Future, ein Computerprogramm für Phase-3 Fans.

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1 Future, ein Computerprogramm für Phase-3 Fans. von Franz J. Bellen, Dinslaken, 1.Einführung Wir alle warten auf den Start unseres neuen Satelliten P3-Express, ein Satellit der Phase-3 Generation. Dieser wird die Erde auf einer hochelliptischen Bahn umkreisen. Sein Apogäum dürfte zwischen bis km und sein Perigäum um 4000 km liegen. Die Keplerelemente von Satelliten auf hochelliptischen Umlaufbahnen werden durch die Gravitationskräfte von Sonne, Mond und Erde beeinflusst. Die Beeinträchtigung kann so groß sein, dass der Satellit nach einer geraumen Zeit abstürzt (AMSAT OSCAR-13), oder er umkreist die Erde Jahrzehnte auf einem fast unveränderten Orbit (AMSAT OSCAR-10). Für nicht wenige Satellitenfreunde dürfte es interessant sein, das Verhalten von P3- Express (P3-E) vor dem Start einmal mit angenommenen Keplerdaten zu untersuchen. Der Verfasser hat für Neugierige das Programm Future geschrieben, dass solche Untersuchungen ermöglicht. Zum Programm gehören folgende Dateien: - Future.exe: Die ausführbare Datei. - Future.cfg: Eine Konfigurationsdatei, die der Verfasser für verschiedene Programme benutzt. Außer dem QRA-Locator (hier: JO31JN) sollte nichts verändert werden. - Future.kep: Diese Datei enthält die Keplerelemente. Für AMSAT OSCAR-13 enthält sie einen Keplerdatensatz aus 1988, der sich für Versuche mit dem Programm sehr gut eignet, da der Lebenslauf von AO-13 noch gut in Erinnerung ist. P3-VKW ist ein Datensatz für eine von OE1VKW vorgeschlagene Umlaufbahn für P3-E. P3-GTO beinhaltet einen Datensatz für einen möglichen Ausgangsorbit für P3-E. P3-E0 bis P3-E10 sind Platzhalterdatensätze für Versuche. Sie können überschrieben werden. Unterhalb P3-E10 befinden sich Keplerdatensätze aus dem Internet, die aktualisiert werden können. Dieser Download enthält auch die Daten für AO-10 und AO Future.MOD: Dieses ist die Quelle des Programms. - FutureLib.MOD: Dieses ist die Librarydatei des Programms. - FutureLib.DEF: Dieses ist die Definitionsdatei von FutureLib. Das Programm ist in Modula-2 geschrieben. Wer Änderungen an der Software vornehmen möchte, sollte die Programmiersoftware von XDS-Excelsior, USA, einschließlich der Erweiterung für Top- Speed Modula-2 aus dem Internet downloaden. Sie ist kostenlos. XDS läuft sehr gut unter dem Betriebssystem Windows- XP. Das Programm Future gibt Datensätze aus, mit denen man folgende Graphiken erstellen kann: - Verlauf der Keplerelemente für eine Dauer von 20 Jahren ab Epoch Time, - Verlauf der monatlichen Abweichungen der Keplerelemente, um den Einzeleinfluss von Sonne, Mond und Erde auf jedes einzelne Keplerelement zu ermitteln, - Verlauf der Resonanzfaktoren nach Cook, - eine Sichtbarkeitsgraphik für einen vorgewählten Monat mit Elevationsangaben, - eine Graphik für die maximalen Dopplerverschiebungen nebst Differenzen für 1 Satellitenumlauf. Seite 1 von 11

2 Zusätzlich können aktuelle Satellitendaten berechnet werden. Zur Erstellung der Graphiken empfiehlt der Verfasser die Programme Chart-XL und Advanced Presentations von Harvard Graphics, USA. 2. Monitor Ein- und Ausgaben. Bild 1: Eingabe des zu berechnenden Satelliten Nach dem Start des Programms erscheint eine Eingabeaufforderung, Bild 1. Es muss nur die Nummer des Satelliten eingegeben werden. Nach der ENTER-Eingabe erscheint der Keplerdatensatz des vorgewählten Satelliten, der QRA-Locator des eigenen QTH s sowie die Umrechnung auf Längen- und Breitengrad, Bild 2. Bild 2: Keplerdatensatz des vorgewählten Satelliten und Eingabe des Sichtbarkeitsdatums Seite 2 von 11

3 Im unteren Bildteil wird man aufgefordert, den Monat und das Jahr einzugeben, für den die Sichtbarkeitsdaten erstellt werden sollen. Jede Eingabe muss mit ENTER abgeschlossen werden. Wenn die Eingaben korrekt sind, beginnt die Berechnung, die man auf dem Monitor verfolgen kann. Achtung: Das Programm ist ein Versuchsprogramm mit begrenzten Plausibilitätskontrollen! Ist diese Berechnung beendet, erscheint ein weiteres Eingabefeld ähnlich Bild 1 zur Eingabe einer Satellitennummer, Bild 3. Hier sind zusätzlich 4 LEO-Satelliten aufgeführt. Für den gewählten Satelliten werden laufend die aktuellen Satellitenbahndaten bezogen auf das eingegebene QTH ausgegeben. Bild 3: Vorwahl eines Satelliten für die Berechnung aktueller Parameter Bild 4: Ausgabe der Keplerdaten des vorgewählten Satelliten von Bild 3 Seite 3 von 11

4 Die Ergebnisse zeigen die Bilder 4, 5 und 6. In Bild 3 kann ein anderer Satellit als in Bild 1 vorgegeben werden. Bei der Bewertung der Ergebnisse ist das Alter des Keplerdatensatzes zu berücksichtigen. Er sollte für aktuelle Berechnungen vier Wochen nicht überschreiten. Beendet wird das Programm mit 2*ESC. Bild 5: Erstes Ausgabefenster der aktuellen Satellitenbahndaten Bild 6: Zweites Ausgabefenster der aktuellen Satellitenbahndaten 3. Fileausgaben Zur Erstellung von Graphiken werden folgende Tabellen ausgegeben: Seite 4 von 11

5 Tab1Ph3.txt Einen Ausschnitt dieser Tabelle zeigt Bild 7. Die wichtigsten Keplerelemente: Exzentrizität e, Inklination i, Perigäumwinkel g und der R.A.A.N. h werden monatlich für eine Dauer von 20 Jahren ausgegeben. Die zusätzliche Ausgabe der Perigäum- und Apogäumhöhe erleichtern die Übersichtlichkeit in einer Darstellung. Bild 7: Auszug aus Tab1Ph3.txt Tab2Ph3.txt Diese Ausgabe, Bild 8, gibt im gleichen Rhythmus die monatlichen Abweichungen von e, i, g und h: de, di, dg und dh aus, die auf den Sonnen- und Mondeinfluss zurückzuführen sind. Die Werte deltag und deltah sind die Abweichungen, die durch die nicht kugelsymmetrische Erde verursacht werden. Sie sind in dg und dh nicht enthalten. Bild 8: Auszug aus Tab2Ph3.txt Seite 5 von 11

6 Tab3Ph3.txt Diese Tabelle gibt Mondparameter aus, Bild 9. Bild 9: Auszug aus Tab3Ph3.txt Tab4Ph3.txt Diese Tabelle, Bild 10, gibt nur den Sonneneinfluss auf e, i, g und h aus: des, dis, dgs und dhs. Mit Hilfe dieser und der Tabelle Tab2Ph3.txt können die Störeinflusse für jeden Störer diskriminiert werden. Bild 10: Auszug aus Tab4Ph3.txt Seite 6 von 11

7 Tab5Ph3.txt Diese Tabelle, Bild 11, enthält die Resonanzfaktoren nach Cook. Bild 11: Auszug aus Tab5Ph3.txt TabKepF.txt Diese Tabelle, Bild 12, ist ähnlich Tab1Ph3.txt aufgebaut. In ihr werden die Keplerelemente am 1. und 15. eines Monats ausgegeben. Sie endet mit dem in Bild 2 vorgegebenem Datum. Es handelt sich bei dieser Ausgabe um ein Zwischenprodukt der Berechnungen und kann als Kontrolle benutzt werden. Bild 12: Auszug aus TabKepF.txt Seite 7 von 11

8 TabShift.txt Diese Tabelle, Bild 13, dient zur Bestimmung der maximalen Dopplershiften für 1 Orbit, die irgendwo auf der Erde vorkommen. Die Steilheiten sind die Werte SteilhFA bzw. SteilhFB. Diese Werte sind für eine automatische Frequenzkorrektur interessant. Die fest vorgegebenen Frequenzen sind: für den Uplink kHz und für den Downlink khz. In der Source können diese Frequenzen geändert werden. Bild 13: Auszug aus TabShift.txt Bild 14: Auszug aus TabxyF.txt Seite 8 von 11

9 TabxyF.txt (siehe oben) Diese Tabelle, Bild 14, gibt Daten zur Erstellung einer monatlichen Sichtbarkeitsgraphik aus. Die erste Zeile enthält die Tagesangabe, die erste Spalte die Minuteninkremente, maximal für 1 Tag 1440 Minuten. Ab Zeile 2, Spalte 2, beginnen die Elevationswerte. Für jeden Tag gibt es 2 Ausgaben. Die doppelte Ausgabe wird speziell für das Graphikprogramm Chart-XL benötigt, um eine optimale Lesbarkeit zu erzielen. Seite 9 von 11

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11 4. Schlussbetrachtung Die Bilder 15 bis 19 zeigen einige Beispiele, die aus den Programm-Tabellen erstellt werden können. Es würde den Rahmen dieser Abhandlung überschreiten, ausführliche Erklärungen zu den ausgegebenen Tabellen zu geben. Der Verfasser bittet Interessenten, sich die Beiträge in den unten aufgeführten Quellenhinweisen anzusehen. Das Programm Future kann als ZIP-File unter heruntergeladen werden. [1] Franz J. Bellen, DJ1YQ, "Die Programmiersoftware XDS-x86 von Excelsior", AMSAT-DL Journal Nr.3, Jg.34, September/November 2007 [2] Franz J. Bellen, DJ1YQ, Die Phase-3-Orbit Software von DJ1YQ, AMSAT-DL Journal Nr.1, Jg.34, März/April 2007 [3] Franz J. Bellen, DJ1YQ, "Berechnung der Störgrößen von hochelliptischen Satellitenbahnen", AMSAT-DL Journal Nr.2, Jg.30, Juni/August 2003 [4] Viktor Kudielka, OE1VKW, "Überlegungen zur P3E-Bahn", AMSAT-DL Journal Nr.1, Jg.32, März/Mai 2005 [5] Cook, G.E. "Luni - Solar Pertubations of the Orbit of an Earth Satellite", The Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society, Vol.6, No.3, April 1962 [6] Franz J. Bellen, DJ1YQ, "Mathematisch-graphische Resonanzuntersuchungen von Phase- 3 Orbits", AMSAT-DL Journal Nr.2, Jg.32, Juni/August 2005 [7] Martin Davidoff, K2UBC: "The Radio Amateurs Handbook", Ausgabe 1998 Seite 11 von 11