Bodenstation

Für die Kommunikation mit den institutseigenen Satelliten betreibt das IRS eine eigene Bodenstation. Das Ziel beim Aufbau der Anlage ist es, den Betrieb soweit wie möglich zu automatisieren. Damit soll die Nutzungszeit des Satelliten maximiert werden ohne einen teuren und aufwändigen 24h Betrieb aufbauen zu müssen. Die wichtigsten Aufgaben dieser Station sind das Senden von Kommandos an den Satelliten (Telecommanding, TC), der Empfang der Houskeeping-Daten (Telemetrie, TM), sowie der Download der wissenschaftlichen Nutzlastdaten des Satelliten (Payload Downlink, DDS).

Funkhardware

Die Antennenanlage ist in der Lage, auf dem in der Satellitenkommunikation weit verbreitetem kommerziellen S-Band (2.0 - 2.1 GHz) mit einer äquivalenten Ausgangsleistung von bis zu 10kW (EIRP: 40 dBW) zu senden und gleichzeitig, ebenfalls im kommerziellen S-Band (2.2 – 2.3 GHz), Telemetrie zu empfangen. Beides geschieht in rechter Hand orientierter zirkularer Polarisation RHCP.

Simultan dazu kann die Antennenanlage die Payloaddaten in linker Hand zirkularer Polarisation LHCP mit bis zu 10 Mbit/s im Amateurfunk- S-Band empfangen (2.4 GHz).

Zum Einsatz kommt dabei eine Parabolantenne mit einem Reflektordurchmesser von 2.5 m (33 dBi Gewinn), welche auf einem früheren Radar-Rotor montiert ist. Um den Anforderungen der Bahnverfolgung gerecht zu werden, wurde der Rotor von Institutsmitarbeitern mit neuen Schrittmotoren, Positionssensoren und neuer Steuerelektronik ausgestattet. Insgesamt erreicht die Antenne damit eine kalibrierte Ausrichtungsgenauigkeit von 0.3° bei einer maximalen Rotationsgeschwindigkeit von 12°/s. Einen Überblick über die Antennenanlage gibt das nachfolgende Bild.

Der Standort der Antennenanlage ist das Dach von Pfaffenwaldring 31, Koordinaten 48°44'58,19" N 9°06'13,84" E ca. 500m über N.N., QTH Locator JN48NR. Der Standort bietet aufgrund seiner exponierten Lage recht gute Empfangsbedingungen.

Zum Personenschutz wurde ein opto-akustisches Warnsystem installiert, welches einerseits vor den Bewegungen des Spiegels als auch vor den hohen elektrischen Feldern bei aktiver Endstufe warnt. Zur zusätzlichen Überwachung der Rotorbewegungen ist auf dem Dach eine Webcam installiert. Insgesamt sind dadurch die nötigen Sicherheitsvorkehrungen für einen Fernbetrieb gegeben, welcher aus dem Kontrollraum im RZBW (Pfaffenwaldring 29) gesteuert wird.

Die hochwertigen Vorverstärker, Filter und Hochleistungsendstufen wurden von SSB sowie Kuhne Electronic bezogen. Empfang und Senden finden auf einer Zwischenfrequenz von 70 MHz statt, weshalb Up- und Downconverter auf die Trägerfrequenzen zum Einsatz kommen. Der Transceiver ist dabei ein kommerzieller Satellitentransceiver von SSBV. Zum Empfang der Nutzlastdaten (DDS) kommt einerseits eine auf FPGA-Boards basierende Eigenentwicklung zum Tragen, andererseits wird gerade eine auf einem modernen Software-defined-Radio (SDR)-Transceiver basierende Lösung entwickelt.

Als zentrale Steuerungssoftware für den Funkbetrieb wird das selbstentwickelte Programm „METEOR“ genutzt. Dieses besitzt ein eigenes Modul zur Bahnvorhersage und steuert sowohl sämtliche Peripherie- und Messgeräte fern und regelt andererseits auch die Antennenausrichtung. Dabei besteht es aus einem Serverteil (CORE), der auf einem Steuerungscomputer im Shackraum (Dachaufbau neben der Antenne) ausgeführt wird, und einer graphischen Benutzeroberfläche, die sich per TCP/IP-Protokoll mit diesem über Glasfaserleitungen verbindet und im Kontrollzentrum ausgeführt wird.

Einen Überblick über die Station und der eingesetzten Hardware gibt nachfolgendes Bild.