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業餘微衛星
發展歷史與現狀

No.18   1994 June   p58~67,   by 林茂榮 / BV5OC 彰化郵政575號信箱



    正當高頻傳導狀況達到高潮點的 1989 年時,世界上準備升空的業餘衛星超過七枚,也是達到空前的高潮。這其中,AMSAT-NA 打算升空 的微衛星就占了四枚,這四枚低軌的微衛星打算以同一火箭的副酬載升空。這些是新一代體積極為小巧業餘微衛星的頭一批,往後業餘衛 星會繼續朝著這個方向發展。

Fig 01
業餘微衛星的外觀及內部。
    這些業餘微衛星之所以稱為「微衛星」(Microsat),是因為它們的確都很小巧 (功能一點也不含糊),每枚平均重量只有 10 公斤,不 含天線的話,約是 23 公分大小的立體外殼。

    業餘微衛星是目前為止,表現最棒的業餘衛星,它們可以提供業餘無線電在各方面的應用,其中最主要的目標是,提供世界各地普遍存在 的包封網路通訊,尤其是高頻包封佈告欄 (PBBS) 方面。

    每當高頻傳導狀況進入低潮時,不論 Packet、AMTOR、或最新的 Clover 通訊,國際網路就像是陷於停頓狀態。有了微衛星的輔助,往往 可讓這停頓現象活過來。

    下面即針對各枚微衛星的主要應用做說明、提及每枚微衛星的技術細節、及要操作這些業餘微衛星,所須知道的基本訊息。


業餘微衛星的發展背景

    1989 年剛好是 AMSAT 成立二十週年,從 1969 年成立以來,AMSAT 一直引導著國際業餘衛星團體邁進,希望未來的業餘衛星能朝著小 巧、價廉、有創意的方向發展。當然,這樣的理想,先天上受到下列技術因素的影響。

  • 電子零件小巧化、高效率化的發展。
  • 業餘衛星領域內,各項應用科技的發展。
  • 工程師義工群的能力發展,是否可以把尖端科技帶進衛星領域,把衛星的服務擴展到全部業餘無線電範圍,尤其在公共服務及科學教育方面。

    而微衛星整個計劃,就是朝著如何克服上述困難,融合業餘的傳統精神,早日把業餘衛星的發展,推向另一個高峰境界。

    TAPR 在發展初期,當時的 TNC 1 (包封解碼數據機) 也還在佈線設計階段,同時,TAPR 也尚未把無線電包封網路炒熱起來,而在這之前 ,AMSAT 及 TAPR 成員,終日夢想著,希望有一天能製作一枚,完全投入無線電包封通訊的衛星。

    當時的前 AMSAT 會長 W3IWI,與 TAPR 首任總裁 KD2S,合作成立了一個衛星製作專案。在 WA9FMQ 的穿針引線,這計劃與「為他公司」 (VITA,推廣民生科技的非營利公司) 搭上線,希望能因而促成這夢想早日實現。VITA 公司在這方面也表現得可圈可點,早期配合類似計 劃所做的有, UOSAT-2 上的數據通訊實驗 (DCE: DIGITAL COMMUNICATlONS EXPERIMENT) 專案。

    UOSAT-2 在 1984 年 3 月 1 日成功發射後,就成為 OSCAR 11,DCE 專案在這業餘衛星上表現得很成功。使用過 AO-11 上 DCE 的國家 及地區包括有:南極大陸、澳洲、英國、南非、蘇聯、及美國。最重要的是,DCE 專案證實了,以低軌衛星做包封無線電的佈告欄通訊服 務很理想。所以,英國 UOSAT 與美國 VITA 就繼續合作,發展 UOSAT D、E,其中一枚後來就成為業餘用的 UO-14。

    UOSAT-OSCAR 11 發射成功之後,日本的業餘衛星組織;JAMSAT,打算自己發展一枚攜有類似 PACSAT 構想的包封無線電佈告欄功能的業 餘衛星,該衛星還攜帶有類比詢答機。

    此枚業餘衛星在 1986 年 8 月 12 日發射成功,也就是後來稱為 FO-12 的業餘衛星。它的數位詢答機採 JD 模式,提供了在 2 公尺波 段上聯頻率的四個頻道,及在 70 公分波段的單頻道下聯頻率。類比的詢答機是 JA 模式,提供了在 2 公尺波段,上聯頻率的 SSB 及 CW 通訊頻道,及在 70 公分波段的下聯頻率。FO-12 數據通訊的上聯訊號,是使用曼徹斯特碼 FSK,下聯則是 BPSK,兩者傳速都是固定 的 1200BPS。

    但是,FO-12 升空後,一直被電源問題所困擾,它的電源呈透支狀態 (衛星耗掉的電能比太陽能電池的充電速度還快)。造成此種窘態的 原因有:

  • 高估了該業餘衛星上的太陽能電池效率。
  • 高估了該業餘衛星上的蓄電池容量。
  • 在太空嚴酷的環境下,太陽能電池品質日漸惡化。這電源問題困擾了兩年半之後,終成無法收拾的局面。


業餘微衛星的誕生

    FO-12 上的數據通訊及電源問題,早已傳遍世界,AMSAT 的工程師們,也是站在支持而不放棄的立場。

    1987 年 11 月,在底特律開的 AMSAT 年會當中,一場深夜的討論會,決定了今日業餘微衛星的發展榮面。當時與會的有:在 AMSAT 領 導多年的業餘衛星發展專家 W3GEY,和 W3IWI、N4HY、及 KA9Q 等。

    在這次討論會中,W3GEY 提出了他和 KE3D,私底下已經深思探討多次的構想:製作一枚小巧的業餘衛星。

    W3GEY 認為當時的太陽能電池效率,已經足以發展出有高發射功率的迷你業餘衛星。據他自己稱,當時他認為應可以找到像淺箱一樣的機 械結構,他也已經有了初步腹案以模組方式製作此類業餘衛星。

    該討論會開到凌晨四點時,為微衛星選定了電腦,電源也做好了精密計算,根據這些資料,也打點好發射機的功率大小、尺寸、重量、及 總耗電量等,也幾乎呼之欲出。這些正面結果所帶來的興奮,頓時驅走睡神,大家心裡都盤算著,我們正做出了偉大的決定,它將來一定 會完全改變掉長久以來的傳統業餘衛星發展計劃。

    1987 年 12 月,於 AMSAT 總部所開的會議中,為上述討論會做了決定,正式邁開一大步。此次與會的有 TAPR、SANDPAC、及 AMSAT 等 團體代表。

    在這次會議中,幾乎把微衛星的機械結構定下案來。當時還虧鍾愛 AMSAT 的 WD4FAB 那雙熟練的巧手,藉著電腦的幫忙,展現了大量的 高級設計藍圖,使這些與會代表,能對微衛星有一些外觀上的概念,也因為這樣,製作微衛星上的很多重要決定,都當場解決了。

    此次會議也對發射訊號的調制方式,很認真地探討一番。想到要在一年之內,微衛星可以升空,而這些討論包括地面電台要接收訊號的設 備,是不是配合得上等問題,因此決定採用與 FO- 12 一樣的數據通訊調制方式。這樣才能保證微衛星升空後,可以有許多地面電台,馬 上可以應用業餘微衛星。當時也把詢答機通訊模式定了下來。也就是採用 2 公尺波段上聯,70 公分波段下聯的 JD 模式。

    事情的自然發展,有時往往超乎想像之外。業餘微衛星的發展,也不例外,它後來的發展,就比當初想像的規模,更偉大些。

    1988 年初期,當時任 AMSAT 總裁的 WA2LQQ,正對許多團體發表有關業餘微衛星發展的演講。 AMSAT-BRAZIL (巴西) 的會長 PY2BJO, 一心想要自己發射一枚業餘衛星,已經有好幾年,他希望有朝一日能製作一枚有教育功用的業餘衛星,供年青朋友學習太空科學。

    業餘衛星做為教育用途已不是新鮮事,UO-9 及 UO-11 都是這方面很成功的例子。但是能夠像 PY2BJO 所提,主要的服務對像是青少年, 這卻不是現有的一些業餘衛星所能做到的,他也希望地面電台的設備,不須太昂貴,就能做衛星通訊。而業餘微衛星,正好是實現這夢想 的最好計劃。

    這不期而遇的結果,AMSAT-NA 把所專精的技術全盤托出,而 PY2BJO 的夢想也一舉成真。巴西負責的這項業餘衛星計劃叫做 "DOVE"。 此枚微衛星,就是現在的 DO-17。

    PY2BJO 的這項計劃,曾引起了 LU1AHC 的注目及興趣。當時阿根廷 AMSAT 會長是 LU4ENQ,他們也正在討論,如何可以有一個在軌道上 運行的包封通訊中繼。聽過 PY2BJO 說明微衛星之後,1988 年 11 月,偕同 PY2BJO,趕到美國 Dayton 的業餘展示會會場,與 W3GEY、 W3IWI、及 N4HY,一起討論相關的技術問題。

    當時,LU4ENG 帶著 12 片 TARP 的 PSK MODEM,允諾用複製的方式,製作一枚 JD 模式的微衛星,這就是 LUSAT 計畫,也就是現行由阿 根廷管理的 LO-19 微衛星。

    偉怕學院對小型衛星也一直很有興趣,他們曾製作 NUSAT-1,這是由太空梭帶出太空發射的衛星。AMSAT 其實與偉怕學院走得很近,他 們以前就一直在討論,如何製作一枚業餘用的地球同步衛星,那就是業餘衛星的遠程計畫 (PHASE IV)。

    知道 AMSAT 的微衛星計畫後,偉怕學院心知肚明,這就是他們想要的那種小型衛星。而偉柏學院的偉柏航太科技中心 (簡稱 CAST),對 AMSAT 的微衛星更是一見鍾情,也就接手了一枚微衛星,WEBERSAT,此枚微衛星就是現在以傳送地球影像及做各類科學實驗的 WO-18 微 衛星。


業餘微衛星長得什麼樣?

    在我們詳細說明每枚微衛星之前,先來談這四枚業餘微衛星的共同特點。

    業餘微衛星的結構都採用模組方式,分成五個鋁盒 (盤),堆累而成為一接近正立方體的結構,每邊長約 23 公分 (正確的尺寸是 23 x 23 x 21.3 公分)。基本上。機械結構是由 WD4FAB 及 W3GEY 負責設計。這結構適用於當今世界上任何的火箭發射。參看下圖,你對業 餘微衛星的大小就會有很清晰的概念。

Fig 02
可以看出業餘微衛星的大小。

越小越好

    近代在電子領域所追求的,正如一句老格言:最好的東西有最小的包裝。此句所言不假,甚至,現在比以往更真實貼切。在微衛星次系統 的接收機部份, W3IWI 就充份地掌握住這項要領去設計。

    所有微衛星的接收機核心,便是只有 MOTOROLA MC3362 IC,它是一只採用 10.7MHz 中頻的單只 FM 接收機用 IC。中頻之後有一高品質 的 15KHz 濾波器,連 FM 解調線路也包括在這 IC 內。解出的訊號分別通過濾波器,它有兩組,都是由 1/2 的 TL274 運算放大器 IC 組成的。這兩極的巴特威士 (BUTTERWORTH) 濾波器,對於傳速 1200BPS 及 4800BPS 的訊號,最有利。

    設計初期,在現有的標準傳速 1200BPS 正常運作後,就有增加傳速的構想,所以除了 DOVE (現在的 DO-17) 外,所有微衛星的發射機 / 接收機,都可以提供高達 4800BPS 傳速的數據訊號傳送,而且,發射機及接收機,都可分別遙控設定。

    這部份的接收機線路是由 W3IWI 設計的,在 N7CL 的協助下製作。前端線路方面,為了要能忍受太空嚴酷的環境,所以選用閘極較大的 GaAs FET;中頻的混頻線路,也因為同樣的理由,選用雙閘 MOSFET。本地振盪器的訊號頻率是 100MHz,所以中頻的輸出頻率介於 40 到 50MHz 之間,實際有用的訊號是 45.8 到 46.0MHz 之間,這要看上聯頻率的安排。

    中頻之後,為了提高每個接收頻道的隔離,分別使用 5 只隨耦器。中頻線路共有 5 級。中頻線路是由 WA7CJO 及 W3IWI 共同設計的。 這一部五通道的接收機,總耗電量只有 180 毫安 (mA)。

    另一只好用的 IC,也是 MOTOROLA 製的 MC14469,可定址非同步發射接收器 (ADDRESSABLE ASYNCHRONOUS RECEIVER / TRANSMITTER; AART)。它是由 MOS-P 及 N 通道製作的 CMOS IC,可以接收 1 或 2 組含十一爻的串列資料;首先進來的第一組含有指定位址,當位址 符合時,它會發出兩字組資料,每字組有八爻資料、偶同位核對、啟始位元、及停止位元。

    它也可以和電腦週邊介面普遍應用的 UART 相容。接收到的字組當中,有七爻是定址資料,所以此 IC 就有七隻腳用來定址,這樣,總共 就有 128 組單工的或雙工的資料傳送。

    除了可接收七爻定址資料外,也可以選用另一組七爻的資料,它可以當作資料,也可以拿來做控制用途。所以,MC14469 對於應用在遙測 的 A/D、遙測的 MPU、或遙測數位感測器等,非常省事實用。

    參與業餘衛星製作的老手們,常抱怨衛星裡面千頭萬緒的接線;的確,管理這些接線,也真是棘手。所以痛定思痛,希望在微衛星的製作 上,能以智取勝,好好處置接線管理這些零星瑣碎的事物。

    因此,就要好好利用上述 AART 的特性,這不但使接線管理變得輕輕鬆鬆,而且,遙測點也可以增加;同時,也因為充份利用 AART 的優 點,使微衛星成為空前可以有最多控制指令。

    若是還不明白,我們可以說得更清楚些。運用 AART 之後,微衛星內的遙測接線,只有五條,那是在主電腦與控制模組、控制模組與各模 組之間。使用時,只要把適當的指令傳給 AART,並且把正確選定的類比訊號擺在線上,就可以選定想要的遙測資料,主電腦模組就可以 利用類比 / 數位 (A/D) 轉換器,來得到數位的遙測數據。下指令的情況,也是類似的動作。

    這個模組是由 W3IWI 與 N5BRG 共同完成的,這個模組把原本非常複雜的接線管理,簡化到極單純的境界,而採用 AART 的結果,連控制 指令也可以標準化。

電源系統

    在任何人造衛星中,最重要的系統算是電源。在微衛星中,此系統最重要的線路是蓄電池充電穩壓器 (BATTERY CHARGE REGULATOR; BCR) ,及供電電源穩壓線路。

    蓄電池充電穩壓線路,可以從變化起伏很大的太陽能電池取得充電電壓,經穩壓之後,來充蓄電池。同樣地,供電電源穩壓線路是從蓄電 池取出電壓,穩壓得到 +5V 及 +7.5V,供給微衛星裡頭的線路使用。

    電源系統是由 KE3Z 負責,它是由 KB1MW 協助下,在 ARRL 實驗室製作。高效率的太陽能電池板,由矽半導體電池組成,裝太陽電池的 背板還有特殊的設計,它可以讓穿過的光子再利用。

    太陽電池的電力與機械系統是由 W3GW 及 WD4FAB 設計的,太陽電池板則是簽定合約,由 Solarex 公司製作的。

    太空級的 NiCd 蓄電池貴得驚人,對於大公司而言,可能還符合預算,但是像 AMSAT 這樣非營利的公司,簡直是付不起。

    VE3PAZ 及他所屬的團體提出一個創新構想,他們發明了一個方法,從一般商用等級的 NiCd 蓄電池中,挑出可以達到太空等級性能的電 池。這個構想後來被證明很實用,因為利用同樣方法挑選出的 NiCd 蓄電池,在 UO-11 衛星上,都能正常運作。

    電源系統的平均供電能力是 8 瓦,聽來這好像有點寒酸,不過,這在微衛星上來說,已經很不簡單,況且,這些電源除少部份是相關線 路耗掉外,可以讓發射機產生足夠大的發射功率。

發射機

    發射機的設計及製作由 YT3MV 一手包辦。在歐洲業餘界,YT3MV 是一個才子,當時他正在科羅拉多洲大學電力工程系準備畢業功課。還 好,微衛星的計劃,在 BOULDER 附近展開,所以,YT3MV 就在 W3IWI 的指導下,設計了效率極高的 2 公尺波段 (DOVE 使用) 及 70 公 分波段 (其餘三枚微衛星使用) 發射機。

    這高效率的發射機設計技巧是傳承自此中高手,DJ4ZC。他把這高效率的線性放大器,稱做「參數合成」 (PARAMETRIC SYNTHESIS; HELAPS)。

    參數合成在業餘衛星界是一項廣為流傳的技巧。在 AO-10 及 AO-13 上的發射機,也是應用這種線路。它為什麼會獨受青睬呢?我們可以 看得出來,在微衛星使用的 2 公尺波段發射機,效率可以高達 85%,這的確驚人。就算在 70 公分波段效率稍差些,也可以達到 65%。

    發射機的機械結構安排由 YT3MV 及 WD4FAB 共同完成,最大輸出功率是 4 瓦,但可以由遙測指令把功率降下來。也許有人認為手機都可 以有 5 瓦,4 瓦夠嗎?為什麼還要把它降下來?

    從 FO-12 只有 1 瓦,卻有頗強的訊號看來,4 瓦已經比 1 瓦強了 4dB。所以你可以感受到,微衛星的訊號會很強。因此,一般而言, 作微衛星通訊,使用無指向天線就夠了。這對傳速不高,又採用 PSK 調制,微衛星的 1200BPS 訊號,應會有不錯的誤傳率成績,也許傳 速高到 4800BPS,也會保持這還不錯的結果。

    除了 DOVE 外,微衛星下聯訊號,計劃使用傳速 1200 到 4800BPS 的 BPSK。當然,微衛星的數據生涯,會從 1200BPS 傳速開始。

    除此之外,YT3MV 也兼製了 S 波段 (1269MHz) 接收機,及 S 波段 (240lMHz) 發射機,以提供數位式詢答機線路使用。

    L 波段接收機的精髓是由 W3IWI 設計的;加了 L 波段之後,整部接收機,就成為有四次轉換的超外差線路。

    接收機的前端線路選用 GaAs FET,理由前面已提過。S 波段的發射機線路是以 70 公分波段 PSK 發射機線路為基礎;提供混頻器的本地 振盪訊號,是由原來的振盪線路,加上四級倍頻器所產生的,這樣就可以得到 2401MHz 的訊號。

    後級放大器採用 Avantek 公司的 AV-8140 模組,它的輸出功率 2 瓦,效率 32% 左右。但是使用 S 波段當下聯頻率,對地面電台是很 大的挑戰,因為以低軌微衛星繞經的 15 分鐘而言,使用如此高的頻率,都卜勒效應產生的的頻率偏移,可以超過 100KHz。

電腦軟硬體

    在這一組成員中,人材雲集,都是電腦軟硬體專家,除了早期 AMSAT 設計的線路外,軌道上運行的微衛星,想必還要更多的電腦硬體配 合才行,CPU 當然是首要的考慮。為了能滿足電腦功能,必須慎選 CPU。

    很幸運地,就在底特律開會前不久,SANDPAC 剛出品了專供無線電包封網路使用的 PS186 電腦,它選用 80C186 微處理單元、高速的可 讀寫記憶體 (RAM)、及 Zilog 8530's 系列的 HDLC 串列控制晶片。

    就在 1987 年 12 月的會議前兩週,為了能夠幫忙此片電腦在無線電包封網路的發展,SANDPAC 送了一片給 N4HY。這及時雨,提供了我 們想要的電腦的功能及樣子。開會前,這片電腦就已經在手上,所以該次會議一致通過,採用該電腦的結構。

    W7GXD 先前曾設計過 TNC 1、DSP-1、及一些 TAPR 的專案製作,所以 CPU 的設計就由他負責。他選擇 NEC V-40 晶片,所設計的範圍有 :EDAC 記憶體 (Error Detecting And Correcting),用它來放置主程式及重要資料。大容量的可讀寫記憶體有 8Mbyte,它是被當做 RAMdisk 用。

    另外還有記憶體庫切換、全速的記憶體等。這可以讓微處理單元 V-40 的匯流排,應付繁重的工作,也只有這樣,才能滿足發展微衛星的 許多需求。

    原型機是由 WA7GXD 和 NØADI 共同設計及製造的。而發生緊急事故時,必須能夠重置 (RESET) 電腦;這重置碼式的設計,可以在電腦軟 體當機時,按下「緊急鍵」,就可以重置電腦,這是由 WB6HHV 設計的。 WA4ONG 建議設計時,應該採用大容量的記憶體,他同時也幫忙 取得這不好找的記憶體元件。

    右圖 (略,原圖不清晰) 是 PACSAT 微衛星上使用的 CPU 原型機。這線路板上零件密度之高,很難想像,在一塊小小的模組板上,要擠入 500 枚以上的 IC 。很幸運的是,高科技的發展,像是多層線路板及表面黏著 (SURFACE MOUNT) 技術發達,所以在極小的空間要擠入高密度的線路,已不 成問題。

    用在軌道微衛星上的模組線路板的佈線 (LAY OUT),是由加州專業廠 Texengineering 做的;CPU 板上的零件,則由北卡羅萊那州的 GMI 公司安放加工。

    NK6K 曾是發展 TAPR TNC 1 軟體的主導人物之一,他也是本計劃中,DEC 發展及軟體開發團隊的主要成員之一,長久以來,對無線電包 封通訊及電腦網路,都有很深的興趣,尤其是對包封微衛星特別感興趣。他是電腦軟體工程師,為 Quadron 公司的萬用串列介面,寫過 多工軟體的精華部份,該公司也允諾,微衛星可以免費使用該軟體,同時也答應 NK6K 利用公司時間,發展微衛星上軌道時使用的軟體。

    所以,NK6K 便負責寫系統核心軟體。當然,應用在主系統程式及相關網路程式,如 TCP/IP,等的 AX.25 規約軟體,也是核心軟體的一 部份,這些網路的規劃,是以 KA9Q 的網路軟體為基礎的;而裝置與串列資料間溝通的驅動程式,則是由 WB6YM 負責設計。

    系統命令及控制軟體以及遙測資料收集軟體,都是由 N4HY 撰寫的。而基本的 BBS 軟體是由 NK6K 完成的。想想看這些電腦軟硬體專家 的菁英組合,相信使用過微衛星的 BBS 之後,一定會令你讚歎不已。

    如同每位軟體工程師會告訴你的,每一軟體都無法完美,多少總會有一些錯誤 (BUGS) 在,碰到這種情況,通常須要重置軟體,而這方面 在 UO-11 上就有了;在微衛星上的確有必要這樣的措施,它是由 VE3FLL 撰寫的,這程式就燒在 ROM 內,重置時,它會被拿來執行。

    這是一個複雜的系統,微衛星的正常運轉,必須由自願的指揮台,全心投入工作,每天要處理的瑣事很多。N5BF 著手進行安排如何設立 指揮電台及電台的操作。這包括有,如何接收及收集遙測資料、BBS 系統管理者的安排、及偶發的更新微衛星軟體等工作。如此煩雜的工 作無法一人承擔,所以由 WØRPK 幫忙。

    除此之外,偉伯大學設立的指揮台,可以適用所有微衛星,如果必要的話,可以由學生、教職員、CAST 成員、及一些義工組成有專業素 養的操作群,負責操控任務。

Fig 03
酬載業餘微衛星的雅利安火箭的介面安排
    業餘微衛星是由位於法屬圭亞那的雅利安火箭發射,這一位於南美洲的巨型衛星發射場,是由歐洲太空總署設計興建,雅利安太空中心負 責操控。微衛星是由商業酬載發射的,業餘微衛星是和 SPOT-2 商業衛星,一起升空的,但是業餘微衛星算是次酬載。SPOT-2 是法國所 有的一枚地球資源衛星,上頭安裝有高解析度的照相裝置,可以辨認地表上幾公尺直徑大的物體。

    AMSAT 主動接洽雅利安太空中心,告訴他們,有幾枚業餘微衛星想利用利雅利安火箭的剩餘空間,當成次酬載,發射到低軌道上。這個構 想來往於 AMSAT 與雅利安太空中心,幾次之後就定下案來;在主酬載衛星下方的架上。可以放下四枚業餘微衛星。

    SPOT 是地球資源探測衛星,當然是低軌,而且還打算選太陽同步軌道 (這意思是說,在這軌道上的衛星,對世界任何地方而言,每天出 現的時間大致一定,而且是晨間一週,夜間一週,每天總共約有 5 或 6 次的繞經機會)。太陽同步軌道幾乎是繞極了,因為地球本身, 並非均勻的圓球體,這會擾亂衛星起點,如果能以技巧,克服這種擾亂,就可以使在這軌道的衛星,每天都很準時的出現。

    業餘微衛星就安排在 10:30 AM/PM 的太陽同步軌道上,這也就是說,平均而言,它在世界各地上的當地早上及晚上 10:30 會出現。下表 是業餘微衛星使用太陽同步軌道的參數例子。


業餘微衛星任務

Satellite AO-16
Catalog number 20439
Epoch time 93298.72161595
Element set 707
Inclination 98.6156 deg
RA of node 22.5243 deg
Eccentricity 0.0011307
Arg of perigee 156.6454 deg
Mean anomaly 203.5244 deg
Mean motion 14.29856581
rev/day
Decay Rate 8.6e-07 rev/day^2
Epoch rev 19609
Checksum 320
    PACSAT 及 LUSAT (也就是現在的 AO-16 及 LO-19),是包封無線電通訊用業餘衛星,它可以讓地面備妥設備的電台,操作衛星上的包封 無線電佈告欄。這兩枚業餘微衛星都是選用 JD 通訊模式,上聯是 2 公尺波段,使用曼徹斯特碼 FSK,下聯是 70 公分波段,使用 BPSK。

    所以,使用業餘微衛星做包封無線電通訊,須要備有 2 公尺波段 FM 發射機,及 70 公分波段 SSB 接收機。因為採用 1200BPS 的 PSK 下聯訊號,所以要有特別的解碼機介面。市面上若有 4800 BPS 的 PSK 解碼機介面時,業餘微衛星馬上可以改變到速度較快的 4800BPS 。可惜至今尚未實現。

PACSAT

    在 PACSAT 上有一部 L 波段的接收機,及一部發射功率 1 瓦的 S 波段發射機。而在 LUSAT 上有一部試驗性質的 70 公分波段發射機, 它是一種可以改善 PSK 訊號的發射機。這部發射機是在阿根廷由 LU4ENQ 監督下製作的。值得一提的是,LUSAT 內的導航系統,與其他微衛星有點不一樣。

    業餘微衛星的導航系統很簡單,它是被動式的,只有一條磁鐵。為了考慮在南美洲有比較好的通訊效果,在 LUSAT 微衛星內的磁鐵極性 ,與其他業餘微衛星上的相反 (這樣,微衛星在軌道上的姿態,天線會朝南)。

DOVE

    DOVE (Digital Orbit Voice Experitment) 是 PY2BJO 的夢想,此枚微衛星將使用窄頻 FM 的 2 公尺波段發射機,以數位合成方式,傳 送儲存的語音,或以 AFSK 的方式,傳送遙測資料。

    為了不重覆設計,所以 DOVE 的上聯及下聯,都擺在 2 公尺波段。而這當然要有因應之道才行。

    通常,DOVE 曾週期性地讓它自己的發射機停止運作,而這可以使 DOVE 用來接收可能來自地面指揮台的控制訊號。DOVE 可以使用微衛星 內的 RAM 磁碟,它有 4Mbyte 之多,以儲存數位化的聲音資料。這些資料也可以送給積分器 (很像數位 / 類比轉換器),以產生原來的 聲音。但只有指揮台才可以上聯傳送聲音數據、佈告、及其他波形 (例如體檢該微衛星上的發射機) 資料。

Fig 04
業餘微衛星WO-18的外觀。
    N8IWJ 與 PY2BJO 密切合作,專責發展教育計畫,根據 DOVE 功能,他準備了一份,可以供學校使用的教材,提供對衛星有興趣的學生去 研讀探討。DOVE 的語音編碼是由 W3IWI 及 N4HY 負責,而 N4HY 則負責兼寫這方面所須的軟體。

WEBERSAT

    AMSAT 與偉怕州立學院合作的微衛星計畫叫做 WEBERSAT,這枚微衛星包括有 PACSAT 及 LUSAT 功能,還擺有許多有趣的科學實驗,其外 觀如右圖所示。

    其中最有趣的可能是裝載的 CCD 照相機,它可以由再加疊上去的模組空間內,裝上許多實驗設備,這包括 CCD。它可以由窗口取得微衛 星外的影像,而這窗口若對準地表,就是攝取地表影像。

    比較特別的是攝得影像的傳送,WO-18 是以 10MHz 高取樣率的 A/D 轉換器,把影像數位化;這些數據由電腦處理後,放在 RAM 記憶體 內。這也是對 V40 微處理 (CPU) 記憶體匯流排的考驗,它以直接切換的方式,讓資料快速轉移及巧妙處理影像資料。

    CCD 上的光圈是機械式的,它可以受 CPU 控制。對著地表時,整部 CCD 的視野,可以達 350 公里方塊。

微衛星 下聯(MHz) 上聯(MHz)
AO-16 437.050 145.900
145.920
145.940
145.960
DO-17 145.825 ---
LO-19 437.125 145.840
145.860
145.880
145.900
WO-18 437.100 ---
    除了 CCD 之外,還有許多有趣的實驗,包括光譜等。而 L 波段的接收機,也可以直接連在影像取樣線路上,使地面直接攝取影像,把它 數位化,但是這須要很大的尖峰功率 (EIRP),才能辦得到。這四枚業餘微衛星的工作頻率,請參看右表。

    除了 AMSAT 主導發展的四枚業餘微衛星之外,也有另兩枚由英國 Surrey 大學發展的第三、四枚衛星,那是 UOSAT D 及 E。

    UOSATD 就是現在的 UO-14,它是使用特殊規約的包封無線電通訊,所以,除了 AX.25 規約外,你的電腦也要加入這規約及特殊的 MODEM ,才能正常動作。此業餘衛星使用 9600BPS 的 FSK。

    日本 JAMSAT 在 FO-12 之後,改善原有的電源問題,打算發射富士二號業餘衛星 (FUJI OSCAR 12,在日本國內稱 JAS-1B),也就是現在 的 FO-20。它基本上與 FO-12 類似。但太陽能電池系統有重大的改善。依然採用 JD 模式的數位詢答機,及 JA 模式的類比詢答機。

GEGEY Jan King KB1MW Bruce Hale
N4HY Bob McGwier YT3MV Matjaz Vidmar
W3IWI Tom Clark DJ4ZC Karl Meinzr
KD2S Den Connors WB6HHV Mick Brock
KE3D Gordon Hardman NØADI Chuck Green
WD4FAB Dick Jansson WA4ONG Jim de Arreas
WA2LQQ Vern "Rip"
Riportella
NK6K Harold Price
WA9FMQ Gary Garriott KA9Q Phil Karn
PY2BJO Junior de Castro WB6YMH Skip Hansen
N7CL Eric Gustafson VE3FLL Hugh Pett
WA7CJO Jim Vogler N5BF Courtney Duncan
N5BRG Bob Stricklim WØRPK Ralph Wallio
KE3Z Bob Bloom N8IWJ Rich Ensign
文中提到的呼號及姓名對照表。
    發展業餘微衛星的團隊,是由一群深富天才的業餘家組成的,這是發展業餘微衛星前後的相關歷史梗要。當時許多團體,如 AMSAT、TAPR 、 ARRL、CAST、及其他零星團體,都投入許多心力,甚至擱置了一些計畫。

    TAPR 慨然捐獻了 PACSAT 微衛星內所有的電子費用,而發展業餘微衛星團隊中的成員,也是 TAPR 的人員。ARRL 也大方地借用實驗室給 發展人員使用。解決一些重要的問題。除此之外,也與義大利的姐妹會 AMSAT-I,簽定合約,發展另一枚業餘微衛星,這枚業餘微衛星將 由該國製作組合,該團的領導人是 I2KBD。

    業餘微衛星充滿光明的遠景。擁有體積小、重量輕的優點,幾乎所有酬載火箭,都可以把業餘微衛星帶到軌道上。也許,你現在正享受著 業餘微衛星的包封無線電通訊樂趣。 END



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