Die neue Satellitenempfangsanlage

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Seit dem 19.07.2025 ist die neue Satellitenempfangsanlage in Betrieb. Integriert in die Empfangsanlage ist die AllSky-Webcam. Die Satelliten-Empfangsanlage basiert auf einem Raspberry Pi 5 mit 8GB RAM, einem RTL-SDR Blog V4 SDR-Stick und einer vor Jahren selbst gebauten QFH Antenne. Im Gegensatz zur alten Anlage, kommt nun keine selbst geschriebene Empfangssoftware mehr zum Einsatz. Bei der neuen Anlage kommt die Software Raspberry NOAA V2 zur Verwendung. Lediglich der FTP-Upload wird noch mit selbstgestrickter Software realisiert, da "Raspberry NOAA V2" keinen FTP-Upload bietet. Die AllSky-Webcam läuft ihrerseits mit einer über Github verfügbaren AllSky-Software Link zur Software und dient hauptsächlich der nächtlichen Himmelsbeobachtung. Gerade in Hinblick auf Polarlichter und Meteore. Daher kommt auch hier, wie schon bei der neuen doppelten Wetter-Webcam, ein Waveshare IMX290 Kameramodul zum Einsatz. Mit seinen 2,9um x 2,9um großen Pixeln, kann der IMX290 Kamerachip viel mehr Licht sammeln, als Bildsensoren mit deutlich kleineren Pixelmaßen. Der IMX290 ist daher auch in günstigen Astrokameras, wie beispielsweise der Bresser FullHD Astrokamera verbaut.

Soweit zur AllSky-Wetter und Astrokamera. Zurück zur Satellitenempfangsanlage. Hier nun einige Bilder:

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In diesem mit Aluklebeband umklebten Kasten, befindet sich die Technik. Das Alu-Klebeband dient hauptsächlich der Reflektion von Sonnenstrahlen, um eine Überhitzung des Raspberry Pi zu verhindern. Leider klappt dies an heißen Sommertagen nicht so richtig. Teilweise erreichen die Innentemperaturen Werte, welche den Raspberry zum Heruntertakten veranlassen, um sich nicht noch weiter aufzuheizen. Um zu vermeiden, dass Feuchtigkeit und Kleingetier ins Gehäuse eindringen, gibt es zudem keinerlei Lüftungsöffnungen. Die Abwärme des Raspberry dringt durch Öffnungen im Gehäuse in die Glaskuppel ein und verhindert dadurch ein Beschlagen der Plexiglaskuppel. Zugleich ist dies die einzige Möglichkeit der Abwärme aus dem Gehäuse zu entweichen.

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Da wären der Raspberry Pi 5 mit 8GB RAM. Ausgestattet ist er mit einem Kühlkörper und aktiver Kühlung sowie einem POE-NVMe-SSD Modul. Dieses Modul vereint beides, POE (PowerOverEthernet - Stromversorgung über Netzwerkkabel) sowie Verwendung einer SSD-Festplatte. Und nicht zu vergessen, der RTL-SDR V4 Empfangsstick. Nur durch diesen ist der Empfang der Satelliten überhaupt erst möglich. Gut, wobei es dafür noch etwas anderem bedarf:

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Die QFH-Antenne. Dieses Antennendesign ist speziell für den Empfang von Satelliten auf 137,5MHz abgestimmt und bietet somit besten Empfang. Leider war der Empfang zuletzt nicht sonderlich gut, weswegen ich den Satellitenempfang letztlich sogar komplett eingestellt hatte. Als Ursache hatte ich schon lange Übergangwiederstände in der Antennenleitung durch zahlreiche Steckverbinder wie F-Stecker und entsprechende Kupplungen, Adapter von F-Stecker/Kupplung auf SMA usw. in Verdacht. Selbst Empfangsverstärker haben hier oft nicht weiter geholfen. Da die Antenne recht weit oben sitzt und weit über den Dachgiebel schaut, war es alles andere als einfach, sie vom Dach zu holen. Vor einigen Tagen ist es mir dann aber doch gelungen. Als ich die Antenne dann in der Wohnung und somit Zugang zum inzwischen recht kurzen Antennenkabel hatte, nutzte ich die Gelegenheit um ein vorhandenes RG58 Antennenkabel mit vormontierten SMA-Stecker direkt anzulöten. Dazu wurden beide Kabel abisoliert. Die Innenleiter wurden miteinander verdrillt und verlötet. Als Isolierung kam ein Stück Schaumstoffisolierung aus einem 75Ohm Sat-Antennenkabel zum Einsatz. Um jeglichen Kontakt von Innen- und Außenleiter zu vermeiden, wurde diese Schaumstoffisolierung mit Gewebeklebeband umwickelt. Nach dem Gewebeklebeband folgten noch einige Lagen Alu-Klebeband, auf welchem die Schirmung beider Kabel zum Liegen kommt. Somit ist die Verbindungsstelle perfekt geschirmt und die leitende Oberseite des Alu-Klebebands verbindet zudem die beiden Schirmungen miteinander. Zur Sicherheit wurde die Schirmung an einigen Stellen trotzdem noch verlötet. Abschließend wurde die Verbindungsstelle mit Schrumpfschlauch vor jeglichen Witterungseinflüssen geschützt. Somit gibt es nun zwischen Antenne und SDR-Receiver keinerlei Kontaktstellen und vor allem auch keine Verstärker mehr. Dies macht sich auch im Empfang bemerkbar. Ich empfange nun die besten, jemals empfangenen Satellitenbilder. Oftmals ist eine gute Antenne, sowie eine möglichst Verlustfreie und kurze Antennenleitung eben doch besser, als jeglicher Verstärker. Um zu vermeiden, dass sich Vögel auf der QFH-Antenne nieder lassen und mir, wie in der Vergangenheit oft geschehen, die Kameras voll kacken, wurden zudem Kabelbinder an den oberen Streben der Antenne angebracht.

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Die neue Software zum FTP-Upload läuft nun auch bestens. Diese Software holt sich von WxToImg die Satellitendaten, generiert eine HTML-Seite und wenn der Satellit durch ist, werden die von "Raspberry NOAA V2" erstellten Bilder zusammen mit der HTML-Seite per FTP auf die Homepage geladen.

Was ich allerdings bisher noch nicht lösen konnte: Die NOAA Satellitenbilder werden vorzugsweise per WxToImg generiert, da mir die durch WxToImg generierten Satellitenbilder vertraut sind und ich sie mag. Raspberry NOAA V2 kann die NOAA-Satellitenbilder auch per Satdump generieren lassen, was im Gegensatz zu WxToImg auch stets fehlerfrei funktioniert. Bei WxToImg tritt immer ein Fehler hinsichtlich des Verzeichnisses /var/ramfs auf, von wegen, Datei nicht vorhanden. Dieser Fehler tritt allerdings auch nicht jedes mal auf. Das Verzeichnis liegt im Arbeitsspeicher des Raspberry. Dadurch soll vermieden werden, dass eine eventuell genutzte SD-Karte schnell an ihre maximalen Schreib/Lesezyklen kommt und damit kaputt geht. An sich eine schöne Sache. Leider scheint es auf dem neuen Raspberry Pi 5 allerdings nicht immer richtig zu funktionieren. Mal schauen wie es sich weiter entwickelt. Zumindest werde ich bei WxToImg bleiben. Auch wenn mir dadurch Satellitenaufnahmen entgehen. Dank der beiden Meteor Satelliten, welche deutlich höher aufgelöste Bilder liefern, kommen auch so reichlich Satellitenbilder am Tag rein. Zumal die NOAA Satelliten ohnehin Auslaufmodelle sind und nur noch so lange in Betrieb bleiben, wie sie nutzbar funktionieren. NOAA 18 wurde beispielsweise am 06.06.2025 außer Betrieb genommen, da ihm der Treibstoff zur Lagekorrektur ausgegangen ist. Hoffentlich bleiben uns NOAA 15 und 19, die beiden letzten der alten NOAA Generation, noch einige Jahre erhalten.

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Bei dem gestrigen Starkregen hat sich leider der neue Raspberry Pi 5 verabschiedet. Er startet nicht mehr. Daher muss nun erst einmal Ersatz her. Die Satellitenempfangsanlage sowie die AllSky-Webcam sind daher erst einmal außer Betrieb. In der Probephase hat sich der Raspberry Pi 5 in dem geschlossenen Gehäuse sehr stark aufgeheizt. Die ersten Tests wurden noch mit einem Raspberry Pi 4 durch geführt, welcher sowohl in Sachen WxToImg deutlich stabiler, als auch in Sachen Wärmeentwicklung weitaus unauffälliger war. Da er zudem zur Satellitendekodierung nicht wesentlich länger gebraucht hat, wird der Satellitenempfang, sowie die AllSky-Webcam zukünftig durch einen Raspberry Pi 4 mit 8GB RAM umgesetzt. Der Raspberry Pi 5 ist offenbar nicht zum Betrieb in geschlossenen Gehäusen geeignet. Da der Ausfall während einer Satellitenaufnahme und noch deutlich vor Einsetzen des Starkregens auf trat, gehe ich nicht von einem Defekt durch Blitzschlag oder elektrostatischer Entladung aus, sondern eher durch Überhitzung.

Sofern die Lieferung wie geplant eintrifft, sollte die Satellitenempfangsanlage zum Abend des 23.07.2025 wieder in Betrieb gehen.

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Mit den Raspberrys, der doppelten Webcam als auch der Sat-Empfangsanlage hatte ich in reichlich Startschwierigkeiten. Ständig sind die Raspberrys ausgefallen, teilweise waren sogar die Dateisysteme fehlerhaft, so das ich das System neu aufsetzen, die Software neu installieren und Sicheurngskopien der Konfigurationsdateien einspielen musste. Einige Raspberrys gingen auch zurück zum großen Fluss, da sie sich nicht mehr booten ließen (selbst mit neu aufgesetztem System) und es bedurfte einiger Mühe, um die Anlage endlich in einen stabilen Zustand zu versetzen. Inzwischen laufen beide Systeme recht stabil und einigermaßen zuverlässig. Die doppelte Webcam zeigte die letzten Tage keinerlei Ausfälle mehr, bei dem Satcam-Raspberry steigt immer wieder die Upload-Software aus. Satellitenbilder werden zwar aufgezeichnet, aber nicht hoch geladen. Da ich in die Upload-Software eine manuelle Uploadfunktion integriert habe, können empfangene, aber nicht hochgeladene Satbilder nachträglich hochgeladen werden. Die Uploadsoftware kann über eine Remoteverbindung gestartet werden, was binnen 1 Minute erledigt ist, so das auch dies kein großes Problem mehr darstellt.

Große Probleme hatten beide Raspberrys mit der enormen Hitzeentwicklung in den kleinen, der Sonne ausgesetzten, unbelüfteten Gehäusen. Die Raspberrys kamen ständig an ihre Grenztemperaturen und takteten herunter, um die Prozessoren vor Überhitzung zu schützen. Hier wirkt sich auch die dunkle Farbe der Dachziegel negativ aus. Dadurch und dank der permanenten Sonneneinstrahlung wurde es im Sommer bei Sonnenschein reichlich heiß auf dem Dach. Durch die geschlossenen Gehäuse konnte die durch die Raspberrys produzierte Abwärme nicht aus den Gehäusen entweichen, zudem kam noch Strahlungswärme durch die Sonneneinstrahlung dazu. Ich denke, diese enorme Hitzeentwicklung kann auch zu den ständigen Ausfällen und Dateisystemfehlern der Raspberrys beigetragen haben. Auch wirkte sich die große Hitze bei den nächtlichen Langzeitbelichtungen in Form von starkem Farbrauschen aus. Die Bildsensoren waren ohnehin schon recht warm und durch die nächtliche Langzeitbelichtung erwärmten sie sich zusätzlich, was sich in starkem Farbrauschen niederschlug.

Inzwischen hat sich das Problem der großen Hitze dank Herbst geklärt. Auch wurden die Leistungsparameter der Raspberrys auf minimale Leistung und damit Wärmentwicklung getrimmt. So stark der Raspberry Pi 5 leistungsmäßig auch ist, diese starke Leitung wird in beiden Fällen (Wetter-Cam und Satellitenempfang) nur für kurze Zeit (Generierung Zeitraffer-Videos sowie Dekodierung Satellitenbilder) benötigt. Den größten Teil der Zeit wird die CPU der Raspberrys nur im einstelligen Prozentbereich gefordert. Wichtiger ist, dass die Prozessoren nach diesen kurzen Leistungsspitzen schnell wieder abkühlen und möglichst wenig Abwärme erzeugen.

Im Winter hingegen dürfte die Abwärme der Raspberrys hingegen sogar nützlich werden, um die Glasflächen der Webcams frei von Schnee, Eis und Tau zu halten und ein schnelles Abtauen bei Schneefall zu bewirken.