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Esistono poche esperienze radioamatoriali capaci di produrre lo stesso effetto della prima immagine ricevuta direttamente dalla Stazione Spaziale Internazionale.
Sul display del computer o dello smartphone compare inizialmente soltanto qualche linea colorata. Poi l’immagine prende forma lentamente, riga dopo riga.
La trasmissione che stiamo ascoltando non proviene dal ripetitore sulla montagna.
Non arriva da Internet.
Non è stata scaricata da un server.
Quel segnale radio è stato trasmesso da un veicolo spaziale che sta attraversando il cielo sopra di noi a circa 400 km di quota, viaggiando a parecchi chilometri al secondo.
È la SSTV dalla ISS.
E la cosa più sorprendente è che per riceverla non servono necessariamente attrezzature sofisticate.
Con un ricevitore VHF, una buona antenna e un software di decodifica possiamo ottenere risultati eccellenti.
Che cos’è la SSTV?
SSTV significa:
Slow Scan Television.
Non bisogna immaginarla come una vera trasmissione televisiva in movimento.
La SSTV trasmette principalmente immagini statiche, trasformandole in una sequenza di toni audio.
Ogni parte dell’immagine viene codificata mediante frequenze differenti.
Il ricevitore recupera l’audio e un software ricostruisce progressivamente:
- sincronismo;
- luminosità;
- colori;
- righe dell’immagine.
Il principio permette di trasmettere immagini all’interno di un canale di larghezza paragonabile a quella utilizzata per la voce.
Perché la ISS trasmette immagini SSTV?
Le attività SSTV della International Space Station fanno parte delle iniziative radioamatoriali legate ad ARISS — Amateur Radio on the International Space Station.
Periodicamente vengono organizzati eventi durante i quali dalla ISS viene trasmessa una serie di immagini dedicate, per esempio, a:
- storia della radio nello spazio;
- anniversari;
- missioni;
- cosmonauti e astronauti;
- attività ARISS;
- ricorrenze scientifiche;
- radioamatori.
Non si tratta però di una trasmissione continua.
Questo è fondamentale.
Non basta accendere la radio su una determinata frequenza in qualsiasi giorno dell’anno aspettandosi di ricevere immagini.
Gli eventi SSTV vengono annunciati specificamente e possono essere interrotti o modificati per esigenze operative della Stazione Spaziale.
La pagina ARISS dedicata agli eventi pubblica date, frequenza, modalità e altre informazioni operative.
SSTV dalla ISS: non confondiamola con il repeater
La ISS dispone di differenti sistemi radioamatoriali.
A seconda della configurazione possono essere disponibili:
- voice repeater;
- packet/APRS;
- attività con equipaggio;
- SSTV;
- HamTV;
- altre sperimentazioni.
La modalità operativa può cambiare.
Per esempio, al momento della verifica effettuata per questo articolo, la pagina ufficiale ARISS dello stato delle stazioni ISS indicava il sistema Columbus in voice repeater mode, non una campagna SSTV permanente.
Quindi prima di programmare una sessione SSTV bisogna sempre controllare gli annunci ufficiali.
Frequenza tipicamente utilizzata
Nelle campagne SSTV tradizionali dalla ISS è stata frequentemente utilizzata:
145,800 MHz FM
con immagini trasmesse, in numerosi eventi, nel modo:
PD120.
AMSAT continua a riportare la ISS fra i sistemi capaci di trasmettere immagini, indicando 145,800 MHz e PD120 come configurazione associata alle classiche attività SSTV, rimandando però allo status ARISS per verificare l’effettiva attività.
Questo dettaglio è importante:
frequenza e modo devono essere verificati per ogni evento.
Non bisogna programmarli una volta per tutte.
Cos’è PD120?
La SSTV possiede diversi modi di trasmissione.
Fra quelli più conosciuti troviamo:
- Martin;
- Scottie;
- Robot;
- PD.
PD120 è uno dei modi utilizzati frequentemente nelle campagne ISS.
Il nome indica una modalità progettata per trasmettere immagini a colori con una durata nell’ordine di circa due minuti.
Da qui deriva anche una tipica organizzazione degli eventi:
trasmissione immagine
↓
breve pausa
↓
nuova immagine
↓
pausa
e così via.
In una precedente campagna ARISS, per esempio, veniva indicato un ciclo di circa due minuti di trasmissione seguito da circa due minuti di pausa.
La prima difficoltà: la ISS non resta ferma
La Stazione Spaziale Internazionale orbita continuamente attorno alla Terra.
Dal nostro punto di vista:
- compare sopra l’orizzonte;
- sale nel cielo;
- raggiunge una massima elevazione;
- scende;
- scompare nuovamente.
La finestra radio utile dura quindi soltanto pochi minuti.
Per ricevere una serie di immagini dobbiamo conoscere con precisione:
- AOS;
- azimut;
- elevazione;
- TCA;
- LOS.
AOS e LOS
AOS — Acquisition of Signal
è il momento nel quale la ISS entra nel nostro orizzonte radio.
LOS — Loss of Signal
è il momento nel quale esce nuovamente dalla nostra copertura.
Fra AOS e LOS abbiamo la nostra finestra di ricezione.
Elevazione
La qualità del passaggio dipende fortemente dall’elevazione massima.
Un passaggio con elevazione:
5°
può essere complicato.
La ISS rimane:
- molto lontana;
- vicina all’orizzonte;
- facilmente schermata da edifici e montagne.
Un passaggio da:
50°, 60° o 70°
può essere decisamente più favorevole.
Il tracking
Occorre quindi utilizzare un programma o un’applicazione capace di prevedere l’orbita.
Il software deve conoscere:
- posizione dell’osservatore;
- elementi orbitali aggiornati;
- oggetto da seguire.
Otterremo una previsione del tipo:
AOS → 18:43
Azimut AOS → 220°
Elevazione massima → 67°
LOS → 18:53
Azimut LOS → 45°.
Possiamo così sapere in anticipo dove puntare l’antenna.
Cosa serve realmente?
La configurazione minima può essere sorprendentemente semplice.
Ricevitore VHF
Può essere:
- RTX portatile;
- scanner;
- ricetrasmettitore VHF;
- SDR.
Antenna
Può essere:
- verticale;
- ground plane;
- dipolo;
- turnstile;
- QFH;
- Yagi portatile.
Decoder SSTV
Serve un programma capace di trasformare l’audio in immagine.
Ed è tutto.
Non dobbiamo trasmettere.
Perciò la ricezione SSTV rappresenta un’ottima introduzione al radiantismo satellitare anche per chi sta semplicemente sperimentando la ricezione.
Il setup più semplice possibile
Immaginiamo di possedere un normale portatile VHF.
Programmiamo la frequenza prevista per l’evento.
Disattiviamo eventuali:
- CTCSS;
- DCS;
- filtri particolari.
Utilizziamo FM secondo le indicazioni dell’evento.
Posizioniamo accanto alla radio uno smartphone con un’app SSTV.
Durante il passaggio:
radio → altoparlante;
microfono smartphone → ascolta l’audio.
Sorprendentemente, può funzionare.
Non è la configurazione tecnicamente migliore.
Ma permette di ricevere la prima immagine senza costruire alcuna interfaccia.
Migliorare il collegamento audio
Il sistema ideale prevede invece di portare l’audio direttamente dal ricevitore al computer.
Possiamo utilizzare:
- interfaccia audio;
- uscita cuffie;
- sound card USB;
- interfaccia digitale dell’apparato;
- SDR direttamente sul computer.
Eliminando il passaggio:
altoparlante → aria → microfono
riduciamo:
- rumore ambientale;
- distorsione;
- clipping;
- interferenze.
La qualità dell’immagine può migliorare sensibilmente.
SDR: probabilmente la soluzione più educativa
Un ricevitore SDR permette di osservare direttamente il segnale.
Vediamo sul waterfall:
- portante;
- segnale;
- Doppler;
- rumore;
- eventuali interferenze.
Possiamo inoltre registrare l’intera banda base o l’audio.
Questo significa che, anche se la decodifica in tempo reale non riesce, possiamo riprovare successivamente utilizzando la registrazione.
È una possibilità molto preziosa.
Registrare sempre l’audio
È una delle migliori abitudini durante una campagna SSTV.
Registriamo l’intero passaggio.
Se l’immagine risulta:
- inclinata;
- disturbata;
- con sincronismo errato;
- con colori alterati;
possiamo modificare i parametri e decodificare nuovamente la registrazione.
Il passaggio della ISS non può essere ripetuto a comando.
L’audio registrato sì.
Il Doppler
Anche la ISS produce un evidente Doppler shift.
Quando si avvicina:
la frequenza apparente aumenta.
Quando si allontana:
diminuisce.
Sulle VHF lo spostamento è più contenuto rispetto alle UHF, ma può comunque influenzare la qualità della ricezione.
Nelle campagne ARISS vengono infatti spesso indicate tolleranze di alcuni kHz attorno alla frequenza nominale proprio per tenere conto del Doppler.
Con una normale radio FM
La larghezza del filtro FM può rendere la correzione meno critica rispetto a un segnale SSB stretto.
Tuttavia durante il passaggio può essere utile effettuare piccoli aggiustamenti.
Con un SDR possiamo letteralmente vedere il segnale spostarsi sul waterfall.
Non inseguire troppo aggressivamente
Una regolazione continua e nervosa della frequenza può produrre più danni che benefici.
Meglio:
- osservare il segnale;
- correggere progressivamente;
- mantenere la demodulazione stabile.
Quale antenna utilizzare?
Qui possiamo sperimentare molto.
Verticale omnidirezionale
È la configurazione più semplice.
Una normale antenna VHF esterna può ricevere la ISS, soprattutto durante passaggi favorevoli.
Il problema principale è il diagramma di radiazione.
Una verticale progettata per comunicazioni terrestri concentra normalmente l’energia verso l’orizzonte.
Quando la ISS passa quasi sopra di noi potremmo quindi trovarci proprio in una zona meno favorevole del diagramma.
Antenna portatile
Una piccola Yagi VHF rappresenta un’eccellente soluzione.
Possiamo inseguire manualmente la ISS:
- azimut;
- elevazione;
- polarizzazione.
Il guadagno migliora notevolmente la ricezione.
Più elementi non significa sempre meglio
Una Yagi enorme produce:
- maggiore guadagno;
- fascio più stretto.
Per un satellite che attraversa rapidamente il cielo, un fascio molto stretto richiede un puntamento accurato.
Per un principiante può essere più efficace una piccola direttiva con beamwidth relativamente largo.
La polarizzazione
La ISS si muove rispetto alla nostra antenna.
La geometria cambia continuamente.
Possiamo osservare improvvisi cali del segnale.
Se utilizziamo una Yagi lineare, proviamo semplicemente a ruotarla sul proprio asse.
Potremmo passare in pochi secondi da:
segnale debole
a
segnale fortissimo.
È uno dei motivi per cui le antenne portatili risultano così divertenti nell’attività satellitare.
Antenne a polarizzazione circolare
Una stazione più sofisticata può utilizzare:
- crossed Yagi;
- turnstile;
- sistemi RHCP/LHCP;
- commutazione di polarizzazione.
Questo permette di ridurre alcuni problemi legati alle variazioni della polarizzazione.
Ma per iniziare non è affatto indispensabile.
Come prepararsi a un evento
Una buona procedura potrebbe essere:
1. Controllare ARISS
Verificare:
- data;
- orario;
- frequenza;
- modo SSTV;
- eventuali aggiornamenti.
2. Aggiornare il tracking
Scaricare elementi orbitali aggiornati.
3. Cercare i passaggi
Selezionare quelli con elevazione migliore.
4. Preparare radio e decoder
Non aspettare AOS per scoprire che Windows non riconosce la sound card.
5. Regolare il livello audio
Il segnale non deve essere:
- troppo basso;
- saturato.
6. Preparare la registrazione
Registrare l’audio dall’inizio.
7. Posizionarsi correttamente
Se possibile scegliere un luogo con buona visuale del cielo.
Il momento della ricezione
Arriva l’AOS.
All’inizio sentiamo soltanto rumore.
Poi compare una portante.
Pochi secondi dopo iniziano i caratteristici toni SSTV.
Il decoder identifica l’intestazione.
Sul monitor compare:
PD120
o il modo previsto.
Inizia la scansione.
Prima una riga.
Poi due.
Poi cinquanta.
E lentamente compare un’immagine proveniente dalla Stazione Spaziale Internazionale.
È difficile non sorridere la prima volta.
Problema: immagine inclinata
Uno dei difetti classici è l’immagine che appare progressivamente inclinata.
Può derivare da:
- differenze di clock audio;
- sincronizzazione;
- campionamento;
- software.
Molti decoder possiedono funzioni di:
slant correction.
Possiamo correggere l’immagine successivamente.
Immagine spezzata
Possibili cause:
- perdita temporanea del segnale;
- edificio;
- polarizzazione;
- antenna mal puntata;
- fading.
Se alcune righe vengono perse, spesso il resto dell’immagine continua comunque a essere decodificato.
Colori strani
Possibili cause:
- segnale troppo debole;
- distorsione audio;
- clipping;
- sincronismo;
- impostazione errata del modo.
Ricevo solo rumore
Controlliamo:
- giorno corretto;
- evento realmente attivo;
- frequenza;
- passaggio;
- posizione;
- antenna;
- squelch.
Quest’ultimo punto è importante.
Aprire lo squelch
Durante la ricezione satellitare è spesso conveniente utilizzare uno squelch molto basso o completamente aperto.
Se il segnale oscilla vicino alla soglia, lo squelch può aprirsi e chiudersi continuamente.
Ogni interruzione può rovinare righe dell’immagine.
Meglio ricevere un po’ di rumore in più che perdere continuamente pezzi di audio.
Non tutte le immagini saranno perfette
È parte del divertimento.
Una campagna può produrre:
- immagine perfetta;
- immagine con rumore;
- mezza immagine;
- soltanto qualche riga;
- nessuna immagine.
Possiamo quindi migliorare progressivamente la stazione.
Passaggio dopo passaggio.
Confrontare le configurazioni
Possiamo sperimentare:
verticale vs Yagi;
antenna interna vs esterna;
portatile vs SDR;
audio acustico vs interfaccia;
diverse posizioni;
diverse elevazioni.
La SSTV diventa così un vero laboratorio satellitare.
Quanto costa iniziare?
Se possediamo già un portatile VHF:
praticamente nulla.
Possiamo iniziare con:
- radio;
- antenna originale;
- smartphone;
- software SSTV.
Successivamente possiamo aggiungere:
- Yagi;
- SDR;
- interfaccia audio;
- antenna satellitare dedicata.
È una progressione naturale.
Possiamo ricevere la ISS anche senza licenza?
La semplice ricezione non implica trasmettere verso la ISS.
Le condizioni normative relative alla detenzione e all’uso degli apparati dipendono naturalmente dalla legislazione nazionale, ma la decodifica SSTV è fondamentalmente un’attività di ascolto.
Chi desidera invece trasmettere attraverso sistemi radioamatoriali deve naturalmente rispettare licenza, autorizzazioni e band plan applicabili.
Non trasmettiamo sulla frequenza SSTV
Durante una campagna di ricezione:
non bisogna rispondere all’immagine.
La SSTV downlink è una trasmissione proveniente dalla ISS.
Trasmettere arbitrariamente sulla frequenza di downlink non produce alcun beneficio e può causare interferenze ad altri ascoltatori.
Una stazione avanzata
Dopo i primi esperimenti possiamo realizzare una stazione composta da:
antenne crossed-Yagi
↓
rotore azimut/elevazione
↓
LNA
↓
cavo low-loss
↓
SDR
↓
tracking automatico
↓
registrazione IQ
↓
decoder SSTV.
Il computer può perfino controllare automaticamente il rotore seguendo la ISS.
Ma è interessante ricordare che tutto può essere iniziato con un semplice portatile.
La parte più importante: prepararsi prima
Il passaggio dura pochi minuti.
Quindi:
non bisogna utilizzare quei minuti per configurare il computer.
Prima dell’AOS dobbiamo avere:
- radio accesa;
- frequenza impostata;
- volume regolato;
- decoder attivo;
- registrazione pronta;
- antenna orientata;
- previsione del passaggio aperta.
Quando compare il segnale dobbiamo soltanto seguirlo.
Conclusioni
Ricevere immagini SSTV dalla International Space Station è probabilmente uno degli esperimenti più semplici e spettacolari che un radioamatore possa realizzare.
Combina:
- radio VHF;
- satelliti;
- Doppler;
- tracking orbitale;
- antenne;
- elaborazione digitale;
- immagini.
E non richiede necessariamente una stazione complessa.
La prima volta potreste ottenere soltanto metà immagine.
La seconda magari una foto disturbata.
Poi arriva il passaggio giusto.
Il segnale è forte.
L’antenna segue perfettamente la ISS.
Sul monitor le righe iniziano ad accumularsi.
Dopo circa due minuti osservate un’immagine completa.
E sapete che quei dati, pochi istanti prima, si trovavano su una stazione orbitante sopra la Terra.
È uno di quei momenti nei quali il radiantismo riesce ancora a sembrare pura magia.
Ma dietro quella magia ci sono propagazione, meccanica orbitale, radiofrequenza e un po’ di pazienza.