E1.2 Geschichte: von OSCAR 1 bis heute

Kapitel E1 – Erste Schritte

Niveau: Einstieg (K1)

Zeitbedarf: ca. 25 Minuten.

1961: Der erste Amateurfunksatellit

Der erste Satellit für den Amateurfunkdienst hiess OSCAR 1. Ein Team von Funkamateuren baute ihn 1961 in einer Garage. Noch im selben Jahr flog er ins All. Am 12. Dezember 1961 wurde OSCAR-1 gestartet. Hinter dem Projekt stand eine Gruppe namens Project OSCAR.

OSCAR steht für «Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio». Weitere OSCAR-Satelliten folgten. Später trägt die Reihe die Kennung AO (für Amsat OSCAR), zum Beispiel AO-6 und AO-7.

Was am 12. Dezember 1961 – nur vier Jahre nach Sputnik 1 – mit einer einfachen Morse-Barke begann, hat sich zu einem hochkomplexen Netzwerk von Erdsatelliten entwickelt, das heute Sprach-, Data- und Videoverbindungen in Echtzeit sowie geostationäre Abdeckungen über halbe Kontinente hinweg ermöglicht.

Part 1: Die Meilensteine der AMSAT-Projekte

Die 1969 im Umfeld von Washington D.C. gegründete AMSAT hat das Konzept von Kleinsatelliten im Wesentlichen etabliert. Die Satelliten wurden traditionsgemäß mit dem Namen OSCAR (Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio) getauft, sobald sie erfolgreich eine Umlaufbahn erreichten.

1. OSCAR-I (1961) – Die Geburtsstunde des Amateurfunks im Weltall

• Start: 12. Dezember 1961 | Startplatz: Vandenberg AFB (USA) | Trägerrakete: Thor-Agena

• Masse: ca. 4,5 kg | Lebensdauer: 22 Tage

• Historische Bedeutung: OSCAR-I war der weltweit erste privat und ehrenamtlich gebaute Kleinsatellit, der als „Huckepack-Last“ (Piggyback) mit einem US-Militärsatelliten ins All gelangte. Er besaß keinen Transponder zur Signalweiterleitung, sondern sendete über eine Leistung von nur 140 mW auf 145,05 MHz stetig das Morsezeichen „HI HI“ (das amateurfunktypische Lachen). Die Änderung der Sendefrequenz durch die Batterietemperatur diente zudem als erste Telemetrieübertragung der Weltraumgeschichte. Dieser historische Bake hat DD1US auf seiner Webseite veröffentlicht: https://www.dd1us.de/spacesounds%202a.html

2. OSCAR-III (1965) – Der erste aktive Relais-Satellit

• Start: 9. März 1965 | Trägerrakete: Thor-Agena

• Historische Bedeutung: OSCAR-III markierte den Übergang von einer reinen Baken-Sendestation zu einem aktiven linearen Transponder. Er empfing Signale im 2-Meter-Band (146 MHz) und wandelte diese simultan um, um sie auf 144 MHz mit 1 Watt Leistung wieder abzustrahlen. Erstmals konnten Funkamateure weltweite Zweiseit-Kontakte (SSB und CW) über einen von Bürgern entwickelten Satelliten durchführen. Zudem war er der erste Amateurfunksatellit mit eigenen Solarzellen. 

  Der OSCAR-3-Report vom Frühling 1965 wertet die Verbindungen über OSCAR 3 aus. Der erste Amateurfunksatellit mit einem Transponder. Er zählt 176 Zwei-Wege-Kontakte.

  Die grosse Mehrheit lief in Telegrafie (CW). Fünf Stationen sprachen über Seitenband (SSB). DL6EZA und HB9RG hatten laut den Reports das aller erste QSO über einen Amateurfunksatelliten. (Siehe auch HB9RG-Trophy der AMSAT-HB)

3. AMSAT-OSCAR 7 / AO-7 (1974) – Das unsterbliche Phänomen

• Start: 15. November 1974 | Trägerrakete: Delta 2310 | Orbi: LEO (ca. 1400 km)

• Historische Bedeutung: AO-7 ist eine der faszinierendsten Legenden der Raumfahrtgeschichte. Er verfügte über Transponder für Mode A (2 m Uplink / 10 m Downlink) und Mode B (70 cm Uplink / 2 m Downlink).

• Das Wunder: Nach dem Ausfall der NiCd-Akkumulatoren im Jahr 1981 durch einen Kurzschluss galt der Satellit als tot. Im Jahr 2002 – 21 Jahre später – erwachte AO-7 überraschend wieder zum Leben! Der Akkumulator hatte sich durch eine Unterbrechung aufgetrennt, wodurch der Stromkreis zu den Solarmodulen wieder frei wurde. Seitdem arbeitet AO-7 im direkten Sonnenlicht weiterhin bravourös und gilt heute als einer der ältesten noch aktiven künstlichen Erdsatelliten.

4. AMSAT-OSCAR 10 / AO-10 (1983) – Der Schritt in den Phase-3-Orbit

• Start: 16. Juni 1983 | Trägerrakete: Ariane 1 | Orbit: HEO (MOLNIJA-Orbit)

• Historische Bedeutung: AO-10 läutete die Ära der hochelliptischen Umlaufbahnen (Phase 3) ein. Im Gegensatz zu den LEO-Satelliten, die nur wenige Minuten Sichtbarkeit boten, ermöglichte AO-10 über ein eigenes Kick-Triebwerk das Erreichen eines Orbits mit hohem Apogäum. Damit standen Funkamateuren stundenlange, interkontinentale Funkverbindungen über ganze Hemisphären hinweg zur Verfügung.

5. AMSAT-OSCAR 13 / AO-13 (1988) – Das Meisterwerk der Phase 3

• Start: 15. Juni 1988 | Trägerrakete: Ariane 4 (Erstflug V22)

• Historische Bedeutung: Unter der Leitung von Dr. Karl Meinzer (AMSAT-DL) entwickelt, gilt AO-13 als einer der erfolgreichsten Amateurfunksatelliten überhaupt. Ausgestattet mit Transpondern für die Bänder Mode B (70cm/2m), Mode JL (23cm/70cm) und Mode S (13cm Downlink) war er das Rückgrat der weltweiten Amateurfunk-Kommunikation in den late 80er und 90er Jahren. AO-13 verglühte im Mai 1996 durch Orbit-Perigäum-Absenkung in der Erdatmosphäre.

6. UoSAT-OSCAR 11 / UO-11 (1984) – Ein Pionier der Digitaltechnik

• Start: 1. März 1984 | Entwickler: University of Surrey (UK)

• Historische Bedeutung: UO-11 brachte das digitale Zeitalter in den Amateurfunksatellitenbau. Er übermittelte digitale Telemetrie, Sprachelektronik (Digitalker) und Experimentaldaten (u. a. für Teilchendetektoren) im ASCII-Format. Er diente als Wegbereiter für modernste Cubesat-Technologien.

7. AMSAT-OSCAR 21 / AO-21 (1991) – Deutsch-Sowjetische Kooperation

• Start: 29. Januar 1991 | Trägerrakete: Zyklon-3 (Plessezk) | Name: Informator-1 / RS-14

• Historische Bedeutung: AO-21 stellte eine historische Kooperation während der Endphase des Kalten Krieges dar. Ein sowjetischer Satellitenbus wurde mit Amateurfunk-Transpondern von AMSAT-DL und AMSAT-NA bestückt. AO-21 bot hervorragende Verbindungen auf 2 m, 70 cm und 23 cm sowie frühe Paket-Radio-Mailbox-Systeme im Orbit.

8. JAS-1b / Fuji-OSCAR 20 (FO-20) & FO-29 (1990 / 1996) – Japans Exzellenz

• FO-20 (1990) & FO-29 (1996): Von der Japan Amateur Radio League (JARL) entwickelt und mit H-I/H-II Raketen gestartet.

• Historische Bedeutung: FO-20 und vor allem FO-29 (auch bekannt als JAS-2) setzten neue Maßstäbe in der Hochfrequenz-Stabilität linearer Transponder. FO-29 besitzt einen äußerst rauscharmen SSB/CW-Analog-Transponder (V/U), der auch nach Jahrzehnten im Dienst bei Funkamateuren weltweit aufgrund seiner Zuverlässigkeit extrem beliebt ist.

9. FUNcube-1 / AMSAT-OSCAR 73 (AO-73) (2013) – MINT-Förderung im Fokus

• Start: 21. November 2013 | Typ: 1U CubeSat

• Historische Bedeutung: AO-73 verbindet klassische Funktechnik mit pädagogischer MINT-Förderung (STEM). Neben einem sehr empfindlichen V/U-Linear-Transponder sendet der Satellit hochfrequente Telemetrie-Datenströme, die mit einfachen Empfängern (DVB-T-SDR-Sticks) an Schulen direkt im Unterricht ausgewertet werden können.

10. Fox-1A / AMSAT-OSCAR 85 (AO-85) (2015) – Die Ära der Cubesat-FM-Relais

• Start: 8. Oktober 2015 | Typ: 1U CubeSat (AMSAT Fox-Serie)

• Historische Bedeutung: AO-85 war die Antwort der AMSAT-NA auf die veränderten Startmöglichkeiten (Verschiebung hin zum CubeSat-Standard). AO-85 bot ein FM-Relais (U/V), das bereits mit einfachen Handfunkgeräten und Yagi-Antennen gearbeitet werden konnte, sowie ein neuartiges Energie- und Strahlungsexperiment der Vanderbilt University.

11. Es'hail-2 / QO-100 (2018) – Der erste geostationäre Amateurfunk-Transponder

• Start: 15. November 2018 | Trägerrakete: SpaceX Falcon 9 | Position: 25,9° Ost

• Betreiber: Qatar Amateur Radio Society (QARS) / AMSAT-DL / Es'hailSat

• Historische Bedeutung: QO-100 (Qatar-OSCAR 100) ist der absolute Meilenstein der Neuzeit. Erstmals befindet sich eine Amateurfunk-Nutzlast auf einem geostationären kommerziellen Nachrichtensatelliten.

• Möglichkeiten: Der Satellit deckt ein Drittel der Erde ab (von Brasilien über Europa und Afrika bis nach Indien). Er verfügt über zwei Transponder:

  1. Schmalband (Narrowband): Für CW, SSB und digitale Betriebsarten.

  2. Breitband (Wideband): Für digitales Amateurfunk-Fernsehen (DATV / DVB-S2) in HD-Qualität.

Part 2: Die Schweizer Raumfahrt-Pioniere im Amateurfunk

Auch die Schweiz hat im Bereich der Kleinsatelliten-Entwicklung Geschichte geschrieben. Mit hochpräziser Technik aus Hochschulen und Kantonen entstanden Projekte, die über das IARU-Amateurfunkfrequenzspektrum betrieben wurden.

1. SwissCube-1 (2009) – Der erste Schweizer Satellit im All

• Start: 23. September 2009 | Trägerrakete: PSLV-CA (Indien) | Katalog-Nr.: NORAD 35932

• Entwickler: École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) unter Einbindung von über 200 Studenten Schweizer Fachhochschulen.

• Rufzeichen: HB9S

• Typ: 1U CubeSat (10 x 10 x 10 cm, 820 Gramm)

Wissenschaftliche Mission & Technik:

SwissCube diente der Erforschung des atmosphärischen Phänomens des Nightglow (Luftleuchten in der oberen Erdatmosphäre auf ca. 100 km Höhe) im infraroten Spektrum.

Amateurfunk-Komponente:

SwissCube nutzte Frequenzen im 70-cm-Amateurfunkband (437,505 MHz). Der Satellit sendete Morse-Baken (CW) sowie AX.25-Datenpakete. Funkamateure weltweit trugen dazu bei, Telemetriedaten beim Überflug zu dekodieren und an das Kontrollzentrum der EPFL zu übermitteln.

Historische Bedeutung:

SwissCube übertraf seine geplante Lebensdauer von 3 bis 12 Monaten um ein Vielfaches. Trotz technischer Hürden – wie extrem hoher Eigenrotation nach dem Aussetzen (Tumbling) – gelang es dem Bodenteam, Nutzlastdaten abzurufen. Der Erfolg von SwissCube führte später zur Gründung des Schweizer Raumfahrtunternehmens ClearSpace, das Technologien zur Beseitigung von Weltraummüll entwickelt.

2. TIsat-1 (2010) – Das Tessiner Technologiewunder

• Start: 12. Juli 2010 | Trägerrakete: Dnepr (Baikonur)

• Entwickler: Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana (SUPSI) in Manno/Tessin.

• Rufzeichen: HB9DE

• Typ: 1U CubeSat (Gewicht ca. 1 kg)

Technische Spezifikationen & Missionsziel:

Hauptziel von TIsat-1 war die Erprobung extrem robuster, kostengünstiger Elektronik unter den rauen Bedingungen der Weltraumstrahlung (Radiation Hardening through Software / Redundanz).

Amateurfunk-Komponente:

TIsat-1 nutzte das UHF-Amateurfunkband (437,305 MHz):

• Transmitter: Morse-Barke (CW) und FSK/Manchester-kodierte Telemetrie.

• Uplink: Experimentelle Fernsteuerung über DTMF-Töne. Funkamateure konnten den Status des Satelliten direkt über weltweite Empfangsberichte bestätigen.

Historische Bedeutung:

TIsat-1 bewies, dass auch kleinere regionale Fachhochschulen mit überschaubaren Budgets eigenständige, hochzuverlässige Weltraumprojekte realisieren können. Der Satellit war ein exzellentes Beispiel für die Synthese aus ingenieurwissenschaftlicher Ausbildung und praktischer Amateurfunkanwendun

Die AMSAT-Phasen

AMSAT-Gruppen ordnen ihre Satelliten in Phasen. Die Phase sagt, auf welcher Bahn ein Satellit fliegt.

Die Bahntypen heissen so:

• LEO. Niedrige Erdumlaufbahn. (inkl. sonnensynchrone)
• MEO. Mittlere Erdumlaufbahn.
• HEO. Stark elliptische Bahn. Der Satellit kommt der Erde nahe und entfernt sich weit.
• GEO. Geostationäre Bahn. Der Satellit bleibt für uns an einer festen Stelle am Himmel.

Es gibt weitere Orbits wie VLEO (Very Low Earth Orbit) oder GEO Synchron, welche zur Zeit im Amateurfunkbereich kein Zielorbit sind.

Phase 5 verlässt den Erdorbit. Das Projekt P5A, eine geplante Mars-Mission der AMSAT-DL, ist eingefroren (Stand der Folien: 2017).

Übung 1: Satellitenorbit Simulation