Satellitenwelt - International Space Station

Die Internationale Raumstation wo nun schon die sechs Module Sarja, Unity, Swesda, Destiny und die Luftschleusen Pirs und Quest in den Erdorbit geschafft worden sind, ist nur das russische Wohn- und Service-Modul Swesda mit VHF-Sprechfunk ausgerüstet. Nebenbei hat es aber auch noch 600 MHz BITS (Bord-Informations-Telemetrie-System), das EVA Daten-System Transit-B, das manuelle Fernsteuerungssytem TORU, das Kommando System Regul und das Lira-System mit einer Ku-Band Antenne an Bord. Sarja hat hingegen die Amateurfunkstation, 600 MHz BITS (Bord-Informations-Telemetrie-System), einen UHF-Videodownlink mit einer fest installierten Kamera und einer UHF-Kamm-Antenne an der Außenhülle von Sarja. Diese Kamera wurde aber nur in der Anfangszeit einige Male für die An- und Abkopplung des Space Shuttles an Unity genutzt. Das amerikanische Forschungsmodul Destiny hat die Technische Ausrüstung für das SSCS (Space-to-Space Communications System) und das TDRS System.

Die ISS macht sechs Überflüge pro Tag über Deutschland. Von diesen wiederum kann in den ersten vier Überflügen Kommunikation von der ISS zum russischen Flugleitzentrum ZUP (Zentr Uprawlenija Poletami, dt. Zentrum für die Leitung von Flügen) in Koroljow 25km nordöstlich vom Stadtzentrum Moskau erwartet werden. Im Juli 1996 wurde die Stadt Kaliningrad bei Moskau mit 161.200 Einwohnern in Koroljow nach dem russischen Konstrukteur von Trägerraketen und Raumflugkörpern Sergej Pawlowitsch Koroljow umbenannt. Die ISS, Sojus, Progress oder damals auch die anderen russischen Raumstationen können nur kommunizieren, wenn sie sich in Funksicht einer russischen Bahnverfolgungsstation befinden. Dabei ist schon bei einer geringen Höhe ab 1° über dem Horizont, die Aufname des Funkkontaktes möglich. Von Deutschland aus ist die nächst nähere Bahnverfolgungsstation für die ISS Schtscholkowo (55.91°N, 37.98°O) die 7,5km östlich vom Flugleitzentrum ZUP in Koroljow liegt und auf der Karte vom FCR (Flight Control Room) mit ShLK bezeichnet wird. Im Normalfall wird sie nach der ersten Hälfte der ersten vier Überfluge von Deutschland aus erreicht, so das es ab da die Kommunikation aktiviert werden kann. Zur Verständigung wird hier hauptsächlich die russische Sprache von den russischen und aber auch den amerikanischen Besatzungsmitgliedern genutzt. Eine weitere Bahnverfolgungsstation die auch noch in der Funksicht von Deutschland aus genutzt werden kann ist Krasnoje Selo (59.40°N, 29.50°O), welche sich 45km südwestlich von Sankt Petersburg befindet. Diese wird mit STPB oder SPBA auf der Karte vom FCR bezeichnet. Genutzt wurde sie aber nur in der ersten bemannten Zeit der ISS und ist seit etwa Oktober 2001 von der Karte im FCR verschwunden. Nach meinen Beobachtungen wird aber Krasnoje Selo weiterhin für die ersten drei Flugtage der Sojus-Flüge eingesetzt. Wahrscheinlich wird sie wie auch die Bahnverfolgungsstation Jewpatorija (45.12°N, 33.22°O) an der Westküste der Halbinsel Krim in der Ukraine, nicht mehr für die "normale" Kommunikation der ISS genutzt. Der letzte und vierte Deutschlandüberflug was auch zu gleich der letzte Überflug über eine russische Bahnverfolgungsstation ist, wird nur genutzt wenn die ISS mindestens 10° Elevation über dem Horizont der Bahnverfolgungsstation Schtscholkowo kommt, um so noch 8 Minuten Funkkontakt zu erhalten. Über meinen Standort Dresden müssen es in diesen Fall dann im vierten Deutschlandüberflug mindestens 65° Elevation noch sein. Danach gibt es für die ISS-Besatzung erst in ca.10 Stunden wieder die Möglichkeit über die russische Bahnverfolgungsstation Ussurijsk in Asien mit ZUP zu kommunizieren.
Die normale Arbeitszeit in der ISS wo auch mit Kommunikation zu rechnen ist, ist von 8:00-22:30 Uhr ME(S)Z. Da man in der ISS sich nach der Moskauer Zeit richtet, währe es dann von 10:00-0:30 Uhr MSK bzw. MSD. Da man immer mehr verstärkt das amerikanische TDRS System nutzt, gibt es immer wenigere oder nur sehr kurze VHF-Funkverbindungen. Gelegentlich kann man hören wie man eine Menge von Zahlen und Werten zu ZUP sprachlich übermittelt. In dem Fall ist es der Status der wichtigsten technischen Meßwerte von der Raumstation.

Mit dem TDRS System werden über das S-Band und Ku-Band Video, Audio, Meßdaten, Kommando- und Telemetrie-Verkehr mit einer hohen Datengeschwindigkeit digital zur Erde, über drei geostationäre TDRS (Tracking and Data Relay Satellite) Satellitenpositionen übertragen. Das S-Band besitzt eine hohe Datenratenkapazität. Es ermöglicht eine gleichzeitige 2-Wege-Kommunikation zwischen der Raumstation und dem MCC (Mission-Control-Centrum) in Houston und wird daher für die Hauptkommunikation von ISS mit dem Boden benutzt. Im S-Band wird hauptsächlich Sprachkommunikation, Telemetrie, Bahnverflogung und Kommandokommunikation über das TDRS System mit bis zu 192 kBit pro Sekunde QCIF übertragen. Zu sendende Videosequenzen kann man per Computer digitalisieren und auf die Übertragungsgeschwindigkeit angepaßt werden. Mit der Mission STS-92 wurde wie auch die Ku-Band Antenne die erste bewegliche S-Band Allrichtungs-Horn-Antenne, zusammen zur ISS gebracht und provisorisch in einer EVA am 15.Oktober 2000 am Z1 Gerüstsegment der ISS befestigt. Während der STS-97 Mission installierte man die S-Band Allrichtungs-Horn-Antenne in einer EVA am 05.Dezember 2000, an ihren endgültigen Standort an der Spitze des Mastes der P6 Gerüststruktur. Mit der Mission STS-98 brachte man eine Reserve S-Band Antenne zur ISS, die man in einer EVA am 14.Februar 2001 am Z1 Gerüstsegment montierte. Diese unbenutzte Reserve S-Band Antenne wurde dann am 26.Oktober 2007 bei einer EVA der STS-120, am Z1 wieder demongtiert und zurück zur Erde transportiert. Eine weitere S-Band Allrichtungs-Horn-Antenne kam mit der Mission STS-112 und wurde am 10.Oktober 2002 in einer EVA an der S1 Gerüststruktur installiert. Während der Mission STS-118 wurde am 15.August 2007 in einer EVA, die S-Band Allrichtungs-Horn-Antenne von der P6 zur P1 Gerüststruktur verlagert und zetgleich gegen eine neue S-Band Antenne ersetzt.
Die Ku-Band-Antenne für das SGS (Space to Ground antenna System) wurde durch die STS-92 Mission am Z1 Gerüstsegment installiert. Die Antenne besteht aus einer Parabolantenne die einen Durchmesser von 1,88m hat und das TDRS System selbständig lokalisieren kann. Es erlaubt eine 2-Wege-Kommunikation mit einer Datenrate von bis zu 75 MBit pro Sekunde QCIF, womit gleichzeitig 4 Videokanäle übertragen werden können. Sie ist für die ISS die primäre Hochgeschwinigkeits-Kommunikation zum MCC (Mission-Control-Centrum) in Houston. Beide Antennen wurden von EMS Technologies Inc. Space & Technology Group in Montreal entwickelt und gebaut.

Objekt	Objekt Nr.	Frequenz	Bezeichnung	Sende- leistung	Doppler-Effekt / Modulation
Sarja (FGB) (dt. Morgenröte)	25544	463,000 MHz	Klest-M UHF-TV-System Der Empfang könnte mit einem FM-Videoempfänger möglich sein.	15 Watt
		632,000 MHz	BITS (Bord-Informations-Telemetrie-System) 256kbps PCM-FM ca.±250kHz Bandbreite Die beiden Signalspitzen der PCM-Übertragung liegen auf 631,865 und 632,125 MHz. Downlinkbereich: 620-650 MHz		± 15 kHz / PCM-FM
		634,000 MHz	BITS (Bord-Informations-Telemetrie-System) 256kbps PCM-FM ca.±250kHz Bandbreite Die beiden Signalspitzen der PCM-Übertragung liegen auf 633,865 und 634,125 MHz. Downlinkbereich: 620-650 MHz		± 15 kHz / PCM-FM
Swesda (SM) (dt. Stern)	26400	130,163 MHz	TORU (manuelles Fernsteuerungssystem) für die Steuerung einer Progress während der Kopplung. Die Progress sendet TORU auf 121,746MHz.	3,5 Watt	± 3 kHz / FM
		130,167 MHz	VHF-2 Sekundär Phonie zum ZUP und Sojus (Relaibetrieb bei Umkopplungs-Manövern und für die Orlan-Raumanzüge) (Nur aktiv wenn ein besonderes Vorkommnis ist!) Der Uplink ist auf 121,750MHz.	3,5 Watt	± 3 kHz / FM
		143,625 MHz	VHF-1 Primär Phonie zum ZUP (In letzter Zeit immer seltener, da man immer mehr das TDRS System nutzt.) (Zum Space Shuttle nur noch als Backup da man jetzt SSCS nutzt.) Der Uplink ist auf 130,208MHz. Downlinkbereich: 143,6-143,65 MHz	6 Watt	± 3 kHz / FM
		145,800 MHz	Amateurfunk ARISS Für QSO's und vereinbarte Schulkontakte. Packet-Radio 1200bps AFSK AX.25 mit BBS, PMS und APRS via Digipeater RS0ISS. Downlinkbereich: 145,8-145,99 MHz	5/10/50 Watt	± 3 kHz / FM
		145,825 MHz	Amateurfunk ARISS Packet-Radio 1200bps AFSK AX.25 in Simplex (Wiederherstellung Mai 2007)	5/10/50 Watt	± 3 kHz / FM
		145,990 MHz	Amateurfunk ARISS Sekundär Downlink für QSO's in Simplex	5/10/50 Watt	± 3 kHz / FM
		400,100 MHz	GTS (Global Transmission Services) Zeitzeichensignal für Fortis-Uhren.	1 Watt	± 10 kHz / FM
		437,550 MHz	Amateurfunk ARISS 70-cm Downlink für QSO's in Simplex Downlinkbereich: 435-438 MHz	5/10/50 Watt	± 10 kHz / FM
		628,000 MHz	BITS (Bord-Informations-Telemetrie-System) 256kbps PCM-FM ca.±250kHz Bandbreite Die beiden Signalspitzen der PCM-Übertragung liegen auf 627,865 und 628,125 MHz. Downlinkbereich: 620-650 MHz		± 15 kHz / PCM-FM
		630,000 MHz	BITS (Bord-Informations-Telemetrie-System) 256kbps PCM-FM ca.±250kHz Bandbreite Die beiden Signalspitzen der PCM-Übertragung liegen auf 629,865 und 630,125 MHz. Downlinkbereich: 620-650 MHz		± 15 kHz / PCM-FM
		922,800 MHz	Regul Packet-Kommunikations-System bis 16kbps FSK (Für eine 2-Wege Phonie, digitale Kommandos, Programmdaten und Telemetrie) Downlinkbereich: 914,8-930,8 MHz	4 Watt	± 22 kHz / FM
		1428 MHz	GTS (Global Transmission Services) Aussendung von Message-Telegrammen)	0,5 Watt
PCsat-2 P6 Gerüststruktur		145,825 MHz	1200bps AFSK und 9600bps FSK AX.25		± 3 kHz / FM
		435,275 MHz	1200bps AFSK und 9600bps FSK AX.25	2 Watt	± 10 kHz / FM
		437,975 MHz	1200bps AFSK und 9600bps FSK AX.25	2 Watt	± 10 kHz / FM

Das frühere genutzte EVA-System auf dem Space Shuttle funktionierte im Frequenzband von 225 MHz bis 400 MHz. Jene Frequenzen hat man jetzt für das Verteidigungsystem der USA zugeordnet. Die NASA war damit einverstanden gewesen dieses Frequenzband zu räumen, um das neue zukünftige SSCS-System im Frequenzband von 410 MHz bis 420 MHz nutzen zu können. Das SSCS-System benutzt die neueste Digitaltechnik wo mit es möglich ist, mit bis zu fünf simultanen Benutzern zu kommunizieren, die automatisch ausgewählt werden. Zusätzlich haben das Space Shuttle und die ISS auch die Möglichkeit einem direkten Link zueinander zu haben, welchen man für die An- und Abkopplung braucht. Vor allem wird es aber natürlich für die Kommunikation von Audio und Telemtrie während der EVA's (Außenbordeinsätze) zwischen den amerikanischen EMU-Raumanzügen, bzw. zum Shuttle oder der ISS genutzt. Die erste UHF SSCS-Antenne der ISS hatte man in einer EVA am 22.April 2001 der Mission STS-100 am Modul Destiny montiert. Eine zweite UHF SSCS-Antenne wurde mit der STS-113 im November 2002, zusammen an der bereits vormontiert P1 Gerüststruktur zur ISS geliefert.

Sojus (dt. Bund, Union) ist ein russisches bemanntes Raumschiff was Platz für maximal drei Besatzungsmitglieder bietet. Seit 1967 wurden eine Vielzahl an Sojus-Raumschiffen als Zubringer und Landeapparat neuer Besatzungen in den Erdorbit zu den Raumstationen Saljut, MIR und ISS gebracht. Es besteht aus den folgenden drei Sektionen: BO = Orbitalsektion als Lagerraum und für den Aufenthalt der Besatzung an Bord, SA = Kommando- und Landesektion und eine PO = Gerätesektion. Es gab bis jetzt drei große Weiterentwicklungen (Sojus T, Sojus TM und Sojus TMA) dieses Raumschifftyps. In einem Jahr werden zwei bemannte Sojus-Raumschiffe meistens im April und Oktober, mit einer neuen Stammbesatzung zur derzeitigen Raumstation ISS gestartet.

Auf dem Foto der Sojus TMA-7 kann man einige der interessanten Antennen gut erkennen. Die abgewinkelte Antenne neben den AKR Kommando-Antennen auf der rechten Seite, ist für das Block Radio Telemetrie System auf 166 MHz zuständig. Die nicht abgewinkelte Antenne gegenüber und neben dem Infrarotsensor, ist die Rasswet-M (dt. Morgendämmerung) Antenne, welche für die VHF-2 Phonie auf 121,750 MHz genutzt wird. Bei einem Progress Versorgungsschiff was die gleiche Antennenanordnung besitzt, wird diese Antenne für das manuelle Fernsteuerungssystem TORU verwendet. Ein Stück höher befindet sich die Antenne welche das Bahnverfolgungssignal auf 922,765 MHz aussendet.
Eigentlich ist ja die Frequenz 121,750 MHz in mitten des zivilen Flugfunkbandes für Kommunikation aus dem Weltraum untypisch. Die Nutzung der Frequenz kann aber einfach erklärt werden. Die Rasswet-M Antenne der Sojus ist nur für eine kleine Bandbreite optimiert. Im Fall einer Notlandung würde die Sojus als ein Flugzeug behandelt werden und auf der nahe liegenden Internationalen zivilen Notruf-Frequenz 121,500 MHz kommunizieren. Aus diesem Grund mußte man sich eine Frequenz wählen, die sich in der Nähe der Notruf-Frequenz befindet.

Sojus TMA	8,364 MHz	Morse-Kode Funkfeuer der Sojus während und nach der Landung.	kein / CW
	18,060 MHz	Phonie der Sojus nach der Landung zu den Such- und Bergungstrupps. Hierfür entfaltet sich eine lange Rundstrahlantenne nach der Landung an der Sojus-Landesektion. Siehe wie bei Sojus TMA-2.	kein / AM
	121,500 MHz	Internationale (zivile) Notruf-Frequenz	± 3 kHz / AM
	121,750 MHz	Phonie zum ZUP und ISS Bodenstation und ISS senden auf 130,167MHz	± 3 kHz / FM
	166,010 MHz	BR9ZU8 Telemetrie-System in 256kbps PCM-FM und einer Bandbreite von ca.±250kHz. Die beiden Signalspitzen der PCM-Übertragung liegen auf 165,880 und 166,140 MHz	± 3 kHz / PCM-FM
	463,000 MHz	Klest-M UHF-TV-System Der Empfang könnte mit einem FM-Videoempfänger möglich sein.
	922,763 MHz	Bahnverfolgungssignal Downlinkbereich 914,8-930,8 MHz	± 22 kHz / FM

Progress (dt. Fortschritt) ist ein russisches unbemanntes Versorgungsschiff für den Transport von Lebenserhaltungsvorräten (wie Sauerstoff, Wasser, Lebensmittel und Kleidung), Ausrüstungsgegenstände und Treibstoffen von der Erde zu einer Raumstation. Außerdem haben diese die wichtige Aufgabe von Zeit zu Zeit eine Raumstation mit Hilfe seinem Triebwerk auf eine höhere Umlaufbahn anzuheben, da diese durch seine vielen Tonnen Masse ständig von der Idealumlaufbahn abgebremst wird. Das erste dieser Art von Versorgungsschiff wurde 1978 zu der damaligen Raumstation Saljut 6 gestartet. Es besteht aus den folgenden drei untrennbaren Sektionen: GO = Lastsektion für Stückgut, OKD = Tanksektion für Flüssigkeiten und Gase, und eine PO = Gerätesektion. Es gab bis jetzt zwei große Weiterentwicklungen ( Progress M und Progress M1) dieses Versorgungsschifftys. In einem Jahr werden etwa vier Progress-Versorgungsschiffe zu der derzeitigen Raumstation ISS gestartet.

TORU (TeleOperatornuij Reschim Uprawlenija, dt. Teleoperative Verwaltung und Leitung) ist ein manuelles Fernsteuerungssystem, was für die Kopplung eines unbemannten Progress Versorgungsschiffes an eine Raumstation verwendet wird. TORU wurde schon früher für die Raumstation MIR entwickelt und eingesetzt. Der Kosmonaut sitzt dabei in der Raumstation vor einem Monitor, der die gesendete Videoübertragung des Klest-M UHF TV-Systems auf 463 MHz von der Progress zeigt. Er steuert so die Progress mit zwei Joysticks an die Raumstation manuell herran, als würde er selber in der Progress sitzen. Die Steuerbefehle werden in Funksignalen umgesetzt und zur Progress auf 130,163 MHz gesendet. Progress sendet dabei auch selbst eine Art TORU-Rückkanal auf 121,746 MHz aus, wo die Steuerbefehle die sie bekommt bestätigt werden.
TORU war früher bei der MIR nur aktiv, wenn das automatische Radargestützte Annäherungs- und Kopplungssystem KURS für die Kopplung ausfiel. Beide Systeme konnten nicht aktiv sein, da das eine das andere gestört hatte und deswegen es zum Manöverunfall mit der Progress M-34 und der MIR am 26.Juni 1997 gekommen war. Bei der ISS hat man das Problem in den Griff bekommen und aktiviert jetzt TORU als Vorsichtsmaßnahme ab etwa 50min vor jeder Kopplung einer Progress, falls das KURS-System ausfallen würde.

Mitschnitt vom TORU (Teleoperative Verwaltung und Leitung) am 18.11.2000 von 03:52-03:58MEZ
Zweites Versorgungsschiff Progress M1-4 in der Geschichte der ISS koppelt an die Raumstation ISS an. Die ISS sendet auf 130,163MHz und Progress M1-4 auf 121,746MHz TORU-Steuersignale aus. Während des Mitschnittes habe ich zwischen den Frequenzen hin- und hergeschaltet. Dabei ist das verrauschte und schwächere Signal von Progress M1-4 gekommen.

Der Linke Kanal (obere, schwächere) ist die Progress M-56 auf 121,476 MHz und der Rechte Kanal (untere, stärkere) ist die ISS auf 130,163 MHz. Im Klangspektrum auf den beiden Bildern kann man beobachten, daß die TORU Signale der ISS auf 130,163 MHz etwas schneller laufen als von der Progress. Es gibt einen Zyklus der sich ca. aller 5 Sekunden wiederholt und auch hörbar ist.

Telemetrieübertragungen in PCM-FM (Puls-Code-Modulation - Frequenz-Moduliert) wird seit Mitte der 70'er Jahren als Telemetrieverfahren von der Raumfahrt eingesetzt. Es wurde fast von allen russischen Raumfahrzeugen wie z.B. Sojus, Saljut, Progress, MIR, Foton, den russischen Modulen der ISS und von vielen russischen Trägerraketen wie Proton, Sojus und Zenit genutzt.
PCM ist eine Modulationsart bei der ein analoges Signal binär kodiert wird. Sie hat eine große Bandbreite damit man eine große Menge von Daten übertragen kann, die sich in den nicht kontrollierbaren Abschnitten einer Erdumrundung angesammelt haben. Jeweils an den beiden Enden des PCM-Signals, gibt es eine gut zu empfangende Signalspitze, mit einem hohen Anstieg des Pegels. Zu hören ist dann ein stark brummendes Signal, was mit einem Schmalbandigen FM-Empfänger (Scanner) auf den Frequenzen am Beispiel des auf 166 MHz liegende BR9ZU8 Telemetrie-Systems von Sojus und Progress, auf 165,880 und 166,140 MHz zu empfangen ist.

Panorama-Ansicht auf dem AR8200 mit einer Bandbreite von 500 kHz, einer Auflösung von 10 kHz pro Pixel und einer Mittenfrequenz von 166 MHz vom Block Radio Telemetrie-System, der Progress M-56 in der 5.Erdumrundung zum Bahnverfolgungsschiff "Kosmonaut Wiktor Pazajew". Deutliche sind die beiden äußeren Signalspitzen zu erkennen, welche den höchsten S-Wert auf 165,880 MHz und 166,140 MHz, der breitbandigen PCM-FM Übertragung zeigen. Die Mitte des PCM-FM Signals ist demzufolge auf 166,010 MHz.

Destiny (dt. Schicksal)	26700	414,200 MHz Primär	SSCS (Space-to-Space Communication System) zwischen Shuttle und ISS. ±0,7MHz Bandbreite FSK 64kbps für Audio und Video, 8kbps für Telemetrie 250mW "Low Power" bis 80m Entfernung, 5W "High Power" bis 7km Entfernung zum Space Shuttle	0,25/5 Watt	± 10 kHz / FM
		417,100 MHz Sekundär

Progress M1	121,746 MHz	TORU (manuelles Fernsteuerungssystem) Rückkanal zur ISS Die ISS sendet TORU auf 130,163MHz.	± 3 kHz / FM
	166,010 MHz	BR9ZU8 Telemetrie-System in 256kbps PCM-FM und einer Bandbreite von ca.±250kHz. Die beiden Signalspitzen der PCM-Übertragung liegen auf 165,880 und 166,140 MHz	± 3 kHz / PCM-FM
	463,000 MHz	Klest-M UHF TV-System Der Empfang könnte mit einem FM-Videoempfänger möglich sein.
	922,763 MHz	Bahnverfolgungssignal Downlinkbereich 914,8-930,8 MHz	± 22 kHz / FM