“希望一号”业余卫星遥测活动

13.1　“希望一号”业余卫星遥测活动

1.活动背景

航天科技处在现代科学与工程技术的前沿。在太空中遨游的各种人造卫星和宇宙飞船，都是人类科技和智慧的结晶。大多数人造卫星距离地面有数百至数千千米之遥，有的围绕着地球高速飞行，有的在地球同步轨道上保持相对静止。由于它们离我们太远，除了铱星、国际空间站等少数大型卫星之外，众多小卫星难以用肉眼直接观测。

航天科技人员为了能随时了解卫星的工作状态，及时对它们进行测控，就在卫星内部安装了传感器，测量卫星各种设备的电流、电压等数值。其中也包括了卫星内部的各种设备温度等。这些数据好比一个人的血压、体温、脉搏。数值的变化往往代表着卫星工作状态和“健康”状态的变化。这些重要数据会通过卫星搭载的无线电发射机，在特定的时间用数据通信、语音、电报等方式发回地面卫星遥测站，以便科学家和工程技术人员进行分析。要想让学生深入了解宇航科技，可以指导他们从业余卫星遥测入门，从这些小卫星发出的各种各样的无线遥测信号中发现奥秘。

在太空中飞行的业余卫星大多通过无线电信标向地面发送回各自的遥测数据。在世界各地的众多业余无线电爱好者每天会定时收录、分析这些信号数据，了解卫星状态，制订研究计划。因此，组织指导学生接收业余卫星遥测信标，不但能让学生直接感受宇航科技的魅力，更能让他们体验探究科学的快乐。

我国的“希望一号”青少年业余卫星的无线遥测信标采用了国际业余卫星常用的莫尔斯电报发送。这种调制方式传输距离特别远，对地面收听器材要求也不高，抗干扰性强。它发送的电码速度不高，简单易学，富有趣味和挑战，适合老师指导青少年学生开展科学探究活动。

2.活动目标

1）知识与技能：通过让学生了解并学会接收“希望一号”遥测信号，使他们初步了解卫星遥测信标的格式和接收原理；了解业余卫星信标接收系统的组成和连接方法；初步掌握收听和抄收电报信标的方法；初步掌握使用软件或图表进行卫星预测，并对遥测数据进行译码。

2）过程与方法：通过组织学生参加“希望一号”卫星遥测活动，指导他们使用高频接收机，初步掌握无线电接收设备的连接和基本操作；通过对“希望一号”卫星的实时跟踪和信标接收，了解无线电传输中的多普勒效应，提升应对的操作水平；通过对卫星信标的录音分析和遥测解码软件、图表的应用，体验卫星遥测数据解码的过程，学会运用信息技术分析信标的方法。

3）情感与价值观：通过对“希望一号”卫星遥测信号的接收和分析活动，进一步了解我国和世界宇航科技的发展，激发民族自豪感；体验成功的快乐，提高对无线电通信技术与航天技术的兴趣；培养学生独立思考的精神和善于合作、乐于创新的意识。

3.活动重点与难点

重点：“希望一号”遥测信标的接收

难点：“希望一号”卫星遥测信标的抄收

4.活动对象

四至十一年级学生

5.活动时间

8课时（总计360分钟，指导教师可根据卫星飞行预测的时程表，安排不少于4次教学活动）

6.活动内容

1）主要学习任务

了解我国第一颗青少年业余通信卫星“希望一号”的相关信息；探究卫星遥测信标的功能与接收方式。学习使用卫星轨道跟踪软件，对主界面提供的重要数据进行分析。记录“希望一号”飞行轨道，预测卫星经过时间、卫星地面跟踪的重要参数。学习正确使用高频接收机与多单元UHF八木天线完成遥测信标接收。自主发现卫星通信中的多普勒效应，探究其规律和解决方法。学会运用解码软件和图表两种不同的方法分析遥测信标。

2）活动安排

活动可分4～6次完成，每次安排一个半小时。教师可先提供学生一部分学习资料，让学生先行自学。在教学过程中，组织指导学生通过小组合作形式，制订研究方案。尝试使用卫星预测软件，共同来完成卫星地面追踪数据的计算。根据卫星信标接收系统的连接图，完成连接和调试。分组使用接收机，根据卫星预测的各种参数，避开多普勒效应的影响，成功接收并收录“希望一号”卫星信标。指导学生通过反复收听信标，正确抄收遥测信号的内容，分析记录卫星内部温度和卫星总电流强度。指导学生共同完成遥测数据及相关资料整理。

7.器材、场地要求

器材要求：计算机、投影仪一台，430兆CW信号源一个（选用），录音及播放设备一套；学生每2～4人一小组，每组至少有：THF7型接收机一台，UHF五单元八木天线一副，高频配套线缆一根，MP3录音笔一支（可用手机录音等方式替代）。场地要求：一般的教学活动可在室内进行，但卫星遥测活动必须在场外，尽可能选择空旷场地，避开高大建筑。软件：Orbitron卫星轨道预测软件，教师必须预先加载和更新“希望一号”卫星轨道诸元数据（星历）。

8.评价方法

由于设计的学习任务具有一定的难度和挑战性，建议以小组作为评价的基本单元。采用“自评”、“互评”及“师评”三种方式。在具体评价过程中，要关注以下指标：

1）小组研究方案或计划的科学性、可行性

2）小组表现的团队合作精神

3）学习任务的完成情况

4）小组学习任务完成过程或探究活动的记录

5）小组各种资料收集和整理情况

6）小组探究或学习成果展示

9.活动过程

1）第一次活动

课题:“希望一号”青少年业余卫星遥测和追踪

2）第二次活动

课题:“希望一号”无线电遥测信标

3）第三次活动

课题:业余卫星信标接收中的多普勒效应

4）第四次活动

课题:“希望一号”卫星遥测信标解码

10.活动预期效果

在老师的指导下，学生了解业余卫星遥测信标作用和通信方式。通过小组合作开展探究活动，学生能使用卫星追踪软件完成“希望一号”卫星轨道预测，选择并记录关键轨道参数，学会制订卫星跟踪计划。学会正确连接卫星遥测信标接收设备，成功接收“希望一号”卫星信标，正确抄收，并能运用软件进行解码。初步学会分析卫星遥测信号中的关键参数。学生对无线电通信技术的兴趣、对卫星无线电遥测的知识、技能与数据分析能力有所提高。学生在卫星遥测探究实践活动中能积极与小组成员开展合作，善于分析，知难而上，共同完成项目学习任务。