Twórców czwartego polskiego satelity spotkaliśmy na konferencji ARISS, poruszającej zagadnienia dotyczące amatorskiej łączności radiowej z Międzynarodową Stacją Kosmiczną. Przekaz konstruktorów satelity był jednoznaczny – bez pomocy krótkofalowców, orbitalna misja PWSat-2 ma niewielkie szanse powodzenia.

Niepołomicki Klub Krótkofalowców powstał kilka lat temu dzięki wsparciu Młodzieżowego Obserwatorium Astronomicznego. Na jego terenie mogliśmy rozwiesić anteny i zamontować sprzęt radiowy w udostępnionym pomieszczeniu. Okoliczni krótkofalowcy (i nie tylko) otrzymali możliwość realizacji cyklicznych spotkań, których tradycja trwa do dzisiaj (zapraszamy w każdy czwartek od godziny 18.00). Raz w tygodniu mamy możliwość wymiany doświadczeń, prowadzenia łączności radiowych na klubowym sprzęcie, szkolenia młodzieży w kierunku konstruowania urządzeń elektronicznych i zdobycia licencji krótkofalarskiej.

Z Młodzieżowym Obserwatorium Astronomicznym połączył nas jeszcze jeden wspólny projekt – zamierzenie przeprowadzenia łączności radiowej z kosmonautą przebywającym na orbicie okołoziemskiej w międzynarodowym programie ARISS, dedykowanym szkołom i placówkom oświatowym. To spore przedsięwzięcie, wymagające od nas radioamatorów zgromadzenia specjalistycznego sprzętu radiowego o wartości znacznie przekraczającej możliwości finansowe typowego stowarzyszenia.

Zabraliśmy się do pracy. Nasz projekt zwiększenia atrakcyjności zajęć klubowych uzyskał pozytywną ocenę w konkursie „Funduszu Inicjatyw Obywatelskich – Małopolska Lokalnie” i za otrzymany grant zakupiliśmy obrotnicę, najważniejszy i najdroższy element zestawu anten kierowanych komputerowo. Same anteny o dużym zysku wykonaliśmy własnoręcznie, tak jak i sumatory oraz okablowanie. Dzięki uprzejmości dyrektora Obserwatorium Astronomicznego Dominika Pasternaka, cały zestaw został zainstalowany na dachu budynku Planetarium. Od tej pory nasz system mógł automatycznie śledzić obiekty poruszające się po orbicie okołoziemskiej i odbierać słabe sygnały radiowe przez nie emitowane. Dzięki zakupionej rok później radiostacji, osiągnęliśmy możliwość prowadzenia łączności przez satelity amatorskie.

Prezentacja twórców polskiego satelity na konferencji ARISS dotyczyła jego głównej misji, czyli sprawdzenia możliwości szybkiej utylizacji zużytego obiektu przez sprowadzenie go do atmosfery, gdzie spłonie. Ale jak zmusić satelitę do zmiany orbity bez zużywania energii, której już nie posiada? Studenci z Politechniki Warszawskiej wpadli na pomysł rozciągnięcia olbrzymiego żagla, który w szczątkowej atmosferze panującej 600 km od Ziemi zacznie wyhamowywać obiekt i przybliżać go do naszej planety. Stąd zrealizowana idea budowy satelity PWSat-2, mającego na pokładzie taki żagiel i mogącego potwierdzić w warunkach rzeczywistych słuszność tej tezy. Jeżeli eksperyment zakończyłby się powodzeniem, wszystkie nowe satelity będzie można wyposażać w żagiel, skracając życie „kosmicznego śmiecia” jakim jest wyeksploatowane i niedziałające urządzenie, średnio z 25 lat do kilku miesięcy. A takich niepotrzebnych śmieci wokół Ziemi krąży około 20 tysięcy. Przyrost tej ilości spowoduje zderzanie się obiektów pędzących z olbrzymią prędkością i „produkcję” kolejnych odłamków, jeszcze bardziej zagrażającym pracującym satelitom i Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

3 grudnia 2018 roku czwarty polski satelita PWSat-2 dostał się na orbitę okołoziemską przy pomocy rakiety Falcon 9, wraz z wieloma innymi mikro-satelitami. Konstrukcja o wymiarach 10x10x20 cm zawiera komputer pokładowy, baterie słoneczne, akumulatory, czujnik słońca, dwie kamery, moduł łączności radiowej i najważniejsze – żagiel deorbitacyjny z cienkiej folii mylarowej. Żagiel o powierzchni 4 m2 miał być rozwinięty w 40. dniu misji. Jak się potem okazało, musiano go otworzyć znacznie wcześniej.

Satelita drogą radiową wysyła na Ziemię informacje dotyczący stanu baterii, poboru prądu, temperatur (tzw. telemetria) jak i dane z eksperymentów czy zdjęcia z pokładowych kamer. Studenci z Politechniki Warszawskiej mają do dyspozycji dwa centra nasłuchowe (Gliwice i Warszawa), w których zasięgu satelita przebywa około godziny dziennie. To za mało, aby odebrać wszystkie dane i monitorować urządzenie na orbicie. Zaprosili więc do współpracy krótkofalowców, posiadających setki takich odbiorników na całym świecie. Naszym zadaniem miało być odbieranie słabych sygnałów radiowych z PWSat-a, dekodowanie danych i przesłanie ich do serwera uczelni.

Aby rozpocząć nasłuchy szybko zbudowaliśmy przedwzmacniacz antenowy z filtrami helikalnymi i uruchomiliśmy oprogramowanie przygotowane przez zespół PWSat-a. Pierwsze odebrane ramki wywołały wielkie poruszenie wśród naszych operatorów. Potwierdziło to prawidłowe działanie anten, komputerowego systemu śledzenia przelotu satelity oraz odbiornika.

Co ciekawe, na początku nie było wiadomo, który z kilkudziesięciu wypuszczonych satelitów jest PWSat-em (każdy z nich po opuszczeniu pojemnika leci w trochę innym kierunku i z różną prędkością). Dopiero po kilkunastu dniach obserwacji radiowych zdecydowano, jaki obiekt należy śledzić.

Założyliśmy, że nasza stacja będzie działała bez przerwy, dostarczając jak największej ilości danych autorom projektu. Konieczne okazało się jednak codzienne resetowanie oprogramowania. Najpierw robiliśmy to osobiście, teraz wykonujemy reset i sprawdzamy stan stacji odbiorczej zdalnie.

Dzięki pracy takich stacji jak nasza, dostępne mamy bieżące informacje o kondycji satelity. Równie cenne są odebrane zdjęcia oraz wyniki wielu eksperymentów. A najważniejszym z nich było otwarcie żagla deorbitacyjnego 29 grudnia 2018 roku. Proces ten przyspieszono ze względu na wykonanie (szybciej niż zakładano) wszystkich założonych eksperymentów przy znakomitej komunikacji ze satelitą oraz ze względu na realne zagrożenie zderzenia z kosmicznymi śmieciami i rozbicia satelity. Jako stacja uczestnicząca w projekcie otrzymaliśmy prośbę o szczególne wsparcie procesu otwarcia żagla, czyli przesłanie jak największej ilości odebranych danych oraz dostarczenie plików źródłowych z nasłuchów tego dnia. Spodziewano się, że otwarty żagiel przysłoni baterie słoneczne oraz anteny i satelita zamilknie na zawsze.

W sobotę 29 grudnia osobiście stawiliśmy się w klubie, aby sprawdzić działanie urządzeń odbiorczych i być świadkiem tego historycznego wydarzenia. Pierwszy przelot około 9.30 i odebrana telemetria potwierdziły pełne naładowanie baterii i gotowość satelity do otwarcia żagla. W trakcie następnego przelotu do satelity wysłano odpowiedni rozkaz i około godziny 10.50 z PWSat-a odebraliśmy informację o otwarciu pojemnika z żaglem. Na szczęście łączność z nim nie została przerwana i w ciągu kolejnego przelotu satelita przesłał zdjęcie prawidłowo rozłożonego żagla z bardzo cienkiej folii mylarowej.

Zespół PWSat-a ogłosił sukces eksperymentu, podziękował krótkofalowcom za wsparcie jednocześnie prosząc o dalszy nasłuch w celu monitorowania drugiej części doświadczenia, czyli zachowania się satelity z rozłożonym żaglem.

W momencie pisania niniejszego tekstu, mamy nadal dwustronną łączność ze satelitą. Poziom energii uzyskiwanej z baterii słonecznych pozwala na bieżące nadawanie drogą radiową danych telemetrycznych oraz pojedynczych zdjęć. Co najważniejsze, od momentu otwarcia żagla PWSat-2 zbliżył się do Ziemi około dwa kilometry, co potwierdza teorię przedstawioną przez studentów z Politechniki Warszawskiej.

Ogłoszono również ranking krótkofalowców na całym świecie, wspierających odbiór informacji z satelity. Stacja Niepołomickiego Klubu Krótkofalowców SP9MOA przy Młodzieżowym Obserwatorium Astronomicznym znalazła się na trzecim miejscu, dostarczając kilkanaście tysięcy pakietów danych. To konkretny wkład niepołomickiego środowiska krótkofalowców w rozwój Polskiego Programu Kosmicznego.

Nasze anteny nadal śledzą PWSat-a, przykładowy odbiór sygnałów widoczny jest na filmie youtube.com/watch?v=sYk1yak67hw. Na żywo odbiór pakietów danych można obserwować podczas zajęć klubowych w każdy czwartek od godziny 18.00 (budynek Planetarium). Zapraszamy!

Mariusz Cieluch SP9HSQ
sekretarz Niepołomickiego Klubu Krótkofalowców