Wie viele Daten kann ein PocketQube pro Tag übertragen?

Tägliche Kontaktzeit

Ein Satellit in einem kreisförmigen sonnensynchronen Orbit in 525 km Höhe ($i\approx 97.5^{\circ }$, Umlaufzeit $95.1\text{min}$) absolviert $15.14$ Umläufe pro Tag[1]. Da sich die Erde unter der Bahnebene hindurchdreht, während die $J_2$-Knotenpräzession den aufsteigenden Knoten um $0.9856^{\circ }/\text{Tag}$ vorschiebt, erreicht eine Bodenstation in mittleren Breiten oberhalb einer Elevationsmaske von $10^{\circ }$ zwischen vier und sechs Überflüge pro Tag[2].

Stationsbreite (°)	Überflüge pro Tag	Kontakt pro Tag (min)	Mittlerer Überflug (min)	Längste Lücke (h)
0	2,4	15	6,1	11,8
20	2,9	17	5,8	11,9
41,45	3,5	21	6,0	13,0
60	5,5	32	5,9	11,3
78,2	11,0	71	6,5	9,5

10-Tage-Propagation mit Erdrotation. 41,45° ist die Breite der ZBEÜ-Station (Grizu-263A); 78,2° jene von Spitzbergen.

Bei $40^{\circ }$ geographischer Breite und einer $10^{\circ }$-Elevationsmaske beträgt die gesamte tägliche Sichtbarkeitsdauer rund $25\text{min}$, verteilt auf vier bis fünf Überflüge mit einer mittleren Dauer von etwa $5.5\text{min}$. Eine Anhebung der Maske auf $20^{\circ }$ – wie sie erforderlich ist, wenn lokales UHF-Rauschen oder Abschattungen niedrige Elevationswinkel beeinträchtigen – halbiert die nutzbare Kontaktzeit um mehr als die Hälfte.

Protokoll-Framing und ARQ-Overhead

Nicht jedes gesendete Bit transportiert Nutzdaten. Auf Amateurfunk-UHF-Strecken[3] schmälern drei Overheads den Nettodurchsatz:

• Präambel und Synchronisation: $8\text{–}16\text{B}$ alternierender Bits sowie ein $4\text{B}$ langes Synchronisationswort gehen jedem Paket voraus, damit Takt- und Frequenzregelschleife des Empfängers einrasten können.
• Header und FEC-Parität: Standard-AX.25-UI-Frames fügen $16\text{–}20\text{B}$ für Rufzeichen und Steuerfelder hinzu (${\eta }_{\text{frame}}\approx 0.78$ bei $128\text{B}$ Nutzdaten), während das CubeSat Space Protocol (CSP) mit Reed-Solomon-$(255,223)$-Parität einen Rahmeneffizienzfaktor von ${\eta }_{\text{frame}}\approx 0.85$ erreicht.
• Halbduplex-Umschaltzeit ($d_{\text{TX}}$): Da sich Uplink und Downlink eine einzige UHF-Antenne teilen, begrenzen Kommandoquittierungen und Bakenintervalle die kontinuierliche Nutzdatenübertragung typischerweise auf $70\text{–}85\%$ der Überflugdauer oberhalb der Maske.

Maximale Elevation	Über dem Horizont (min)	Marge ≥ 3 dB (min)	Rohdaten (kB)
10°	9,0	0,0	0
20°	10,5	0,9	68
30°	11,0	3,6	262
45°	11,4	4,6	329
60°	11,5	4,9	350
90°	11,6	5,0	362

Kanalbits vor Framing, Codierung und Protokoll-Overhead.

Auslegung des täglichen Nutzdatenbudgets

Bei $4800\text{bit/s}$, einem Framing-Wirkungsgrad von ${\eta }_{\text{frame}}=0.82$ und $80\%$ Sende-Tastverhältnis während $22\text{min}$ täglicher Kontaktzeit oberhalb von $10^{\circ }$ empfängt eine einzelne Station in mittleren Breiten rund $520\text{kB/Tag}$. Nach Abzug der Housekeeping-Baken ($\approx 40\text{kB/Tag}$) kann eine $1\text{P}$-Mission über eine Primärstation $350\text{–}450\text{kB/Tag}$ für komprimierte Bilddaten oder Sensorprotokolle einplanen, während offene Empfängernetzwerke wie SatNOGS Bakenpakete über alle Breitengrade hinweg aufzeichnen[4].