Un Natale di cubesat: decine di nuovi "birds" da monitorare. Ecco quali, e come

Tra il 19 e il 21 novembre una vera tormenta di nanosatelliti cubesat (formati da uno o più moduli di 10 cm di lato ciascuno) si è scatenata in orbita, per la felicità dei radioamatori che seguono la telemetria di queste piccole sonde sperimentali sviluppate perlopiù nell'ambito dei piani di studio in scienze aerospaziali di numerose università americane e non solo. Due vettori sono partiti da terra, un Minotaur-1 dalla base di Wallops in Florida e un Dnepr da Yasny in Russia. A seconda delle fonti consultate il primo aveva a bordo 29 o 30 satelliti di cui 12 dotati di ripetitori operativi in bande amatoriali, mentre il vettore russo trasportava in totale 34 satelliti (uno di loro, UniSat-5, ha dispiegato a sua volta un certo numero di satelliti, uno dei quali, il peruano PUCP-SAT-1 conteneva un PocketPUCP). Nader Omer ST2NH ha compilato uno schema di lancio di questo complicato vettore. Il totale di satelliti operativi in bande amatoriali dovrebbe essere di 24 (altre fonti ne indicano qualcuno di meno). Il più famoso cubesat a bordo del Dnepr è sicuramente il britannico FunCUBE-1, che ha dato inizio all'omonimo progetto del ricevitore-dongle per interfaccia USB da cui è poi derivata la pletora di chiavette low-cost per la ricezione in bande VHF-UHF. Agli oltre 30 cubesat partiti da terra se ne aggiungono altri quattro messi in orbita dagli astronauti della stazione spaziale.  Non finisce qui. Il 5 dicembre dovrebbe partire dalla base di Vanderberg un vettore Atlas V 501 con una decina di satelliti cubesat di cui almeno 5 operativi in banda radioamatoriale.

Mineo Wakita, JE9PEL nella sua Satellite List amatoriale elenca queste frequenze (riportate da AMSAT UK):

Satellite         Uplink          Downlink         Beacon       Mode
- 
ISS deployment:
PicoDragon           .            437.365          437.250      1200bps AFSK,CW
ArduSat-1            .            437.000             .         9600bps MSK
ArduSat-X            .            437.000             .         9600bps MSK
TechEdSat-3          .            437.465          437.465      1200bps AFSK,CW
-
Minotaur-1 launcher:
Black Knight-1       .            437.345             .
CAPE-2               .            145.825/437.325     .
COPPER               .            437.290             .         9600bps
DragonSat-1          .            145.870             .
Ho'oponopono-2       .            427.220             .         9600bps FSK/GMSK
KYSat-2              .            437.405             .
NPS-SCAT             .            437.525/2401.200-2447.600
PhoneSat-v2          .            437.425/2401.200-2431.200
SwampSat             .            437.385             .
TetherSat            .            437.100/305         .         9600bps GFSK
TJ3Sat               .            437.320             .
Trailblazer-1        .            437.425             .
-
Dnepr launcher:
BRITE-PL1            .            2234.4
CubeBug-2            .            437.445             .         1k2 AFSK 9k6 FSK,GMSK
Delfi-n3Xt        435.530-570     145.880-920         .         Transponder(U/V)
Delfi-n3Xt           .            145.870/930         .         1200bps AFSK
Eagle-1              .            437.465             .         9600bps GFSK
Eagle-2              .            437.505             .         9600bps GFSK
E-Star-2             .            437.485             .         1200bps AFSK
First-MOVE        435.520         145.970             .         1200bps BPSK
FUNcube-1         435.150-130     145.950-970         .         Inverting(U/V)
FUNcube-1            .            145.935             .         1200bps BPSK
GOMX-1               .            437.250             .         1k2/2k4/4k8/9k6 GMSK
HiNCube              .            437.305             .
Humsat-D             .            437.325/437.525     .
ICUBE-1           435.060         145.947             .         1200bps BPSK
NEE-02 Krysaor       .            980.000?            .
PUCP-SAT-1        145.840         145.840/437.200     .         1200bps AFSK
Pocket-PUCP          .            437.200          437.200      1200bps AFSK,CW
Qubescout-S1         .            437.525             .         9600bps GMSK
Triton-1          435.xxx         145.815/860     2408.000      9600bps RC-BPSK
UniSat-5             .            437.175/425         .         9600bps GMSK
UWE-3                .            437.385          437.385      1200bps FSK,CW
VELOX-P2          437.305         145.980             .         1200bps BPSK
Wren                 .            437.405          437.405      1200bps FSK,CW
ZACube-1          145.860         437.345           14.099

I satelliti lanciati da Minotaur fanno parte dell'iniziativa NASA ELANA IV, che ha distribuito una mappa con l'indicativo dei cubesat e l'istituzione responsabile della realizzazione:

Per quanto riguarda il lancio di Atlas V il blog PE0SAT di Jan van Gils offre queste anticipazioni sulle frequenze utilizzate: 

Nader's Satellite Blog, DK3WN SatBlog di Mike Rupprecht e lo stesso sito di Mineo Wakita contengono informazioni aggiornate di ora in ora sul monitoraggio e sul software che consente di entrare nel dettaglio della telemetria trasmessa da questi e altri cubesat, Ma anche noi italiani abbiamo esperti come Aldo Moroni, IW2DZX. Aldo con la sua antenna crossed dipole e una serie di front end e applicazioni SDR sta seguendo le evoluzioni orbitali del FunCUBE-1, ormai ufficialmente ribattezzato AO-73 per sottolineare il suo ingresso nel firmamento dei satelliti radioamatoriali veri e propri. La ricezione effettuata attraverso un setup basato sul FunCUBE Dashboard, il software rilasciato da AMSAT-UK, ha prodotto tra le altre questa videata:

Ecco come Aldo descrive la sua configurazione:

«La chiavetta DVB-T è gestita con la solita DLL RTL. Il sample rate lo riduco a 1.02Msps per contenere le dimensioni del file di registrazione in baseband. In HDSDR [il software SDR utilizzato per la sintonia - NdR] seleziono DRM e ottengo una larghezza del filtro di IF che mi permette di avere una finestra temporale decente senza toccare la sintonia per compensare l'effetto doppler. L'audio di uscita da HDSDR lo mando a VB-Audio (una versione free di Virtual Audio Cable, [il cavetto virtuale che serve a instradare l'audio da analizzare dal software HDSDR alla scheda audio del computer- NdR]). Il bellissimo software di decodifica dei dati telemetrici, messo a disposizione dal team Funcube [FunCUBE Dashboard - NdR], si becca l'audio in ingresso da VB-Audio e grazie a un AFC efficentissimo, provvede a compensare il doppler audio. Decodificati i dati, li visualizza sulla schermata che hai visto e provvede ad inviarli (previa registrazione) al sito Funcube.»

Quello di Aldo è solo uno tra più esperti radioamatori italiani  in questo momento impegnati a dare la caccia a questa raffica di oggetti volanti identificabili. Pierluigi Poggi, IW4BLG merita sicuramente di essere citato qui per la sua traduzione italiana del dettagliato manuale sul FunCUBE e il suo software. Tutti possono vedere i dati che il sito FunCUBE-1 pubblica in tempo reale raccogliendoli dai radioamatori che hanno prelevato la Dashboard. Per seguire le orbite e i segnali degli altri cubesat occorre risalire ai Keplerian Elements (two lines elements TLEs) che si possono trovare aggiornati sui siti riferibili alle varie missioni e vengono raccolti da T.S. Kelso sul sito Celestrak a partire dall'identificativo NORAD - North American Aerospace Defence Command, del satellite da tracciare. Bisogna tenere presente che per lanci multipli - da singoli POD inviati in orbita da un vettore o dalla Stazione Spaziale - possono valere gli identificativi NORAD relativi al dispositivo che effettua il lancio (la ISS, per esempio), in attesa che il satellite distaccatosi dal POD si distanzi a sufficienza e riceva un suo identificativo autonomo. Una fonte più ufficiale è Space-Track gestita direttamente dallo Space Command USAF (richiede registrazione gratuita).  Anche l'organizzazione AMSAT globale ha una pagina dove è possibile scaricare i Kepleriani aggiornati. Utilizzando un programma di tracking in genere le informazioni sui TLE vengono aggiornate automaticamente. Un software come SDR-com integra ad esempio una DLL che rende immediato individuare la posizione orbitale di un satellite e sintonizzarne il segnale, addirittura con la compensazione automatica della deriva di frequenza causata dall'effetto Doppler (dettagli su SDR-satellites.com). In giro per Internet ci sono numerosi programmi free o a pagamento (due elenchi vengono curati da AMSAT stessa e da Celestrak). Un progetto molto interessante è l'open source multipiattaforma GPredict di Alexandru Csete OZ9AEC, uno sviluppatore attivissimo nel campo delle applicazioni SDR per chiavette USB. GPredict è molto avanzato ma la sua installazione su piattaforme non Windows può richiedere qualche competenza in più, su MacOS per esempio è disponibile solo attraverso un port e non per l'installazione diretta. Oggi grazie al Web e alle app mobili ci sono tantissime alternative al tracking basato su specifici programmi. Con siti come N2YO potete visualizzare la posizione di migliaia di satelliti, inclusi i cubesat direttamente online e sono sempre più numerose le apple per ambienti iOS e Android. Una volta stabilita la finestra di visibilità di un satellite rimane il problema di tracciarlo via radio. Per chi fosse interessato alla telemetria è quasi sempre necessario avere un sistema di correzione automatica della deriva Doppler, a meno di non disporre di decoder con AFC integrato (FunCUBE Dashboard per esempio ce l'ha).

Infine per i dettagli sui lanci di nuovi satelliti a bordo dei vari vettori oggi operativi si può fare riferimento alla Gunter's Space Page di Gunter Dirk Krebs. Radiopassioni naturalmente cercherà di tenervi sempre il più possibile al corrente e aspetta con ansia le vostre segnalazioni. Chiudiamo per ora con questa fantastica immagine dei cubesat rilasciati dalla Stazione Spaziale.

Dal tracciamento radio al puntatore laser: la caccia al satellite diventa arte audiovisuale

Luis Bustamante, alias Protonumerique - designer e coder colombiano residente a Berlino - ha sparato una autentica cannonata di suggestioni ai lettori di Instructables, l'esclusiva community di "makers", gli appassionati di do it yourself del terzo millennio, quelli che hanno sostituito il meccano con Arduino, acquisita addirittura da Autodesk, il colosso del software per CAD. Il suo progetto riguarda la realizzazione di un cannone laser autoguidato in grado di sparare un raggio (green laser) verso i satelliti in orbita, satelliti che vengono tracciati via software partendo dalla posizione GPS del cannone e dai dati orbitali. Insomma, un puntatore pilotato da Arduino e da uno step motor, per fare del satellite tracking ottico. Poche ore dopo la pubblicazione del suo progetto Protonumerique ha pensato di modificare il titolo originario, "Satellite Laser Cannon", con qualcosa di più neutro, Satellite-spotting Laser, per evitare il ricorso a una terminologia troppo militare. La materia è in effetti un po' controversa. L'idea di sparare raggi laser per "illuminare" i satelliti in volo orbitale non è del tutto nuova (qui un "hack" presentato nel 2011), in questi ultimi anni ci sono stati diversi progetti, ma a parte le implicazioni per i costruttori di questi sistemi (i laser utilizzati potrebbero essere illegali in alcune nazioni), si potrebbero avanzare dubbi di natura tecnica (il laser può danneggiare la strumentazione di bordo?) e etiche. Di fatto la tecnica di tracciamento e "ranging" viene utilizzata ufficialmente, per esempio dalla stessa NASA, quindi si può ragionevolmente concludere che svolgere questo tipo di attività a livello hobbystico non sia pericoloso, sempre a patto di non interferire con gli aerei in volo!

Satellite - spotting laser from Protonumerique on Vimeo.

Il lavoro di Bustamante vale comunque un approfondimento attraverso i materiali che Protonumerique pubblica sul suo sito. L'interesse nei confronti della cosiddetta "satellistica" nasce come iniziativa scientifico-artistica, un esempio di interdisciplinare pop-culture, con l'idea di utilizzare gli strumenti di tracciamento in tempo reale degli oggetti orbitali come installazione visiva e sonora, grazie alla proiezione tridimensionale del suono corrispondente alla posizione dei satelliti nel cielo. 

Tutto comincia, scrive Protonumerique, «with the interest on the utopian works of satellite hunters and radio-aficionados around the world. The hours of satellite-pass recordings, the DIY  Antennae, and the thoughts on airspace and its invisible inhabitants, caused the impression of being a discipline in itself, a whole world of specialized knowledge and terminology.» Dopo l'incontro con diversi appassionati, Bustamante decide di sviluppare il concetto di un tracciamento satellitare non più riservato a pochi nerd ma a un pubblico più esteso, interessato al fascino di una disciplina difficile ma densa di implicazioni anche sociali (pensate all'importanza della meteorologia o al tema delicatissimo dei satelliti spia).  

Nasce così il progetto audiovisivo Birds/Nerds Within, presentato al MediaLab Prado di Madrid nel 2010 (in questa pagina trovate il video della presentazione, diverse fotografie e qualche campione del sonoro prodotto, tra cui l'esempio riportato qui sotto; ulteriori dettagli sono pubblicati su questo wiki), con l'obiettivo di costruire una sorta di planetario sonoro e luminoso con le scie delle centinaia di oggetti che popolano in ogni momento il nostro cielo, come una sorta di invisibile rete di lampioni invisibili.

 Tre anni dopo Madrid arriva il puntatore satellitare laser, presentato lo scorso febbraio da Satellistica, una manifestazione organizzata insieme agli astronomi dilettanti a Tunjuelito, un centro della periferia di Bogotà. Adesso l'equipaggiamento che Bustamante ha realizzato per quell'evento viene messo a disposizione di tutti attraverso Instructables, con tutte le istruzioni passo passo e il software necessario per programmare la scheda Arduino che alla base di questo incredibile sat-tracker ottico. Ulteriore documentazione si può trovare sul sito Protonumerique.net.