V5.4 MEO und IO-117
Niveau: K5 Analysieren
Zeitbedarf: ca. 40 Minuten (mit Praxisaufgabe)
Einstiegsfrage:
IO-117 ist ein CubeSat von nur rund 10 × 10 × 34 cm und sendet mit wenigen hundert Milliwatt. Trotzdem gelingen darüber Verbindungen über mehr als 10 000 km. Wie ist das möglich?
Mittlere Bahnen zwischen LEO und GEO
Zwischen den tiefen Bahnen (LEO) und der geostationären Bahn (GEO) liegt der Bereich der mittleren Bahnen, kurz MEO (Medium Earth Orbit). Meist sind es Kreisbahnen. [PRÜFEN: Höhenbereich des MEO für das Glossar festlegen, üblich ab rund 2000 km bis unter die GEO-Höhe]
Bekannte MEO-Nutzer sind die Navigationssatelliten. Das Preset «MEO» im Simulator entspricht mit 20 200 km Höhe und 55° Inklination einer solchen Bahn.
Für Amateurfunksatelliten ist der MEO selten. Die Bahnen liegen in den Strahlungsgürteln der Erde, und ein Start dorthin ist teurer als in den LEO.
Footprint und Reichweite
Je höher ein Satellit fliegt, desto grösser ist sein Footprint, also das Gebiet, in dem er über dem Horizont steht.
Den Footprint beschreibt der Erdwinkel λ zwischen Subpunkt und Footprint-Rand. Bei 0° Elevation gilt cos λ = RE / (RE + h). Der Footprint-Radius auf der Erdoberfläche ist dann RE · λ (λ im Bogenmass).
Zwei Stationen können über den Satelliten miteinander arbeiten, wenn beide gleichzeitig im Footprint stehen. Die grösste mögliche Entfernung zwischen ihnen ist darum etwa der doppelte Footprint-Radius.
Höhen massstäblich zum Erdradius. Der orange Bogen ist der Footprint bei 0° Elevation, λ der Erdwinkel vom Subpunkt bis zum Footprint-Rand. Der GEO-Satellit steht so hoch, dass er ganz oben am Bildrand liegt.
Footprint und Reichweite nach Bahnhöhe (0° Elevation)
| Bahn | Höhe h | Erdwinkel λ | Footprint-Radius | grösste DX-Distanz (≈ 2 × Radius) | Umlaufzeit (Kreisbahn) |
|---|---|---|---|---|---|
| LEO (Preset) | 550 km | 23,0° | 2 560 km | 5 100 km | 1 h 35,6 min |
| LEO sonnensynchron (Preset) | 800 km | 27,3° | 3 040 km | 6 100 km | 1 h 40,9 min |
| MEO wie IO-117 | 5 800 km | 58,4° | 6 500 km | 13 000 km | 3 h 42,9 min |
| MEO (Preset) | 20 200 km | 76,1° | 8 470 km | 16 900 km | 11 h 58,7 min |
| GEO | 35 786 km | 81,3° | 9 050 km | 18 100 km | 23 h 56,1 min |
| HEO im Apogäum (Preset) | 39 868 km | 82,1° | 9 140 km | 18 300 km | (Ellipse: 11 h 58 min) |
Berechnet mit R E = 6378 km und μ = 398 600,4 km³/s². In der Praxis verkleinern Hindernisse und eine Mindest-Elevation von einigen Grad den Footprint deutlich. Für die HEO-Zeile ist der Footprint im Apogäum angegeben; die Umlaufzeit gilt für die ganze Ellipse.
IO-117 (GreenCube): ein Digipeater im MEO
IO-117 (GreenCube) ist ein 3U-CubeSat der Universität La Sapienza in Rom. Er startete am 13. Juli 2022 mit dem Erstflug der Vega-C und erreichte eine Kreisbahn in rund 5800 km Höhe.
Die Bahndaten von 2025 ergeben eine Höhe von rund 5840 km bei 70,1° Inklination und eine Umlaufzeit von rund 3 Stunden 44 Minuten.
Seine eigentliche Aufgabe war ein biologisches Experiment. [PRÜFEN: Hauptmission von GreenCube mit Quelle belegen] Für den Amateurfunk betreibt er einen Digipeater auf 435,310 MHz mit 1200 Bd GMSK. Uplink und Downlink liegen auf derselben Frequenz im 70-cm-Band.
Weil er so hoch fliegt, dauert ein Überflug über eine Stunde, statt 10 bis 15 Minuten wie bei einem LEO-CubeSat. Der Footprint erlaubt Verbindungen bis rund 12 000 km.
Die kleine Sendeleistung und die grosse Distanz verlangen eine gute Station: Richtantenne, rauscharmer Vorverstärker und eine Frequenzablage unter rund 200 bis 300 Hz, damit der Empfänger die Pakete dekodieren kann.
Anfang 2024 sollte der Satellit abgeschaltet werden. Nach einem Einsatz von AMSAT Italia, die sich am Satelliten beteiligte, wurde die Abschaltung im Mai 2024 abgewendet. [PRÜFEN: aktueller Betriebsstatus von IO-117 im Oktober 2026]
Praxisaufgabe: Orbit-Vergleich
In dieser Aufgabe vergleichst du LEO, MEO, HEO und GEO mit dem Orbit- und Linkbudget-Simulator (neues Fenster). Stelle die Stufe «Expert» ein und verwende den Locator JN47 oder deinen eigenen.
Wähle nacheinander die Bahnen aus der ersten Tabelle. Lies jeweils die Periode in der Infozeile von Schritt 1 ab. Den Rest findest du mit Zeitraffer, ▶ und dem «Verlauf der nächsten 24 h» (Elevation und Doppler Downlink).
Praxisaufgabe: Eingaben im Simulator (Schritt 1 «Orbit wählen», Stufe «Expert»)
| Bahn | Eingabe | Perigäum / Apogäum, Inklination | Kontrolle in der Infozeile (Toleranz ± 0,1 min) |
|---|---|---|---|
| LEO | Taste «LEO» | 550 / 550 km, 53° | Periode = 1 h 35.6 min |
| MEO (Navigation) | Taste «MEO» | 20 200 / 20 200 km, 55° | Periode = 11 h 58.7 min |
| MEO wie IO-117 | Taste «LEO», dann Perigäum-Höhe 5800, Apogäum-Höhe 5800, Inklination 70 eintippen | 5800 / 5800 km, 70° | Periode = 3 h 42.9 min |
| HEO | Taste «HEO (Molniya)» | 500 / 39 868 km, 63,4°, ω 270° | Periode = 11 h 58.1 min |
| GEO | Länge (°E) 25.9, Taste «GEO», dann Locator JN47 und «Position berechnen» (wie in V5.2) | 35 786 / 35 786 km, 0° | Periode = 23 h 56.0 min |
Schritt 2: Locator JN47 (oder dein eigener), Min. Elevation 0°. Für Überflugdauer und Doppler: Pause, Zeitraffer ×60 (LEO) oder ×300 bzw. ×1800 (andere Bahnen) und mit ▶ schrittweise vorgehen; oder im «Verlauf der nächsten 24 h» die Grössen «Elevation (°)» und «Doppler Downlink (kHz)» wählen. Downlink-Frequenz: Voreinstellung 435,5 MHz.
Übertrage deine Werte in eine eigene Tabelle nach dieser Vorlage. Notiere bei der Antenne, ob du nachführen musst und wie schnell.
Vorlage: Orbit-Vergleich (deine Simulatorwerte)
| Bahn | Höhe | Periode | Sichtfenster pro Überflug | Sichtbarkeit pro Tag | Doppler Downlink max. | Antenne |
|---|---|---|---|---|---|---|
| LEO | ||||||
| MEO (Navigation) | ||||||
| MEO wie IO-117 | ||||||
| HEO | ||||||
| GEO |
Kopiere die Tabelle in ein eigenes Dokument oder auf Papier und trage deine Werte ein.
Lösung zum Orbit-Vergleich
Vergleiche erst, wenn deine eigene Tabelle fertig ist.
Lösungstabelle anzeigen
Erwartete Simulatorwerte für JN47 (Min. Elevation 0°)
| Bahn | Höhe | Periode | Sichtfenster pro Überflug | Sichtbarkeit pro Tag | Doppler Downlink max. (435,5 MHz) | Antenne |
|---|---|---|---|---|---|---|
| LEO | 550 km (Distanz 550 bis 2700 km) | 1 h 35,6 min | bis rund 13 min, meist 5 bis 12 min | rund 1,3 h (6 bis 7 Überflüge) | rund ± 10 kHz | schnell nachführen (Azimut und Elevation) oder Rundstrahler |
| MEO (Navigation) | 20 200 km (Distanz 20 200 bis 25 800 km) | 11 h 58,7 min | rund 4 bis 7 h | rund 8 bis 9 h | rund ± 1 kHz | Richtantenne, alle 10 bis 15 min nachführen |
| MEO wie IO-117 | 5800 km (Distanz 5800 bis 10 400 km) | 3 h 42,9 min | bis rund 75 min, meist 60 bis 75 min | rund 6 bis 7 h | rund ± 4 kHz | Richtantenne, alle paar Minuten nachführen |
| HEO | 500 bis 39 868 km (Distanz im Apogäum 40 000 bis 44 400 km) | 11 h 58,1 min | rund 7,5 bis 11 h pro Umlauf | rund 18 bis 21 h | rund ± 4,5 kHz (nahe 0 im Apogäum) | Richtantenne, langsam nachführen; Squint am Satelliten beachten |
| GEO (QO-100) | 35 786 km (Distanz JN47: 38 341 km) | 23 h 56,0 min | dauernd | 24 h | 0 kHz | fest ausgerichtet (Spiegel) |
Toleranz: Periode ± 0,1 min. Sichtfenster und Doppler hängen vom Startzeitpunkt und von der Lage der Bahn zu deinem Standort ab; die Bereiche stammen aus Simulatorläufen und einer Nachrechnung über mehrere Tage (20.10.2026). Distanzen am Horizont nach d = √((R E + h)² − R E²).
Erkenntnis: Mit der Höhe wachsen Periode, Sichtfenster und Distanz, der Doppler sinkt. Der HEO verbindet die lange Sichtbarkeit hoher Bahnen mit einem tiefen Perigäum, der GEO verzichtet ganz auf Bewegung am Himmel.
Kontrollfrage
Für IO-117 genügt es, die Antenne alle paar Minuten nachzuführen, für einen LEO-Satelliten nicht. Begründe das mit Umlaufzeit und Distanz.
Lösung anzeigen
- IO-117 braucht für einen Umlauf rund 3 h 44 min, ein LEO-Satellit in 550 km Höhe nur 1 h 36 min.
- Vor allem ist IO-117 weiter weg: 5800 bis über 10 000 km statt 550 bis 2700 km. Bei gleicher Bahnbewegung ändert sich der Winkel am Himmel umso langsamer, je grösser die Distanz ist.
- Ein Überflug dauert deshalb bis rund 75 Minuten statt rund 10 Minuten, und Azimut und Elevation ändern sich entsprechend langsam.
- Auch der Doppler ist kleiner (rund ± 4 kHz statt ± 10 kHz auf 435,5 MHz) und ändert sich langsamer. Das hilft beim Dekodieren, denn der Digipeater verträgt nur wenige hundert Hertz Ablage.
Merksatz:
Je höher die Bahn, desto grösser Footprint und Reichweite, desto länger der Überflug und desto kleiner der Doppler, aber auch desto grösser die Distanz. Der MEO von IO-117 ist ein Mittelweg: Überflüge von rund einer Stunde und DX über 10 000 km mit kleiner Leistung.
Formeln zu Footprint und Reichweite
Erdwinkel des Footprints (Elevation 0°)
- λ: Erdwinkel zwischen Subpunkt und Footprint-Rand
- R E = 6378 km, h: Bahnhöhe in km
Footprint-Radius und grösste DX-Distanz
- s: Radius auf der Erdoberfläche in km, λ im Bogenmass (Grad · π / 180)
- Beispiel IO-117 (h = 5800 km): λ = 58,4°, s ≈ 6500 km, d DX ≈ 13 000 km
Distanz zum Satelliten am Horizont
- d H: grösste Distanz während eines Überflugs (bei 0° Elevation) in km
Umlaufzeit einer Kreisbahn
- T in s; μ = 398 600,4 km³/s²
- Beispiel h = 5800 km: T ≈ 13 370 s ≈ 3 h 43 min