《走近业余卫星通信》(六)| 载人航天和业余无线电

2021年1月17日    15:10    热度:39 dbw     0 条响应   |  业余卫星 -> 业余无线电

载人航天和业余无线电

by Keith Baker, KB1SF/VA3KSF, [email protected]

本文原题为《载人航天和业余无线电》发表于《监测时报》

(Brasstown, NC 28902)

        除卫星通信之外,很多人都没有想到业余无线电还有着载人航天的丰富历史。目前,业余无线电通信已经成为美国航天飞机,俄罗斯MIR空间站以及国际空间站(ISS)航天通信的一部分。实际上,在各个国家的载人航天飞行中使用业余无线电可以追溯到38年前!

        上世纪60年代末70年代初, AMSAT无线电爱好者产生了创造性的想法:把业余无线电装置带上载人航天飞行器。美国国家航空航天局SKYLAB空间站宇航员Owen Garrett(W5LFL)第一次尝试提出携带业余无线电台的请求,但申请时间太短,NASA来不及在火箭发射前携带额外设备。用“土星5号”运载火箭发射的SKYLAB “太空实验室”是美国第一个环绕地球的空间站,也是当时曾经运行在地球轨道上的最大的航天飞行器。

        在AMSAT和美国广播转播联盟(ARRL)努力下, 1983年秋,Owen获得STS-9飞行任务期间在航天飞机上操作业余无线电台呼叫地球站的许可。这是一次巨大成功!为期10天的航行中,Owen在航天飞机上与许多业余无线电爱好者进行了通信,其中包括一些知名人物,例如,约旦国王侯赛因(JY1)和美国参议员巴里·戈德沃特(K7UGA)。

SAREX的诞生

        这次尝试让NASA认识到,携带业余无线电台对NASA和业余无线电发展具有很大推动作用。之后,载人航天器通常考虑携带业余无线电设备进入太空。

图1 AMSAT的长期会员,前NASA宇航员Ron Parise(WA4SIR)在90年代航天飞行中,进行了一次与SAREX联系。(AMSAT提供)

        业余无线电爱好者不仅有可能偶尔联系上空间轨道飞船上的业余无线电爱好者宇航员,而且从1990年STS-35开始,AMSAT就在航天飞机业余无线电实验(SAREX)中获得了新的角色。SAREX为宇航员和学校的交流带来机会,使学校里的学生(和普通业余无线电爱好者)能够与绕地球飞行的宇航员直接进行语音通信,让学校直接接触到宇航员和太空计划。

业余无线电爱好者和俄罗斯空间站MIR

        经过成功案例,其他国家也开始尝试携带业余无线电设备进行太空航行。例如,苏联迅速建立载人航天项目与业余无线电组织的合作,在MIR空间站携带业余无线电设备。1988年末,指挥官Vladimir Titov和Valeri Poliakov博士在MIR上与爱好者进行了多次通信。

        MIR空间站携带了2m波长的语音收发器、分组无线转发器和公告板系统(BBS)。分组广播BBS类似我们现在互联网社交网站的早期无线电版本。甚至慢速扫描电视(SSTV)系统也曾被带上航天器。业余无线电台在MIR上运行了10多年,这不仅被(当时)苏联的业余无线电爱好者宇航员使用,还被日本、英国、奥地利、法国和美国有业余无线电执照的航天员使用,这些人无形中成为MIR的永久成员。

图2 早期的NASA SAREX项目海报。(由NASA提供)

ARISS的诞生

        1986年末, Roy Neal(K6DUE)召集了NASA、AMSAT和ARRL的代表组织会议,针对“业余无线设备搭载到新的国际空间站(ISS)”这一论题共同研讨。会议借此成立正式工作组,并制定出“国际空间站搭载业余无线电装置”方案提交NASA。基于此次会议,国际空间站业余无线电委员会(ARISS)成立,该组织成为“业余无线电台搭载国际空间站”事业的重要推力。

图3 AMSAT前运营副总裁Stacey Mills(W4SM),在2001年9月ARISS组织的学校活动中,帮助WesternAlbemarle高中的学生与FrankCulbertson(KD5OPQ)进行通话(由ARISS和NASA提供)

什么是ARISS?

        随着业余无线电的发展,ARISS项目逐渐发展成一项志愿者计划,其主要目的是通过提供与国际空间站(ISS)进行业余无线通信的机会,启发全世界的学生(普通无线电爱好者)进入科学、技术、工程和数学领域的项目。学生可以了解到国际空间站上的生活,并通过课堂参与太空探索,例如轨道跟踪和无线电波传播研究等实践活动。

图4  2003年7月,ISS第7次飞行任务中,参加比利时欧洲航天中心太空营的学生聚集在礼堂内与宇航员Ed Lu交谈。(NASA提供)

图5 ARISS组织的学校活动,宇航员Sunita Williams通过ISS的业余无线电设备与比利时布鲁塞尔国际学校的学生进行通信(NASA提供)

        目前,ARISS工作组代表主要来自9个国家,包括部分欧洲国家,以及日本、俄罗斯、加拿大和美国。内部工作由来自各国的AMSAT志愿者组织运营。鉴于ARISS的国际性,其团队与各国航天部门(例如ESA,NASA,JAXA,CSA和俄罗斯航天局)建立本地协调机制,例如,ARISS工作组会议、电话会议和电子邮件等方式。

        在业余无线电俱乐部志愿者的协助下,ARISS团队积极协调。项目研究中能够实现让ISS机组人员在各种大型论坛与听众进行“语音对话”,学生、老师、父母和各个社区都可以学习到有关太空和太空技术的知识,以及获得业余无线电台的相关信息。

        ARISS更多相关信息可以在http://www.rac.ca/ariss/查看。

图6  ARISS 上、下行链路通信频率表

学校通信活动之外

        在激发学生的科学兴趣同时,ISS上的ARISS设备还为NASA提供紧急备用通信功能,便于ISS官方通信中断时使用。尽管这种情况很少发生,但实际在ISS上已经至少有两次因为通信中断使用ARRIS设备。而且,ARISS为机组人员提供了一种非官方的通信方式,让他们在下班时间能直接与亲朋好友以及地球上其他业余无线电操作者交谈。ARISS还为ISS乘员提供了一种更好的方式,使他们在ISS上隔离数月期间可以与其他人(除了其他机组之外)保持联系。这也可能就是为什么现在有将近75%的NASA宇航员持有FCC颁发的业余无线电执照,以及许多在ISS上度过漫长时光的工作者对此表示诚挚谢意的原因。可以说,ARISS设备的使用完全为ISS工作人员在太空轨道上增添了生活气息。

        为了帮助业务无线电爱好者更好地了解业余无线电台在轨道上的运行情况,ARISS的AMSAT项目工程师Ken Ransom(N5VHO)近期在互联网上发布了展示ISS 远征25号指挥官Doug Wheelock(KF5BOC)在ISS上操作ARISS设备的精彩视频。在国际空间站越过北美期间,Doug通过业余无线电台进行广播。

图7 学生与ISS国际空间站上的一名机组人员通话

(ARISS和NASA提供)

听什么?

        如前所述,ISS上的ARISS设备已经能够以多种频率、不同模式下在2m到70cm波长的业余频带中运行。使用ISS官方指定的FCC呼叫符号NA1SS,可以实现的操作模式包括FM语音、慢速扫描电视(SSTV)、自动分组报告系统(APRS)跟踪和70cm至2m的跨频带中继。尽管NASA已经批准在哥伦布新的实验舱模块上增加第二个业务无线电台,但目前只有一个业余无线电台(由Kenwood D-700业余收发器组成)可以完全运行(请参阅ISS频率表)。

什么时间听?

        国际空间站处于非常低的地球轨道上,在任何一个ISS经过的地点,可用的“通话时间”明显比大多数业余无线电卫星通信时间短。而且,由于该电台需要进行大量的在轨操纵,因此在尝试与ISS联系时,提前将新的轨道参数加载到计算机的跟踪程序中尤为重要。

        要注意的是,除了与学校的通信外,机组人员使用ARISS设备主要在下班时间。因此,当ISS飞过爱好者所在位置时,机组人员有可能正在睡觉,这意味着与ISS机组人员进行不定期通信是一种罕见且难得的待遇。

        多年来,作者发现与ISS通信的最佳方法是提前将所有ARISS 2m波长的下行链路(和/或上行链路)频率(加上一些频率以解决多普勒频移)编入收音机的内存当中。然后,当ISS越过你的位置时,快速切换(或扫描)这些频率,以此能够得知哪些ARISS下行链路处于活动状态。

        如果有业余无线电执照,并想要尝试通信,那么一旦找到有效的ISS频率和模式,通常做法是在机组人员完成一次CQ呼叫(或完成另一个联系)后,快速地将呼号放到ISS的上行链路上。在此期间,肯定有许多其他电台在呼叫它们(你可能听不到的呼叫),所以保持较短的通话时间会显著提高他们听到你的声音的机率。不幸的是,调频的“捕获”效应意味着国际空间站上的操作员有时只能听到“白噪声”——夹杂着呼号的小片段,尤其是经过地球上人口密集地区(例如北美和欧洲)。

        因此,除非听到ISS操作员接听其他人的声音,否则就要连续不断(经常中断)地重复你的呼号,并准备再次(或多次)重复完整呼号。另一方面,如果机组人员接听另一个电台的呼号,请保持礼貌和耐心等待下一次机会。

展望未来

        之后专栏将详细介绍目前在轨的其他一些业余无线电卫星的历史和运行特性,以及目前正在开发的一些卫星。

编译:张宁  林辉  王本超  李英华

注:译文所含信息的所有权、使用等归原发布平台《监测时报》所有。中文版可以在署名“国家无线电监测中心 翻译”的情况下转载。

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