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Looking for the James Webb Space Telescope

January 6th, 2022

Artist conception of the James Webb Space Telescope. (Credit: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez)

As the long-awaited launch of JWST happened recently at Christmas and it is on the 1.5 million km journey to Lagrange Point L2, I found some time to collect information about the communication system. I was very pleased to see a frequency in the satellite band next to the 13 cm amateur radio band. It is being used for a telemetry downlink with 6 W into a pair of omni-directional antennas. Feed and LNA are not really designed for this part of the band, but still usable with some loss. Later the scientific traffic will happen in the 26 GHz Ka-band.

When looking for tracking data, I found a two line element data set at NORAD dating back to December 28, 2021 for JWSTs NORAD number 50463.

1 50463U 21130A   21362.00000000  .00000000  00000-0  00000-0 0  9999
2 50463   4.6198  89.0659 9884983 192.3200  17.4027  0.01958082    27

My tracking software accepted it and the calculated information looked very plausible, as the distance to the object was very close to the one published on the official JWST website and azimuth and elevation pointed roughly to L2. I am aware, that JWST must not fly on the direct line, as it will be in a wide orbit around.

Five Lagrange points in the Sun-Earth-System (not to scale). (Credit: NASA)

As in the past, when I received signals from exotic sources like ISEE-3 and Longjiang-2, I used my 3 m dish with the ring feed and LNA for 2320 MHz. I tried to use one of my PLUTO SDRs instead of the 13 cm transverter, but these are far too deaf and the LNAs gain of 16 dB is not enough to show any change in the noise, when switching it on and off. So I used a similar configuration, as before and mounted the 13 cm band ATV converter, I used to receive TV signals from the ISS, to get a sufficient signal level on the IF for the PLUTO.

Trace of the JWST signal, it is not audible. (DJ5AR)

Last, but not least, I saw a trace in the waterfall diagram, a little below the operating frequency. I calculated the doppler of the moving probe to about -2 kHz, which has to be combined with the doppler effect resulting of the Earth rotation. I found the signal 1 kHz too low in the reading, but the PLUTO is stabilized just by an OCXO only and the converter is not locked at all, so I didn´t worry about the difference. Turning the dish away and back to JWST resulted in disappearing and reappearing of the signal. The observed doppler drift over 1.5 hours matched quite well the calculated drift caused by Earth rotation. The shift at the rise is about -400mHz and at the set -2900 Hz, -200 Hz per hour.

Well, I am pretty sure, I have received the signal of the James Webb Space Telescope in a distance of nearly one million kilometres!

Empfang des James Webb Weltraumteleskops

6. Januar 2022

Artist conception of the James Webb Space Telescope. (Credit: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez)

Nachdem das James Webb Weltraumteleskop (JWST) an Weihnachten gestartet worden und auf dem 1,5 Millionen Kilometer langen Weg zum Lagrange-Punkt L2 ist, habe ich beim Stöbern im Internet Informationen und Frequenzen zum Kommunikationssystem gefunden. Demnach sendet es im dem 13-cm-Amateurfunkband benachbarten Satellitenbereich (S-Band) mit 6 W an einem Paar von Rundstrahlantennen Telemetriedaten zur Erde zurück. Der Erreger in meinem Parabolspiegel und der dort installierte Vorverstärker arbeiten hier (50 MHz tiefer) zwar nicht mehr optimal, aber noch brauchbar. Die spätere wissenschaftliche Datenübertragung wird im Ka-Band bei 26 GHz erfolgen.

Das Wissen um die Sendefrequenz ist die eine Sache, die andere ist, die Antenne auf den richtigen Punkt am Himmel zu richten. Antennennachführung für Satelliten im Erdorbit besorgt bei mir ein kleines Programm, das mit sogenannten „Two Line Element Sets“, die von der amerikanischen NORAD stammen, gefüttert wird. Für das Weltraumteleskop mit der NORAD-Nummer 50463 sieht das letzte verfügbare Set vom 28.12.2021 so aus:

1 50463U 21130A   21362.00000000  .00000000  00000-0  00000-0 0  9999
2 50463   4.6198  89.0659 9884983 192.3200  17.4027  0.01958082    27

Ich war mir nicht sicher, ob das auch mit Objekten funktioniert, die den Erdorbit verlassen haben, aber der Vergleich der von meinem Programm berechneten Entfernung mit der aktuellen Angabe auf der NASA-Webseite zeigte ähnliche Werte um 920.000 km. Zudem sahen auch die Richtungswinkel plausibel aus und wiesen in etwa zum am Nachthimmel auf der Verbindungslinie Sonne-Erde liegenden Lagrange-Punkt L2. Da das Teleskop in einen weiten Orbit um diesen Punkt eintreten soll, gehe ich davon aus, dass es auch nicht genau auf der Verbindungslinie Erde – L2 fliegt.

Die fünf Lagrange-Punkte im Sonne-Erde-System (unmaßstäblich). (Credit: NASA)

Für den Empfang habe ich, wie schon bei der Kometensonde ISEE-3 und dem Mondsatelliten Longjiang-2, meinen 3-m-Parabolspiegel, Ringfeed und Vorverstärker für 2320 MHz, ATV-Konverter mit LO= 916 MHz und ein ADALM-PLUTO SDR (Software Defined Radio) am Laptop benutzt, um den empfangenen Frequenzbereich in einem Wasserfalldiagramm sichtbar zu machen. DerPLUTO ist in dem Frequenzbereich leider viel zu unempfindlich, um ihn direkt nach dem Vorverstärker (16 dB Gain) einzusetzen. Deshalb dient der Konverter eigentlich nur dazu, das Eingangssignal weiter aufzupeppen und in einen empfindlicheren Bereich umzusetzen. Gleiches wäre vielleicht auch mit einem zweiten LNA mit entsprechender Durchgangsverstärkung zu erreichen.

Spur der JWST-Aussendung im Wasserfalldiagramm. Das Signal ist nicht hörbar. (DJ5AR)

Der langen Rede kurzer Sinn: Wenige Kilohertz unter der Sollfrequenz tauchte in der vergangenen Nacht eine Spur im Diagramm auf, die verschwand, sobald ich die Antenne wegdrehte und wieder auftauchte, wenn sie zurückgedreht wurde und die fortlaufend aktualisierte Position des Teleskops am Himmel weiterverfolgte. Die Frequenzverschiebung nach unten entsteht aufgrund des Dopplereffekts, denn das JWST entfernt sich von der Erde mit hoher Geschwindigkeit (450 m/s). Das wird dazu auch von der Erdrotation überlagert, wegen der wir uns auf der Erdoberfläche in der ersten Nachthälfte dem Objekt etwas “nähern” und in der Zweiten entsprechend “entfernen”. Das mildert die Verschiebung nach unten bis Mitternacht etwas ab und verstärkt sie danach. So liegt die Dopplerverschiebung beim Aufgang bei -400 Hz und beim Untergang bei -2900 Hz. Pro Stunde verschiebt sich die Frequenz um 200 Hz nach unten. Da die Doppler-Verschiebung aber relativ klein bleibt, stellt das kein Problem dar, vielmehr ist sie ein weiteres Indiz, das richtige Objekt im Fokus zu haben!

Playing with the bird

April 1st, 2019

As soon, as the narrow band transponder was opened in February, I had my first QSOs via QO-100. Using an MKU LNC 10 in a 80 cm offset dish and my 3 m mesh dish for transmitting, made the first steps very (too) easy.

ADALM Pluto and 2 LNAs mounted at a W2IMU feedhorn

In the meantime I mentioned, some hams from the Netherlands, experimenting with ADALM-Pluto SDRs, had very good results. So I got one too and was amazed of variety of possibilities it offers. So I heard my first beacon on 9 cm and it was easy to produce a signal on 13 cm. Recently I got two broadband LNAs (I will call them “A” and “B”) from China and was curious to see how these can be used as power amplifiers too.

Power SourcePower in mW
Pluto 3
Pluto + LNA "A" 22
Pluto + LNA "B" 30
Pluto +LNA "A" + LNA "B"120

After some power measuring I connected the stuff to a W2IMU feedhorn, mounted on a tripod. No problem at all to find my signal on the NB transponder of QO-100. The estimated EIRP is about 2.4 W and results in a signalstrength of 12 dB.

Addendum: April 10th, 2019

3 mW are enough!

At least I mounted a DJ7GP patch feed with the bare naked Pluto in the focus of my 3 m mesh dish. the 3 mW were enough to produce a solid signal on the NB transponder. In this case I have 6 W EIRP to get 16 dB signal.

Longjiang-2 S-Band Beacon received over 400000 km

January 10th, 2019

As I digged a little deeper, I learned, the source of the signal on 2275,225 is not Queqiao, but it is it´s companion Longjiang-2 or DSLWP-B in an orbit around the moon.

August 23rd, 2018

Designed as a relay for the planned chinese Chang’e 4 misson to explore the far side of the Moon with a lander and a rover, the Queqiao probe has reached it´s final destination 60000 km behind the Moon. There it is in a halo orbit with a radius of 15000 km around  the Langrangian L2 point of the Earth-Moon-system. So it won´t be covered by the Moon, seen from Earth.

Queqiao also carries a radio astronomy experiment for low frequency exploration in collaboration with dutch ASTRON. After the lainch in May 2018 two microsatellites Longjiang-1 (DSLWP-A) and Longjiang-2 (DSLWP-B) were released, to enter orbits around the moon. These satellites carry a radio astronomy experiment as well as amateur radio payloads. While Longjiang-1 went lost, Longjiang-2 is operating and can be monitored in the 70 cm band as well as in the S-Band.

The signal of the S-band beacon is audible at about 2275.225 MHz. The used equipment is HDSDR software with a RTL-SDR-Stick connected to a 13 cm ATV Converter (LO=916 MHz) and a 13 cm LNA (Kuhne) at a 23/13cm dualband ringfeed in my 3 m dish.

Reception of ISEE-3

July 30th, 2014

For quite a while now I try to catch a signal of ISEE-3. Because of severe thunderstorms, there was no opportunity to check out yesterday. But today (July 30th, 2014) is the day to listen to this 36 year old bird.

The signal of the beacon on 2,270.414 MHz isn´t too strong, but clearly audible in the speaker. The actual distance is about 1.6 million km, the furthermost man made signal I ever received!

2014-07-30 11_30_21-HDSDRThe downlink transponder A on 2.270.4 MHz uses an antenna array with a gain of 7 dBi, a beamwidth of 12° and circular polarisation. The nominal TX power is 5 W.

The equipment I am using, is just a FUNcube Dongle Pro with a 13 cm ATV converter (LO 916 MHz, IF 1,354 MHz) and a 13 cm LNA near the 23/13 cm dual band ringfeed at my 3 m dish.

Frequency calibration is performed on ordinary 13 cm beacons like DB0UX. The dish calibration is done by optimizing sun noise on 23 cm or the levels of SIRIUS satellites on 13 cm.

The rhythmical fading of the signal seems to be caused by the space probe´s spin of 19.76 revolutions per minute.