6. Januar 2022

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.

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.

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!