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中心科普 | 《全球业余卫星介绍》(二)美国业余卫星

日期:2021-03-23 09:00:41 来源:黑龙江省无线电管理网

美国的多数业余卫星都会用OSCAR来进行命名,OSCAR是Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio的缩写,意思是携带业余无线电设备的在轨卫星。卫星名称和编号由美国业余无线电卫星组织(AMSAT)进行分配,该组织致力于业余卫星的设计、建造、测试、发射和通联。这些业余卫星可以由获得许可的业余无线电运营商免费用于语音(FM,SSB)和数据(AX.25,分组无线电,APRS)通信。

业余无线电卫星帮助推进了卫星通信科学。所做的贡献包括第一个卫星语音应答器(搭载在OSCAR-3)的发布以及高度先进的数字“存储转发”消息收发应答器技术的开发等。

自1961年12月12日由加利福尼亚州隆波克范登堡空军基地的Thor-DM21 Agena B发射器发射了第一颗业余卫星OSCAR-1以来,美国的业余卫星可分为两个系列,第一个系列是AMSAT-OSCAR,第二个系列是NAVY-OSCAR。

表1 目前美国的在轨在用业余卫星

卫星名称

状态

发射日期

AMSAT-OSCAR 7 

半运行

1974/11/15

AMSAT-OSCAR 16 

半运行

1990/1/22

OSCAR 33 

半运行

1998/10/24

Navy-OSCAR 44 

半运行

2001/9/30

GeneSat-1

在运行

2006/12/16

CAPE 2

在运行

2013/11/20

OSCAR 76

在运行

2013/11/21

OSCAR 83

在运行

2015/5/20

OSCAR 84

在运行

2015/5/20

AMSAT-OSCAR 85

在运行

2015/10/8

AMSAT-OSCAR 91

在运行

2017/11/18

AMSAT-OSCAR 92

在运行

2017/1/12

AMSAT-OSCAR 95

在运行

2018/12/3

Navy-OSCAR 103

在运行

2019/6/25

Navy-OSCAR 104

在运行

2019/6/25

第一颗业余无线电卫星OSCAR-1只有4.5公斤重(30 x 25 x 12cm)。1961年底,作为Corona 9029(也称为Discoverer 36)的第二个有效载荷发射,这是KH-3系列卫星的第八次也是最后一次发射。

OSCAR-1有一个由电池供电的140 mW发射机,工作在144.983 MHz频点,采用了从凸面中心延伸60厘米长的单极发射天线,但没有姿态控制系统。像人类历史上的第一颗人造卫星Sputnik-1一样,OSCAR-1只携带了一个简单的小信标发射器,可以被地面站用来测量无线电在电离层中的传播,这个信标还传送了包含卫星内部温度的遥测信息。

OSCAR-1在轨道上运行的22天,发送了摩尔斯电码消息“HI”。OSCAR-1发射后,美国副总统林登·约翰逊(Lyndon B. Johnson)随即以祝贺电报的形式向赞助业余无线电史上这一重大活动的小组致以敬意。

OSCAR-1的原始数据备份已恢复,并且可以完全使用交流电源供电。目前OSCAR-1在康涅狄格州纽顿市的ARRL总部展出,并可以继续在145 MHz频段发出摩尔斯电码的“HI”。


1.AMSAT-OSCAR系列介绍

AMSAT是一个由业余无线电运营商(HAMS)组成的全球性组织,成立四十多年以来,AMSAT主要利用志愿者提供的服务和捐赠的资源进行卫星设计,建造,并在政府和商业机构的协助下,将卫星发射升空。截至目前,AMSAT已成功地将60多枚业余无线电卫星发射到了地球轨道上。

AMSAT成立于1969年,是美国哥伦比亚特区特许的非营利性教育组织。其目的是促进业余广播电台参与太空研究和交流。这个组织由3000名成员组成。在美国AMSAT成立之后,全世界各地其它地区的团体也开始相继成立,并同时也在使用AMSAT这个缩写。尽管各个小组之间的隶属关系不是正式的,但组织之间会非常紧密地进行合作。

接下来我们会在AMSAT-OSCAR系列中选取几个较为有代表性的卫星进行介绍。

(1)AMSAT-OSCAR-7
OSCAR-7,也就是AO-7,于1974年11月15日发射到低地球轨道,一直运行到1981年电池故障。然后经过21年的沉默,在发射27年后的2002年6月21日再次听到了该卫星的声音,但是卫星的控制系统已经不能工作了。尽管不受地面控制,AO-7依然能在有光照的大部分时间里通联。

卫星带有两个通信中继器,同时只能有一个处于工作状态。第一个是OSCAR 6任务中使用的高功率(2W)版本。该同相转发器接收145.85 MHz和145.95 MHz之间的上行链路信号,并在下行链路上29.4MHz和29.5 MHz之间重新发送它们。200mW遥测信标提供29.502 MHz的遥测数据。对于1 W的输出,在中继器输入端子处大约需要-100 dBm。这对应于90 W地面的EIRP,到卫星的距离为2,000英里,极化失配为3 dB。

第二个中继器是由AMSAT的子公司AMSAT Deutschland e.V.在西德的马尔巴赫建造的,它是带宽为40 kHz的反相线性中继器。它采用了采用包络消除和恢复技术的8瓦PEP功率放大器,可在宽动态范围内以高效率保持线性工作。该转发器的上行链路从432.125 MHz到432.175 MHz,下行链路从145.975 MHz到145.925 MHz。由于上行链路频段与无线电定位服务共享,因此在转发器中并入了实验性脉冲抑制电路,以减少上行链路中宽带脉冲雷达干扰的影响。

(2)AMSAT-OSCAR-85
AO-85(以前称为Fox-1A)是AMSAT的Fox-1系列1U立方体卫星中的第一个。作为ELaNa XII的一部分,AO-85在加利福尼亚州范登堡发射的NROL 55 Atlas 5上发射,它的倾角大约为65度,在518x810 km的轨道上有远地点在北半球。


AO-85带有一个工作频率高达800mw的U/V FM中继器。上行链路计划为435.180 MHz,但初步报告表明,由于无法预料的温度差异,上行链路可能接近435.172 MHz。中继器的访问要求卫星接收67.0 Hz的PL音调持续2秒钟。如果卫星未接收到携带67.0 Hz PL音调的信号,则转发器将在一分钟后关闭。当中继器未通过携带PL音调的信号激活时,语音信标每两分钟发送一次。下行链路为145.980 MHz,包括与中继器同时进行的语音数据(DUV)FSK遥测。9600 bps的高速数据下行链路可用于实验和高分辨率数据。

除了业余操作外,航天器上会开展一些科学实验。例如范德比尔特大学的低能质子辐射实验,宾夕法尼亚州立大学的陀螺仪实验。

(3)AMSAT-OSCAR91
AO-91是AMSAT与范德比尔特大学ISDE合作建造的,拥有四个有效载荷,用于研究辐射对现成组件的辐射影响。该卫星于2017年11月18日发射,是ELaNa XIV任务的一部分,是运载联合极地卫星系统(JPSS-1)卫星进入轨道的Delta II火箭的第二个有效载荷。


AO-91还具有Fox-1型FM U / v中继器,其上行链路为435.250 MHz(67.0 Hz CTCSS),下行链路为145.960 MHz。卫星和实验遥测通过“DUV”亚音频遥测流进行下行链路传输,并且可以使用FoxTelem软件进行解码。

2.NAVY-OSCAR系列介绍
美国海军学院成立于1845年10月10日,在前美国海军部长乔治·班克罗夫特的领导下,是美国五所军校中校龄第二长的,其毕业生主要加入美国海军和美国海军陆战队。校园面积137公顷,位于安妮阿伦德尔县的塞文河和切塞皮克湾交汇处。NAVY系列卫星主要就是美国海军学院在发射和操作。
(1)NAVY-OSCAR-44

OSCAR-44(也称为Navy-OSCAR 44,或者 NO-44)是由美国海军学院制造的一颗业余卫星。该卫星由阿拉斯加的科迪亚克发射场于2001年9月30日发射的,使用的是Athena 1火箭,同时还有三颗卫星被送入了地球轨道,分别是Starshine 3,PICOSat和SAPPHIRE卫星。

OSCAR 44在2米波段有一个用于APRS的数字中继器,上下行链路为145.825 MHz(FM FSK, AX.25, 1k2 and 9k6),卫星通常在负功率平衡下工作。

OSCAR 44存在严重的电池问题,每年需要将其电池进行三次重置。NO-44曾于2003年4月26日宣告结束,并于7月17日死亡。但同年9月又神奇地重新恢复运转。自从2003年以来,已经进行了许多尝试来恢复该卫星,但是始终未能将其完全恢复。NO-44在有利日晒的条件下(通常在正午时分)会保持活跃约30-45分钟时,随后随着功率下降,又会停止工作。

(2)NAVY-OSCAR-104
PSat-2是美国海军学院的实验性业余无线电卫星,是与捷克共和国布尔诺技术大学合作开发的。AMSAT北美的OSCAR号码管理员为该卫星分配了号码104;因此,在业余无线电社区中,它也被称为Navy-OSCAR 104,简称NO-104。

PSat-2(ParkinsonSAT)是一个学生卫星项目,它使用双向通信应答器,用于通过Internet连接的志愿地面站的全球网络将来自远程环境实验或其他数据源的遥测、传感器和用户数据中继回实验者。数据转发器还包括完整的立方体卫星的所有遥测,命令和控制。
来源国家无线电监测中心


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