Elektronische Postkarten aus dem All

SSTV-Empfang von der ISS und ein ARISS-Diplom für alle

von Martin Braun DL5BK

Robot36Award Expedition 63 - ARISS Series 16 Satellites für die Clubstation DK0ANT im Technikforum BacknangNeben Sprechfunk und Morsetelegrafie gibt es im Amateuterfunk auch Betriebsarten bei denen die Informationen zwischen den Beteiligten mithilfe digitalisierter Signale übertragen werden. Eine dieser Spielarten ist SSTV (slow scan television) bei der sich Funkamateure über in Bildern eingelagerte Texte unterhalten können.

Die Übermittlung von Bildern mittels SSTV erfolgt prinzipiell ähnlich wie bei einer Fax-Übermittlung, jedoch hier selbstredend nicht über eine Telefonleitung sondern über eine Funkverbindung. Auf der Senderseite werden die Bilder Zeilen- und Bildpunkt-weise in analoge Töne kodiert, in ein Funkgerät eingespeist und über eine Funkverbindung übertragen und auf der Empfangsseite wieder in digitale Bildinformationen zurückgewandelt.

SSTV-Übertragungen von der Raumstation ISS zur Erde führt das Projekt Amateur Radio on the International Space Station (ARISS) oder die Staatliche Hochschule für Luftfahrt in Moskau - das MAI Moscow Aviation Institute - bei besonderen Anlässen oder an bestimmten Jahrestagen wie z.B. dem ersten bemannten Weltraumflug von Juri Gagarin durch. Die Events werden einige Tage vor deren Beginn jeweils auf der Webseite http://ariss-sstv.blogspot.com/ angekündigt.

Remembering Owen GarriotDie Aussendungen werden aus dem russischen Service Modul der ISS heraus getätigt und erfolgen im 2m-Amateurfunkband auf der Frequenz 145,8 MHz. Da bei allen Amateurfunk-Sendungen immer ein Rufzeichen mitübertragen werden muss, wird das Amateurfunk-Rufzeichen RSØISS in die übertragenen Bilder eingeblendet.

Die SSTV-Bilder der ISS können von jedem empfangen werden. Speziell bei den ARISS-Events werden als Empfangsbestätigung online eingereichte Bilder mit einem SSTV Diplom des polnischen ARISS - Teams belohnt. Das DIplom kann von jedem Interessierten erworben werden - die Vergabe ist also nicht auf Funkamateure beschränkt. Am Ende des Artikels wird beschrieben, wie man das Diplom sogar erarbeiten kann, wenn man nur einen Computer mit Internet-Zugang zur Verfügung hat.

 

Exkurs: Amateurfunk in der Raumfahrt

Robot36Oscar-1, first ham radio satellite in orbitOscar-1, Quelle: Wikimedia commonsDie Verbindung von Raumfahrt und Amateurfunk hat bereits eine lange Tradition. Schon 4 Jahre nachdem das Piepsen des russischen Satelliten Sputnik 1 die Welt in Atem gehalten hatte, wurde Im Dezember 1961 der erste Amateurfunk-Satellit OSCAR 1 in den Orbit gebracht. OSCAR 1 war zu diesem Zeitpunk der erste Satellit der ohne Unterstützung einer Regierung oder Organisation durch Amateure gebaut wurde. Die Bezeichnung OSCAR für Amateurfunksatelliten leitete sich aus "Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio" ab. Die einzige Aufgabe des ersten OSCAR während seiner nur wenige Wochen bis zum Verglühen in der Erdatmosphäre andauernden Mission war, seine Innentemperatur über Morsezeichen an die Funkamateure auf der Erde zu senden. Diese konnten anhand der Geschwindigkeit in welcher fortwährend der Morsetext "HI" übermittelt wurde auf die Temperatur in OSCAR 1 schliessen. Die anfänglichen Bemühungen des OSCAR-Projektteams führten einige Jahre später zur Gründung der AMSAT (Radio Amateur Satellite Corporation, auf Deutsch etwa „Amateurfunksatelliten-Vereinigung“).

Bis heute zählt man über die Jahre mehr als 100 Satelliten die den Funkamateuren über ihre Nutzlasten zahlreiche Anwendungen zur Verfügung gestellt haben. Den Status der derzeit aktiven Amateurfunk-Satelliten findet man auf der Webseite AMSAT Live OSCAR Satellite Status. Ein bedeutender Entwicklungsschritt der jüngeren Zeit war 2018 die Bereitstellung einer zusätzlichen Amateurfunk-Nutzlast auf dem kommerziellen geostationären Satelliten Es'hail-2, auch Qatar-OSCAR 100 oder QO-100 genannt.

Owen GarriotOwen Garriott - 1983 an Bord eines Space Shuttle mit Amateur-Handfunkgerät (Quelle Wikipedia)In der bemannten Raumfahrt hielt der Amateurfunk 1983 Einzug, als der US-Astronaut und leidenschaftliche Funkamateur Owen Garriott W5LFL erstmals ein 2m-Amateur-Handfunkgerät zu der STS-9 Space Shuttle Columbia Mission mitnahm und damit in seiner freien Zeit auf dem Shuttle Funkkontakte zur Erde aufbaute. Auch bei vielen der nachfolgenden Shuttle-Missionen waren unter den Astronauten oft Funkamateure - bei der Mission STS-37 im Jahre 1991 hatte sogar jedes Mitglied der 5-köpfigen Crew eine Amateurfunklizenz. Auf der russischen Raumstation MIR fand sich ebenso Amateurfunk-Equipment wie schließlich heute auch auf ihrem Nachfolger, der Raumstation ISS. Commander William Shepherd, KD5GS war im Jahr 2000 das erste ISS-Crew-Mitglied das Amateurfunk-Kontakte von dort zur Erde durchgeführt hat.

ariss logoDie meiste Zeit über läuft die Amateurfunk-Ausrüstung der ISS im automatischen Betrieb als Sprechfunk- und AX.25 APRS-Repeater für die Funkamateure auf der Erde. Gelegentlich finden aber auch SSTV-Ausstrahlungen statt oder das Equipment wird vom Projekt ARISS (Amateur Radio on the International Space Station) genutzt um Schülern unter Anleitung von Funkamateuren Funkkontakte zur ISS zu ermöglichen. Ehrenamtlich tätige Funkamateure stellen hierfür die Verbindungen zwischen den Schulen und der Raumstation her. Unter einem Ausbildungsrufzeichen dürfen die Schüler den Astronauten der ISS in der verfügbaren Zeit eines Überfluges Fragen stellen. Daher besitzen viele Astronauten die für den Sendebetrieb erforderliche Amateurfunk-Lizenz.

 

Der erste deutsche Funkamateur im All war Ulf Merbold DB1KM (als RØMIR und DP3MIR von der MIR, zuvor STS, Sojus) - zuletzt war aus deutscher Sicht Alexander Gerst KF5ONO auf der ISS mit dem Rufzeichen DPØISS aktiv. Ab 2021 wird mit Matthias Maurer KI5KFH wieder ein deutscher Funkamateur an Bord der ISS sein und das Rufzeichen DP0ISS im Rahmen von ARISS-Schukontakten erneut aktivieren.

 

Bild-Übertragung von der ISS zur Erde mittels SSTV

Remembering Owen GarriotSSTV-Bilderserie vom August 2019 "Expedition 60 - ARISS Series 14 W5LFL - Remembering Owen Garriott"Bei den meist mehrtägigen Events wird in der Regel eine sich immer wiederholende Serie von 12 Bildern mit postkartenartigen Motiven zu einem bestimmten Thema ausgesendet, wobei die Übertragung eines einzelnen Bildes bei der eingesetzten Betriebsart PD120 zwei Minuten dauert. Einen sogenannten Duty-Cycle von 50% erreicht man, indem man nach jeder Aussendung zwei Minuten Sendepause einhält und somit ermöglicht, dass sich die 25W-Sender-Endstufe des Funkgeräts auf der ISS wieder abkühlen kann.

Die SSTV-Betriebsart PD120 gehört zu den sogenannten PD-Betriebsarten (PD90, PD120, PD160, ...) die um 1996 von den amerikanischen Funkamateuren Paul Turner G4IJE und Don Rotier K0HEO entwickelt wurden. PD steht daher sowohl für Paul und Don, aber auch für "Public Domain", denn die beiden Funkamateure wollten von Beginn an Ihre Erkenntnisse und die technischen Details der Betriebsarten veröffentlichen und somit deren Verbreitung fördern. Die derzeit für SSTV-Aussendungen von der ISS verwendete Betriebsart PD120 stellt dabei einen guten Kompromiss zwischen Bildqualität und Übertragungsdauer dar. Die dabei gesendeten Farbbilder besitzen eine Auflösung von 640 x 496 Pixeln.

Robot36Die Ausbreitungsbedingungen in höheren Frequenzbereichen (so auch schon im 2m-Amateurfunkband) erlauben vereinfacht ausgedrückt weitgehend nur Funkverbindungen bei einer Sichtverbindung, sodass für den Empfang der Bilder bei jedem Überflug der ISS je nach Phase nur etwa 6 bis 10 Minuten zur Verfügung stehen. So kann man pro Überflug ein bis zwei vollständige Bilder empfangen. Je höher der eigene Standort und je freier die Sicht, desto größer sind die Chancen auf gute Ergebnisse. Hat die ISS bereits vor dem Erscheinen am Horizont mit der Aussendung eines Bildes begonnen oder die Übertragung eines Bildes endet erst nachdem die ISS schon wieder "untergegangen" ist, dann erhält man verständlicherweise abgeschnittene Bilder. Sofern die Flugbahn aus Sicht der Antenne durch Gebäude oder Bäume verdeckt wird ergeben sich Störungen in den empfangenen Bildern. Auch die Wetterbedingungen können die Qualität beeinflussen.

ESA Where is the International Space Station thQuelle: ESA, https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/International_Space_Station/Where_is_the_International_Space_StationFür einen Umlauf um die Erde benötigt die ISS etwa 90 Minuten. Die Bahnneigung der ISS zum Äquator beträgt 51,6° - daraus resultiert eine scheinbare relative Bahn über der Erde die wie eine Wellenlinie aussieht. Je nach Phase ist die ISS daher nicht bei jedem Umlauf über Deutschland funktechnisch "sichtbar" und somit bei solchen Überflügen auch für Amateurfunkzwecke nicht nutzbar. Für die Ermittlung der Überflugzeiten gibt es Programme wie GPREDICT oder Webseiten wie https://www.amsat.org/track/  oder man nutzt eine Smartphone-App wie z.B. "ISS Detektor" oder "Heavens Above". Die App kündigt die zukünftigen "sichtbaren" Überflüge an und zeigt während der Überflüge auch die aktuelle Richtung in der sich die ISS befindet (Azimut) und deren aktuelle Höhe (Elevation) in Grad um ggf. eine Antenne entsprechend ausrichten zu können.

Der Dopplereffekt - den man auch im hörbaren Bereich von sich nähernden und entfernenden Fahrzeugen kennt - spielt trotz der hohen relativen Geschwindigkeit der ISS zur Erde (~28.000 km/h in ~400km Höhe) im 2m-Amateurfunkband für den Empfang der SSTV-Bilder noch keine so gewichtige Rolle als dass man die Frequenz zwingend nachregeln müsste. Wer aber perfekte Bilder empfangen möchte sollte dies natürlich berücksichtigen. Die ISS scheint bei ihrem "Aufgang" um etwa 3,5 kHz höher als die Nennfrequenz von 145,8 MHz zu senden, äquivalent kurz vor dem "Untergang" um 3,5 kHz unter der Nennfrequenz. In der Praxis ergeben sich aber auch ohne Nachregeln akzeptable Ergebnisse. Dem Aufwand der bei der Kommunikation mit Satelliten betrieben werden könnte sind selbstverständlich keine Grenzen gesetzt, auch nachführbare Richtantennen sind ein probates Mittel für bessere Bilder.

Für den Empfang der Bilder ist keine Lizenz erforderlich. Man benötigt lediglich einen Empfänger (2m-Amateurfunkgerät, Scanner-Empfänger, SDR-Empfänger), der sich auf 145,8 MHz FM im 2m Amateurfunk-Band einstellen lässt, sowie eine Schnittstelle zu einem Computer und dort eine Software, die SSTV-Signale dekodieren und in Bilder zurückverwandeln kann. Die erforderliche Software ist für gängige Betriebssysteme wie Windows, Linux oder Mac frei und kostenlos verfügbar.

 

Robot36Robot36Es geht aber auch noch einfacher: für Smartphones wurden Apps entwickelt, die SSTV-Signale über das Mikrofon aufnehmen und dekodieren können. Ein bekannter Vertreter ist z.B. Robot36 für Android welches auch die auf der ISS verwendete SSTV-Betriebsart PD120 unterstützt. Hier hält man einfach das Mikrofon des Smartphones in die Nähe des Lautsprechers eines Empfängers und stellt so eine akustische Kopplung her. Die erzielbaren Ergebnisse sind bei idealen ISS-Überflügen überraschend gut.

Mit dieser einfachen Technik wurden am 8.10.2020 mit minimalem Aufwand vor der Halle des Technikforums Bilder der ISS aus der Serie "ARISS 16 Satellites" empfangen und für die Erlangung eines ARISS-Diploms für die Clubstation DK0ANT eingereicht.

 

SSTV-Empfang "ohne Empfänger"

Wer keinen Empfänger für das 2m Amateurfunk-Band besitzt, kann die Übertragungen der ISS auch via Internet über einen Online-Empfänger - sogenannte WebSDR - verfolgen. Eine Liste verfügbarer WebSDR-Stationen findet sich unter websdr.org. Es ist hier ein WebSDR-Server auszuwählen bei dem die Frequenz 145,8 MHz empfangen werden kann. Die Modulationsart muss auf "FM" gestellt werden.

Bei der Ermittlung von Überflugzeiten der ISS gilt nun aber nicht mehr der eigene Standort, sondern es ist der Standort des WebSDR maßgeblich.

Beim WebSDR gilt es nun, die Audioausgabe auf einen SSTV-Dekoder zu lenken. Im einfachsten geschieht dies wieder über die oben beschrieben akustische Kopplung auf das Smartphone indem man dieses an den PC-Lautsprecher hält. Wer lieber PC-Software wie z.B. MMSSTV für Windows verwenden möchte, benötigt noch eine virtuelle Verbindung vom Audio-Ausgang des Browsers auf den Audio-Eingang der SSTV-Software. Hierzu ist eine weitere Software wie z.B. "Virtual Audio Cable" erforderlich, die entsprechende virtuelle Soundkartentreiber installiert. Für die Installation und Bedienung der Software-Komponenten gibt es im Internet viele Anleitungen.

 

ARISS-SSTV-Diplom beantragen

Die Diplom-Bedingungen des polnischen ARISS-Teams machen keine Vorgaben über die verwendete Technik beim Empfang der Bilder. Es muß mindestens ein Bild hochgeladen werden. Es werden keine größeren Qualitätsansprüche an die Bilder gestellt. Die Bilder dürfen abgeschnitten oder verrrauscht sein, solange man sie nur zu der Bilder-Serie der jeweiligen ARISS-Aktion zuordnen kann. Der Bilder-Upload und die Diplom-Beantragung erfolgen auf verschiedenen Webseiten. Beide Links werden bei ARISS-SSTV-Aktionen auf der Ankündigungsseite http://ariss-sstv.blogspot.com/ angegeben. In der Regel kann das Diplom nach dem Ende einer ARISS-SSTV-Aktion noch einen Tag lang beantragt werden. SSTV-Anfänger sollten sich von der Galerie-Seite nicht beeindrucken lassen - dort werden weitgehend nur fehlerfreie Bilder präsentiert. Die dortige Präsentation ist jedoch nicht Bedingung für die Zuteilung einer Urkunde.

 

 

 

 

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