Per radio ad astra II - początek
Projekt pod nazwą Per Radio Ad Astra II ma na celu zaprojektowanie i wykonanie naziemnej stacji nadawczo odbiorczej, a następnie przetestowanie i wykorzystanie wykonanej stacji do dwustronnej radiowej łączności satelitarnej. Projekt pozwoli na komunikację dwustronną z odpowiednio do tego przystosowanymi sztucznymi satelitami ziemi, ze szczególnym uwzględnieniem obiektów konstruowanych przez polskich studentów w ramach programu PW-Sat3. W ramach projektu planowane jest przetestowanie innowacyjnych rozwiązań w zakresie technik odbioru sygnału satelitarnego z jednoczesnym wykorzystaniem wielu odbiorników przy zastosowaniu technologii sumowania sygnałów przesuniętych w fazie.
W celu realizacji projektu członkowie Koła Naukowego Morski Klub Łączności SP2ZIE SZKUNER Uniwersytetu Morskiego w Gdyni oraz Koła Naukowego SpaceShip WSB w Gdańsku wykonają naziemną stację do łączności satelitarnej wyposażoną w odpowiednie urządzenia nadawczo - odbiorcze oraz zestawy antenowe umożliwiające odbiór sygnałów pochodzących z przestrzeni kosmicznej oraz nadawanie sygnałów radiowych wykorzystywanych w satelitarnej służbie radiokomunikacyjnej amatorskiej z jednoczesnym śledzeniem ruchu obiektów krążących na orbicie okołoziemskiej, a w szczególności polskiego satelity studenckiego PW-Sat3. Wykonana stacja pozwoli na odbiór słabych sygnałów emitowanych przez sztuczne satelity ziemi. Następnie odebrane sygnały zostaną przekazane za pośrednictwem łącza internetowego do Politechniki Warszawskiej, gdzie przy wykorzystaniu odpowiednich narzędzi informatycznych odebrane sygnały zostaną zdekodowane i poddane analizie na potrzeby realizacji zadań projektu PW-Sat3. Jednocześnie tor nadawczy będzie umożliwiał emisję sygnałów o odpowiedniej mocy i charakterystyce dostosowanej do urządzeń odbiorczych zamontowanych na sztucznych satelitach ziemi, co w przypadku akademickiego satelity PW-Sat3 pozwoli na wydawanie komend oraz sterowanie obiektem w przestrzeni kosmicznej w zakresie niezbędnym dla realizacji celów misji. Dla zapewnienia prawidłowości realizacji zadań projektu przyjmuje się, iż naziemna stacja nadawczo odbiorcza będzie składała się z dwóch niezależnych zestawów do odbioru i nadawania sygnałów, których sterowanie będzie możliwe przy wykorzystaniu narzędzi informatycznych zapewniających zdalną obsługę obu zestawów urządzeń.
Na terenie Uniwersytetu Morskiego w Gdyni, w pomieszczeniach Koła Naukowego Morski Klub Łączności SP2ZIE SZKUNER, przy wykorzystaniu masztów stacjonarnych pozostających w dyspozycji Koła Naukowego zostanie wykonana naziemna stacja nadawczo - odbiorcza (Ground Station - GS I) sygnałów satelitarnych. Stacja będzie wyposażona w odbiorniki SDR (software-defined radio, radio definiowane programowo) oraz nadajnik. Odbiorniki SDR zostaną podłączone do komputera, który przy wykorzystaniu dedykowanego oprogramowania zwizualizuje widmo odbieranego sygnału oraz pozwoli na jego przekazanie do Politechniki Warszawskiej (centrali) przy wykorzystaniu łącza internetowego. Wykorzystanie oprogramowania dedykowanego dla stacji nadawczo – odbiorczej zarówno po stronie GS, jak i centrali daje możliwość przesłania pełnego spektrum odbieranego sygnału oraz jego dekodowania. Jednocześnie dwustronna komunikacja pozwoli na przekazywanie przez centralę komend, które zostaną nadane w stronę satelity przy pomocy nadajnika wykorzystującego odpowiednią emisję. Jednocześnie zakłada się, iż dane będą emitowane z prędkością 9600 bps przy wykorzystaniu emisji GFSK.
Z uwagi na przyjęcie przez twórców satelity rozwiązania komunikacji dwustronnej w tym samym zakresie częstotliwości (satelita będzie nadawał sygnały, a następnie odbierał sygnały na tej samej częstotliwości w paśmie o długości fali 70 cm) wymagane jest odizolowanie toru odbiorczego stacji naziemnej od toru nadawczego. Wynika to z faktu, iż emisja sygnałów wysokiej częstotliwości w kierunku satelity może również oddziaływać na odbiorniki zamontowane w stacji naziemnej, które przystosowane do odbioru niezwykle niskich sygnałów zostaną wyposażone w dodatkowe wzmacniacze odbieranego sygnału. Zatem nawet przypadkowe dotarcie własnego sygnału o stosunkowo dużej mocy z własnego nadajnika do odbiornika znajdującego się obok, wyposażonego w dodatkowe wzmacniacze może doprowadzić do całkowitego zniszczenia odbiornika. Z tego względu konieczne jest całkowite odseparowanie torów odbiorczych od nadawczego. Do tego celu zostaną wykorzystane przekaźniki koncentryczne zapewniające odcięcie toru odbiorczego od toru nadawczego w czasie nadawania sygnału w kierunku satelity.
Należy zwrócić uwagę, iż studencki satelita PW-Sat3 będzie nadawał swoje sygnały z mocą nie przekraczającą 500mW, a co za tym idzie odbiór sygnałów o tak niskim poziomie z odległości ponad 500 km (przewidywana orbita nad powierzchnią ziemi nie jest jeszcze dokładnie znana, więc przyjęto parametry zbliżonych obiektów) będzie wymagało użycia odpowiednio czułych odbiorników, przedwzmacniaczy niskoszumowych oraz zestawu antenowego zapewniającego odpowiedni zysk i kierunkowość anten. Istotne jest również, iż satelita będzie orbitował przemieszczając się w czasie misji ponad kilkaset razy nad terenem Polski. Powyższe wymaga więc śledzenia ruchu satelity w czasie jego przelotu. Z tego względu zostanie użyty zestaw sterujący, który będzie naprowadzał anteny na przelatujący obiekt. Zastosowane rozwiązanie będzie wymagało predykcji przelotów oraz miejsca położenia obiektu ponad horyzontem i korelacji danych o położeniu obiektu z ruchem zestawu naprowadzającego. Dla uzyskania niezbędnej dokładności zostanie użyte oprogramowanie GPREDICT sterujące zestawem naprowadzającym, które zostanie zaimplementowane na potrzeby niniejszego projektu. Jednocześnie użyte narzędzia pozwolą w czasie rzeczywistym w sposób zdalny kierować zestawem naprowadzającym, a także prognozować śledzenie przelatujących obiektów przy użyciu algorytmów NORAD SGP4/SDP4 przy wykorzystaniu automatycznych aktualizacji elementów kepleriańskich dostępnych na dedykowanych stronach internetowych.
Jednocześnie projekt pozwoli na przygotowanie rozwiązań technicznych oraz zasad i form współpracy pomiędzy placówkami naukowymi biorącymi udział w projekcie, których celem będzie poszerzenie wiedzy o elementach nauki wykorzystywanej w eksploracji kosmosu oraz wzmożenie zainteresowania polską myślą techniczną wykorzystywaną w podboju kosmosu. Projekt zostanie zrealizowany przy wykorzystaniu środków i kadr Koła Naukowego Morski Klub Łączności SP2ZIE SZKUNER Uniwersytetu Morskiego w Gdyni oraz Studenckiego Koła Naukowego SPACESHIP Wyższej Szkoły Bankowej w Gdańsku, przy współpracy z Studenckim Kołem Astronautycznym Politechniki Warszawskiej oraz wsparciu Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk.
