AMSAT-HB ist Kollektivmitglied der USKA

H6.3 Ein ISS-Überflug

Niveau: K4

Zeitbedarf: ca. 30 Minuten

Einstiegsfrage:
Die ISS taucht im Westen auf und ist rund zehn Minuten später wieder weg. Was musst du erledigt haben, bevor sie über den Horizont kommt?

Die Bahn der ISS

Die ISS fliegt auf einer fast kreisförmigen, niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) in rund 400 bis 420 km Höhe. 

Ihre Inklination beträgt 51,6 Grad. Die Bahnspur reicht deshalb bis 51,6 Grad nördlicher und südlicher Breite. Die Schweiz liegt bei etwa 46 bis 48 Grad Nord – die ISS kommt also oft vorbei.

Für eine Erdumrundung braucht die ISS etwa 93 Minuten. Das sind rund 15,5 Umläufe pro Tag.

Die Bahn im TLE

Die Bahndaten bekommst du als TLE (Two-Line Elements). Ein TLE ist eine genormte Darstellung der Keplerelemente in zwei Zeilen. Daraus berechnet deine Software die Position zu jedem Zeitpunkt.

Die ISS hat die NORAD-Katalognummer 25544. Die Tabelle zeigt die wichtigsten Felder aus einem TLE.

TLE der ISS: die wichtigsten Felder (Beispiel vom Oktober 2017)

Feld Wert im Beispiel Bedeutung
NORAD-Katalognummer 25544 Eindeutige Nummer des Objekts, steht in beiden Zeilen
Internationale Bezeichnung 98067A Startjahr 1998, Start Nr. 67, Objekt A
Epoche 17277.xxx Jahr 2017, 277. Tag: Zeitpunkt, für den die Werte gelten
Inklination 51,6406° Neigung der Bahnebene gegen den Äquator
RAAN 213,2057° Rektaszension des aufsteigenden Knotens
Exzentrizität 0,0004246 Fast null: die Bahn ist fast ein Kreis
Argument der Periapsis 343,0429° Lage des erdnächsten Punkts in der Bahn
Mittlere Anomalie 352,3061° Position auf der Bahn zur Epoche
Mittlere Bewegung (MM) 15,540… Umläufe pro Tag Daraus folgen Umlaufzeit und Bahnhöhe
Umlaufnummer 78754 Anzahl Umläufe seit dem Start

Quelle: «Satellitenbahnen», Folie 24 (Achim Vollhardt, USKA Academy 2017). Werte mit «xxx» sind auf der Folie gekürzt. Nur als Beispiel – für einen Überflug immer ein aktuelles TLE verwenden.

Aus der mittleren Bewegung MM lässt sich die Bahnhöhe abschätzen. Mit MM = 15,540 Umläufen pro Tag ergibt sich eine grosse Halbachse von etwa 6783 km. Davon ziehst du den Erdradius von 6378 km ab: Die ISS flog im Oktober 2017 also rund 405 km hoch.

Die ISS wird regelmässig angehoben und durch die Restatmosphäre abgebremst. Lade deshalb vor jedem Überflug ein aktuelles TLE, zum Beispiel bei CelesTrak (früher celestrak.com).

Ein Überflug von AOS bis LOS

Ein Überflug (Pass) beginnt mit AOS (Acquisition of Signal): Die ISS erscheint am Horizont. Er endet mit LOS (Loss of Signal): Sie verschwindet wieder.

Dazwischen erreicht sie ihre höchste Elevation. In diesem Moment ist sie dir am nächsten. Die Elevation ist der Winkel über dem Horizont, von 0 Grad (Horizont) bis 90 Grad (Zenit).

Ein Überflug genau über dich hinweg dauert rund 10 bis 11 Minuten. Rechnest du erst ab 10 Grad Elevation, bleiben etwa 6 bis 8 Minuten. Tiefe Überflüge sind deutlich kürzer.

Überflüge kommen in Serien: Mehrere Umläufe hintereinander sind sichtbar, dann folgt eine längere Pause. Der Grund: Während eines Umlaufs dreht sich die Erde um rund 23 Grad weiter. Die Bahnspur wandert dadurch jedes Mal nach Westen.

ISS-Überflug von AOS bis LOS mit Doppler-Verschiebung Seitenansicht eines Überflugs genau über den Beobachter. Die ISS steigt links am Horizont auf (AOS), erreicht oben die höchste Elevation und sinkt rechts wieder unter den Horizont (LOS). Darunter eine Kurve der Doppler-Verschiebung im 70-cm-Band: am Anfang etwa plus 10 Kilohertz, in der Mitte null, am Ende etwa minus 10 Kilohertz. Horizont West Horizont Ost du AOS LOS Doppler 70 cm (437,8 MHz) +10 kHz 0 −10 kHz
Zeit seit AOS: 0,0 min Elevation: 0° Entfernung: – Doppler 70 cm: –

Animation: vereinfachter Überflug genau über dich hinweg (Kreisbahn 420 km, ohne Erdrotation, Dauer rund 10,5 Minuten). Mit dem Schieberegler kannst du auch ohne Animation durch den Überflug gehen. Eigene Darstellung AMSAT-HB.

Doppler: die Frequenz wandert

Die ISS ist mit etwa 7,7 km/s unterwegs. Kommt sie auf dich zu, hörst du ihr Signal höher. Entfernt sie sich, hörst du es tiefer. Das ist der Doppler-Effekt.

Entscheidend ist die Radialgeschwindigkeit vr: der Teil der Geschwindigkeit, der direkt auf dich zu oder von dir weg zeigt. Bei der ISS erreicht er am Horizont knapp 7 km/s.

Die Verschiebung berechnest du mit Δf = f · vr / c. Im 70-cm-Band (437,8 MHz) sind das bis zu rund ±10 kHz, im 2-m-Band (145,8 MHz) bis zu rund ±3,4 kHz.

Im 70-cm-Downlink musst du deshalb nachstimmen. Bei FM genügen meist Schritte von 5 kHz. Im 2-m-Band ist die Verschiebung dreimal kleiner und bei FM oft noch tolerierbar.

Doppler-Nachstimmung beim Crossband-Relais (Beispiel Überkopf-Überflug)

Phase Radialgeschwindigkeit Doppler bei 437,800 MHz Downlink einstellen Doppler bei 145,990 MHz
AOS, ISS kommt auf dich zu ca. 7 km/s auf dich zu ca. +10 kHz 437,810 MHz ca. +3,4 kHz
steigend ca. 3,5 km/s auf dich zu ca. +5 kHz 437,805 MHz ca. +1,7 kHz
höchste Elevation 0 km/s 0 kHz 437,800 MHz 0 kHz
sinkend ca. 3,5 km/s von dir weg ca. −5 kHz 437,795 MHz ca. −1,7 kHz
LOS, ISS entfernt sich ca. 7 km/s von dir weg ca. −10 kHz 437,790 MHz ca. −3,4 kHz

Berechnet mit Δf = f · v r / c. Die Frequenzen 145,990/437,800 MHz sind eine Momentaufnahme (ARISS, Abruf 16.10.2026). Bei tiefen Überflügen ist die Verschiebung in der Mitte nicht null, ändert sich aber langsamer.

Die ISS sehen

Die ISS ist eines der hellsten Objekte am Nachthimmel. Du siehst sie, wenn sie von der Sonne beschienen wird und es bei dir dunkel ist. Das ist meist in der Morgen- oder Abenddämmerung der Fall.

Ein sichtbarer Überflug ist ein schönes Erlebnis für Gäste: Sie sehen die Station und hören gleichzeitig ihr Signal. Viele Bahnprogramme zeigen sichtbare Überflüge separat an.

Einen Überflug vorbereiten

  1. Aktuelles TLE laden und die Uhr deines Computers prüfen.
  2. Überflug auswählen: Zeit von AOS und LOS, höchste Elevation, Richtung (Azimut) bei AOS und LOS.
  3. Auf der Statusseite von ARISS prüfen, welche Betriebsart läuft (siehe H6.2).
  4. Frequenzen und Doppler-Schritte notieren, Speicherkanäle programmieren, CTCSS-Ton einstellen.
  5. Antenne zur AOS-Richtung drehen und einige Minuten vor AOS empfangsbereit sein.
  6. Während des Überflugs: zuerst hören, dann kurz senden; Doppler nachführen.
  7. Nach LOS: Log führen und notieren, was gut ging.

Simulator-Aufgabe: eine ISS-ähnliche Bahn

Stelle im Simulator [LINK: Simulator] eine Bahn ein, die der ISS ähnelt, und betrachte einen Überflug über deinem Standort. Trage die Werte aus der ersten Tabelle von Hand ein und vergleiche dann mit den Sollwerten.

Richtwerte: Umlaufzeit etwa 93 Minuten, längster Überflug knapp 11 Minuten, Doppler im 70-cm-Downlink bis etwa ±10 kHz.

Eingabe im Simulator

Schritt Feld Wert
1 Orbit wählen Preset LEO
1 Orbit wählen Bahnhöhe (Perigäum und Apogäum) 420 km (Kreisbahn, Exzentrizität 0)
1 Orbit wählen Inklination 51,6°
1 Orbit wählen übrige Bahnelemente, Startzeit Voreinstellung lassen (Start eine Minute vor dem ersten AOS)
2 Bodenstation Maidenhead-Locator dein Locator, z. B. JN47GJ (Zürich)
3 Satellit Ausrichtung Nadir
Kaskade Downlink Frequenz 437,800 MHz
Kaskade Uplink Frequenz 145,990 MHz

[PRÜFEN: Feldnamen und Ort der Frequenzeingabe im Simulator abgleichen] Die Frequenzen entsprechen dem Crossband-Relais (Stand 16.10.2026).

Erwartetes Ergebnis (aus Formeln berechnet, im Simulator zu prüfen)

Messwert Erwartet Toleranz Herleitung
Umlaufzeit 93,0 min ± 1 min T = 2π · √(a³ / μ) mit a = 6378 + 420 km
Footprint-Radius am Boden ca. 2250 km ± 100 km Erdzentriwinkel arccos(R / a) = 20,2°
Grösste Entfernung bei AOS (0°) ca. 2350 km ± 50 km d = √(a² − R²)
Längster Überflug (Elevation über 0°) ca. 10,5 bis 11 min ± 1 min ohne Erdrotation 10,5 min, mit Erdrotation bis 10,9 min
Überflüge pro Tag (über 0°) ca. 6 4 bis 7 je nach Tag; in Serien mit Pausen
Doppler Downlink 437,8 MHz, maximal ± 10,1 bis 10,5 kHz ± 0,6 kHz v r max. 6,9 bis 7,2 km/s
Doppler Uplink 145,99 MHz, maximal ± 3,4 bis 3,5 kHz ± 0,2 kHz ein Drittel des Downlink-Werts
Freiraumdämpfung 437,8 MHz im Zenit 137,7 dB ± 0,5 dB Entfernung 420 km
Freiraumdämpfung 437,8 MHz bei 0° 152,7 dB ± 0,5 dB Entfernung 2352 km

Berechnet von AMSAT-HB mit Python (Kreisbahn, μ = 398 600 km³/s², R = 6378 km, Standort Zürich 47,4° N). Die Simulator-Datei lag bei der Erstellung nicht vor.

Kontrollfrage: Im Simulator ist die Doppler-Verschiebung im Downlink (437,8 MHz) etwa dreimal so gross wie im Uplink (145,99 MHz). Warum? Und was bedeutet das für deinen Betrieb?

Lösung anzeigen

Die Verschiebung ist proportional zur Frequenz: Δf = f · v r / c. Die Radialgeschwindigkeit ist für beide Richtungen gleich. 437,8 MHz ist rund dreimal so hoch wie 145,99 MHz (437,8 / 145,99 ≈ 3,0), also ist auch Δf rund dreimal so gross: etwa 10 kHz statt 3,4 kHz.

Darum stimmst du vor allem den 70-cm-Downlink in 5-kHz-Schritten nach. Den 2-m-Uplink kannst du bei FM oft fest lassen.

Merksatz:
Ein ISS-Überflug dauert höchstens etwa elf Minuten. Bereite alles vorher vor: aktuelles TLE, Status der Betriebsart, Frequenzen mit Doppler-Schritten und die Antennenrichtung bei AOS.

Formeln zum ISS-Überflug

Grosse Halbachse und Bahnhöhe aus der mittleren Bewegung:

a = μ n 2 3 , h = a − R E

Umlaufzeit:

T = 1440  min MM = 2 π a 3 μ

Doppler-Verschiebung:

Δ f = f · v r c

Entfernung bis zum Horizont (bei AOS und LOS):

d max = a 2 − R E 2

Freiraumdämpfung:

L FS = 32,45 + 20 · log 10 ( d / km ) + 20 · log 10 ( f / MHz ) dB

Grössen und Einheiten:

  • a: grosse Halbachse in km; h: Bahnhöhe in km
  • μ = 398 600 km³/s²: Gravitationsparameter der Erde
  • n: mittlere Bewegung in rad/s (MM in Umläufen pro Tag mal 2π / 86 400 s)
  • MM: mittlere Bewegung aus dem TLE in Umläufen pro Tag
  • R E = 6378 km: Erdradius
  • T: Umlaufzeit in min bzw. s
  • Δf: Frequenzverschiebung in Hz; f: Sendefrequenz in Hz
  • v r: Radialgeschwindigkeit in km/s (positiv: auf dich zu)
  • c = 299 792 km/s: Lichtgeschwindigkeit
  • d: Entfernung Bodenstation–Satellit in km; L FS: Freiraumdämpfung in dB

Beispiel: MM = 15,540 → n = 1,130 · 10 −3 rad/s → a ≈ 6783 km → h ≈ 405 km; T = 1440 / 15,540 ≈ 92,7 min.

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