Космический сервер уже на орбите: как принять с него сигнал

27 июня с космодрома Восточный был запущен ^[1] космический аппарат «Метеор-М» № 2-3 и 42 попутных спутника. Среди них и СтратоСат-ТК-1 ^[2], который отвёз наш космический сервер на орбиту. 11 июля в 9:40 пико-спутник RUVDS был выведен из пускового контейнера и отправился в своё самостоятельное путешествие по орбите.

Сейчас расскажем, как же следить за нашим спутником и получать с него данные. К сожалению, в одной статье на Хабре не уместить всех нюансов работы с радиолюбительскими спутниками, поэтому мы разделим инструкцию на две части. Первая — если вы совсем не понимаете, о чём идёт речь и у вас нет никакого опыта работы с радио. И вторая — подразумевающая какой-то опыт или желание его приобрести. И мы очень надеемся, что более опытные радиолюбители будут делиться опытом с новичками и помогать нам с возможными вопросами.

Вариант для простого пользователя

«Просто скажите уже, какой домен ввести, чтобы увидеть страницу из космоса!», — скажет простой пользователь. Пожалуйста — sputnik.rucloud.host ^[3]. На этой странице вы сможете следить за текущим состоянием аппарата, увидеть, какую веб-страницу он сейчас транслирует, где находится и как себя чувствует. Для этого вам не нужно никакого опыта.

Если же хочется чуть-чуть почувствовать себя радиолюбителем, то можно воспользоваться сервисом TinyGS.com ^[4] (ссылки для дублирующих пико-спутников: раз ^[5], два ^[6]). Это сеть радиолюбительских станций, которые принимают телеметрию с радиолюбительских спутников. Наш спутник можно будет отслеживать через неё.

Там же есть и инструкции по тому, как присоединиться к сети. Но это уже больше по части нашей второй половины инструкции.

И ещё можно запрашивать телеметрию в Telegram-боте ^[7] сети радиостанций «Эфир».

Вариант для продвинутых пользователей

Принять телеметрию с радиолюбительских спутников не так уж сложно, как кажется. Для этого вам потребуются три составляющие:

• антенна;
• приёмник;
• программное обеспечение.

▍ Антенна

Все спутники космической миссии СтратоСат-ТК-1 вещают в радиолюбительском частотном диапазоне 435-438 МГц (435,87 МГц — СтратоСат-ТК-1, 436,26 — пико-спутники). Для приёма этого диапазона вам понадобится антенна на 70-сантиметровый участок. Для этих целей можно использовать большое количество разных вариантов антенн. Но мы для примера возьмём антенну УДА-ЯГИ с 5 элементами. Этой антенны вполне достаточно для приёма пакетов телеметрии с космических аппаратов. Она относительно проста в изготовлении, в интернете огромное количество инструкций по её созданию, да и можно купить готовое решение.

В разделе про антенну будет уместно сказать и о том, куда её направлять. Хотя формально это больше относится к программному обеспечению. Чтобы получить целеуказания, можно воспользоваться такими программами, как GPredict ^[8] или Orbitron ^[9], а можно взять пролёты из той же базы TinyGS.com ^[4] (доп. ссылки: раз ^[5], два ^[6]).

▍ Приёмник

Конечно же, не обойтись и без приёмника. Для этого идеально подходит SDR. На данный момент существует достаточно большой выбор SDR-приёмников. Притом что приёмник — одна из важнейших частей всей затеи, не хотелось бы много про него здесь рассказывать, так как только на Хабре по ключевым словам RTL-SDR вы найдёте десяток статей.

В последнее время наиболее интересный по цене/качеству RTL.SDR v3 не поставляется в Россию, и всё же купить его несколько дороже можно на торговых площадках OZON или Авито. Также можно купить радиолюбительские станции «под ключ», вместе с антенной и всем необходимым оборудованием, например, в магазине SpaceJunk ^[10].

Есть и ещё один вариант SDR-приёмника, это так называемый виртуальный SDR. Перечень таких станций есть на странице websdr.org ^[11].

WebSDR — это программно-определяемый радиоприёмник, подключённый к интернету, позволяющий слушать и настраивать его одновременно многим слушателям. Используя его, вы можете пропустить сразу часть и с антенной, и с приёмником. Просто выбирайте подходящий приёмник с нужным частотным диапазоном. Приём при этом не гарантируется, но попробовать можно не выходя из дома.

▍ Программное обеспечение

Получив сигнал с приёмника, его нужно обработать должным образом. Это самая сложная тема, поэтому тут дадим слово опытным радиолюбителям. На сайте Дмитрия Пашкова (r4uab ^[12]) очень много информации о том, как принимать телеметрию со спутников. Он же один из участников сети радиолюбительских станций «Эфир» ^[13].

▍ Расшифровка телеметрии

После того как вы разобрались с декодированием радиосигнала, самое время разобраться, что же вы получили и как это стоит понимать.

Пико-спутники передают телеметрию попеременно в двух модуляциях: Lora и FSK.

Настройки режима LORA: SF 10, CR 5, 436.26 МГц, полоса 250 кГц, пакет по 102 байта.

Настройки режима FSK: 2-fsk, скорость 1.2, 436.26 МГц, полоса 30 кГц, пакет по 62 байта.

Lora как модуляция изначально придумана для интернета вещей и больше приспособлена к передаче коротких сообщений. И вообще, строго говоря, требует отдельного приёмника. Об этом подробно можно почитать на странице GitHub ^[14] проекта TinyGS.

Поэтому штатно порядок передачи выглядит следующим образом: сначала идёт пакет телеметрии LoRa, после этого передаётся пакет с коротким сообщением в 210 байт, затем — пакет телеметрии в FSK, и уже потом передаётся текущий файл космического сервера. После этого повторяется передача телеметрии в LoRa и так далее.

▍ Формат пакета в модуляции Lora

• 0) ‘R’ — символ в ASCII кодировке.
• 1) ‘S’ — символ в ASCII кодировке.
• 2) ‘5’ — символ в ASCII кодировке.
• 3) ‘2’ — символ в ASCII кодировке.
• 4) ‘S’ — символ в ASCII кодировке.
• 5) ‘D’ — символ в ASCII кодировке. Для дублирующих пико-спутников ‘F’ и ‘E’. Уникальный идентификатор спутника.
• 6-9) 4 байта СИСТЕМНОГО ТАЙМЕРА в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 10-13) 4 байта ОСНОВНОГО НАПРЯЖЕНИЯ в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 14-17) 4 байта ТЕМПЕРАТУРЫ БЦВМ в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 18-21) 4 байта УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ПО ОСИ Х в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 22-25) 4 байта УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ПО ОСИ Y в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 26-29) 4 байта УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ПО ОСИ Z в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 30-33) 4 байта МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПО ОСИ Х в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 34-37) 4 байта МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПО ОСИ Y в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 38-41) 4 байта МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПО ОСИ Z в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 42-45) 4 байта МОЩНОСТЬ СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ СТОРОНЫ А в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 46-49) 4 байта МОЩНОСТЬ СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ СТОРОНЫ Б в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 50-53) 4 байта МОЩНОСТЬ СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ СТОРОНЫ В в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 54-57) 4 байта МОЩНОСТЬ СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ СТОРОНЫ Г в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 58-61) 4 байта МОЩНОСТЬ СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ СТОРОНЫ Д в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 62-65) 4 байта ДАВЛЕНИЕ в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 66-69) 4 байта ТОК РАЗРЯДА в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 70-73) 4 байта ТЕМПЕРАТУРА СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ А в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 74-77) 4 байта ТЕМПЕРАТУРА СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ Б в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 78-81) 4 байта ТЕМПЕРАТУРА СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ В в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 82-85) 4 байта ТЕМПЕРАТУРА СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ Г в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 86-89) 4 байта ТЕМПЕРАТУРА СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ Д в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 90-93) 4 байта НАПРЯЖЕНИЕ ЗАРЯДА в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 94-97) 4 байта СЧЁТЧИК ПЕРЕЗАГРУЗОК в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 98-101) 4 байта ИНДЕКС ПЕРЕДАЧИ в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).

▍ Формат пакета короткого сообщения LoRa

• 0) ‘R’ — символ в ASCII кодировке.
• 1) ‘S’ — символ в ASCII кодировке.
• 2) ‘5’ — символ в ASCII кодировке.
• 3) ‘2’ — символ в ASCII кодировке.
• 4) ‘S’ — символ в ASCII кодировке.
• 5) ‘D’ — символ в ASCII кодировке. Для дублирующих пико-спутников ‘F’ и ‘E’. Уникальный идентификатор спутника.
• 6) Количество байт в пакете для сообщения. Не превышать 210 байт.
• 7) Далее — байты данных сообщения.

▍ Формат пакета в модуляции FSK

• 0) ‘R’ — символ в ASCII кодировке.
• 1) ‘S’ — символ в ASCII кодировке.
• 2) ‘5’ — символ в ASCII кодировке.
• 3) ‘2’ — символ в ASCII кодировке.
• 4) ‘S’ — символ в ASCII кодировке.
• 5) ‘D’ — символ в ASCII кодировке. Для дублирующих пико-спутников ‘F’ и ‘E’. Уникальный идентификатор спутника.
• 6-9) 4 байта СИСТЕМНОГО ТАЙМЕРА в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 10-13) 4 байта ОСНОВНОГО НАПРЯЖЕНИЯ в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 14-17) 4 байта ТЕМПЕРАТУРЫ БЦВМ в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 18-21) 4 байта УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ПО ОСИ Х в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 22-25) 4 байта УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ПО ОСИ Y в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 26-29) 4 байта УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ПО ОСИ Z в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 30-33) 4 байта МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПО ОСИ Х в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 34-37) 4 байта МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПО ОСИ Y в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 38-41) 4 байта МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПО ОСИ Z в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 42-45) 4 байта МОЩНОСТЬ СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ СТОРОНЫ А в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 46-49) 4 байта МОЩНОСТЬ СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ СТОРОНЫ Б в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 50-53) 4 байта МОЩНОСТЬ СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ СТОРОНЫ В в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 54-57) 4 байта МОЩНОСТЬ СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ СТОРОНЫ Г в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).
• 58-61) 4 байта МОЩНОСТЬ СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ СТОРОНЫ Д в формате float (самый старший, старший, младший, самый младший).

▍ Формат пакета с файлом FSK

• 0) ‘R’ — символ в ASCII кодировке.
• 1) ‘S’ — символ в ASCII кодировке.
• 2) ‘5’ — символ в ASCII кодировке.
• 3) ‘2’ — символ в ASCII кодировке.
• 4) ‘S’ — символ в ASCII кодировке.
• 5) ‘D’ — символ в ASCII кодировке. Для дублирующих пико-спутников ‘F’ и ‘E’. Уникальный идентификатор спутника.
• 6) Количество байт в пакете для ретрансляции.
• 7) Номер пакета, старший байт.
• 8) Номер пакета, младший байт.
• 9) Далее — байты данных для ретрансляции.

Вместо заключения

На этом пока всё. Просим прощения, что инструкция похожа на знаменитую картинку.

У нас был выбор:

• написать предельно простую инструкцию «Делай раз, делай два», ведущую к результату, но совершенно непонятно, как он был достигнут, и что делать, если на каком-то этапе что-то пошло не так;
• или написать обширно и дать направления для дальнейшего поиска с объяснениями, что и как работает.

Мы постарались пойти по второму пути. Но надеемся, что более опытные ловцы спутников помогут новичкам. А сами опытные ловцы найдут всю необходимую для расшифровки телеметрии информацию.

Ждём вас на страничке нашего космического спутника ^[15].

Другие статьи про наш спутник

1. Космические системы становятся персональными, а серверы — космическими. Зачем RUVDS свой пико-спутник ^[16]
2. Сложности проектирования своего пико-спутника. Или спутник разработать — не блинов напечь ^[17]
3. В космос на попутке. Как спутник RUVDS попадёт в космос ^[2]
4. Предполётные испытания космического сервера. Спутник «ушёл на золото» ^[18]

Выиграй телескоп и другие призы в космическом квизе от RUVDS. Поехали? 🚀 ^[19]