der Überflug brauchbar?

Nicht jeder Pass lohnt sich gleich. Ein hoher Überflug dauert in der Regel länger und ist einfacher zu verfolgen als ein tiefer Pass am Horizont. Prüfe vor jedem Überflug vier Dinge.

1. Horizont. Häuser, Bäume und Berge verdecken tiefe Satellitenstände. Wie viel Zeit bleibt, zeigt die Kurve: Bei einem Überflug mit 43° Maximum und 410 km Höhe dauert der Überflug über dem Horizont 10,2 Minuten, über einem Hindernis von 10° noch 6,1 Minuten und über 20° noch 3,7 Minuten.

Elevation über der Zeit für einen Überflug Die Elevation steigt vom Horizont auf 43 Grad und sinkt wieder. Die gesamte Überflugdauer beträgt rund 10 Minuten. Zwei waagrechte Linien markieren 10 und 20 Grad Hindernishöhe. 0° 10° 20° 30° 40° 50° 0 2 4 6 8 10 Hindernis 10° Hindernis 20° Zeit seit AOS (Minuten) Elevation
Elevation über der Zeit bei einem Überflug mit 43° Maximum. Der Rechenwert der Kurve gilt für 410 km Höhe und ruhende Erde.

Ein Überflug mit nur 15° Maximum, wie der vierte in der Liste, ist hinter einem Hindernis von 20° gar nicht hörbar.

2. Eklipse. Im Erdschatten laden die Solarzellen nicht. Der Satellit läuft dann auf Batterie. Manche Satelliten senden im Schatten mit weniger Leistung oder gar nicht. Frage nach, ob der Satellit aus dem Schatten oder aus der Sonne kommt. Mehr zur Eklipse findest du im Glossar.

Satellit in der Sonne und im Erdschatten

Eklipse: Satellit im Erdschatten Die Sonne links beleuchtet die Erde. Hinter der Erde liegt der Erdschatten. Sonne Erdschatten Erde Satellit in der Sonne Satellit im Erdschatten Prinzipskizze, nicht massstäblich. Im Schatten laden die Solarzellen nicht.
Satellit in der Sonne und im Erdschatten.

3. Dauer. Ein langer Überflug mit hohem Maximum lohnt sich mehr als ein kurzer am Horizont.

4. Zweiter Satellit. Manchmal fliegen zwei interessante Satelliten gleichzeitig über deinen Standort. Dann musst du dich für einen entscheiden.

Simulator-Aufgabe

Link Simulator

Diese Aufgabe machst du mit deinem eigenen Standort. Die Ergebnisse sind deshalb für jede Person anders. Mit der Plausibilitätstabelle kontrollierst du sie.

Eingabe im Simulator und Erwartung
Schritt Feld / Aktion Eingabe Erwartetes Ergebnis Toleranz
1 · Orbit wählen Button «LEO» (550 km, Inklination 53°) Periode ≈ 1 h 35,6 min ±1 min
2 · Position Bodenstation Locator (Maidenhead) Dein Locator, 4 bis 6 Zeichen, z. B. «JN47» – –
2 · Position Bodenstation Button «Position berechnen» Anklicken Die Felder Breite und Länge sind gefüllt. Es erscheint «Locator-Mitte: … ° N, … ° E». Locator-Mitte liegt in deinem Locator-Feld
2 · Position Bodenstation Höhe (m); Min. Elevation (°) Deine Höhe über Meer; Min. Elevation 0 – –
Zeitsteuerung Button «Neustart» Anklicken. Notiere die Zeit über der Karte. Der Satellit startet 1 min vor dem ersten AOS. AOS = angezeigte Zeit + 1 min. ±30 s
Zeitsteuerung Zeitraffer «×60», dann «Pause», dann ▶ (Einzelschritte zu 60 s) Bei jedem Klick bei «Elevation / Azimut» ablesen Max. Elevation = grösster Wert (TCA). LOS = erster Schritt mit «unter dem Horizont». ±1 Schritt (1 min); max. Elevation ±3°
Auswertung Dauer = LOS − AOS Mit der Tabelle unten vergleichen Dauer passt zur max. Elevation; höchstens ca. 13 min bei LEO ±1,5 min


Erwartete Dauer eines Überflugs bei 550 km Höhe (Rechenmodell, Erddrehung vernachlässigt)
Max. Elevation (°) Dauer ab Elevation 0° (min) Dauer ab Elevation 10° (min)
5 7,4 –
10 9,4 –
20 11,0 5,9
40 11,9 7,5
60 12,2 7,8
90 12,2 8,0

Dein Ergebnis: AOS (UTC) ______ · max. Elevation ______° · Dauer ______ min.

Teil 2: Stelle bei Schritt 2 «Min. Elevation» auf 10 und klicke «Neustart». Lies AOS und Dauer noch einmal ab. Der Überflug wird kürzer. Bei einem hohen Überflug (ab ca. 40°) verlierst du etwa 4 bis 5 Minuten.

Kontrollfrage: Warum verändert sich die Dauer bei gleicher Bahn von Überflug zu Überflug?
Antwort: Die Überflüge verlaufen verschieden nah an deinem Standort. Bei hohem Maximum geht der Satellit fast über dich und bleibt am längsten sichtbar. Bei niedrigem Maximum streift er nur den Rand des Footprints.

Sollwerte aus einem Rechenmodell (Kreisbahn, ruhende Erde) berechnet und mit dem Simulatorcode nachgebildet. Die Erddrehung verlängert oder verkürzt die Dauer um bis zu ca. 1 min.

Merksatz und Formeln

Merksatz
AOS, TCA und LOS sind Aufgang, höchster Punkt und Untergang. Azimut ist die Himmelsrichtung, Elevation die Höhe über dem Horizont. Vor dem Überflug prüfst du die Überflugszeiten und versuche Dir vorzustellen, wie der Satellit gleich über Dein Standort fliegen wird.

Formelkasten

Himmelsrichtung (Azimut): 0° N, 90° O, 180° S, 270° W

Elevation: 0° Horizont, 90° Zenit

Dauer = LOS − AOS (Zeiten in UTC)

Brauchbar, wenn max. Elevation > Höhe des Hindernisses am Horizont

Mini Selbsttest

Mini-Selbsttest

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