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Radio communications Meteor Scatter
Trafic radioamateur Nous avons expliqué dans le dossier consacré aux histoires d'impacts et à l'observation visuelle des météores que lorsque les météores pénètrent dans notre atmosphère, ils s'échauffent par frottement et se désintègrent en ionisant les gaz alentours. Cette traînée d'ionisation à la propriété de réfléchir les ondes-courtes, d'où l'intérêt qu'elle représente comme réflecteurs en lieu et place des différentes couches de l'ionosphère, en particulier de la couche E qui se situe entre 90 et 150 km d'altitude (couche sporadique) et la couche D qui se situe aux alentours de 50 à 90 km d'altitude. Leur densité est voisine de 10000 électrons/cm3 et n'est plus mesurable de nuit. Historiquement, pour établir des communications à longue distance sur ondes-courtes, dans les années 1940 et 1950 les soldats américains tenté d'utiliser les traces d'ionisation laissées par les météores pour transmettre des informations aéronautiques telles que le suivi de convois ou les informations radars des vents ionosphériques. De part leur intérêt pour l'expérimentation, dès 1953 les radioamateurs se sont intéressés à cette activité et il est commun aujourd'hui de les entendre communiquer les uns avec les autres pendant les périodes à essaims. Il s'agit des liaisons Meteor Scatter ou MS en abrégé, encore appelée MBC pour Meteor Burst Communications. Ces liaisons radio peuvent aller de quelques secondes (Pings) à plusieurs minutes (Bursts) tandis que la force du signal peut varier de quelques points au-dessus du bruit de fond à plusieurs dizaines de décibels au-dessus de "59" s'il s'agit d'un bolide particulièrement brillant. En utilisant les météores, il est ainsi possible d'établir des communications à longue distance en VHF jusqu'à 2500 km. Le record est détenu en Morse sur 144 MHz par GW4CQT (Pays-de-Galles) et UA6MA (Russie) le 12 août 1977 avec une distance de 3101 km entre les deux stations. Merci les électrons ! A consulter : IARU Region 1 VHF/UHF/SHF/EHF DX records La bande des 6 m (50 MHz) est la meilleure bande pour travailler car les signaux MS y sont les plus forts et leur durée est également plus longue que dans la bande des 2 m (144 MHz). Toutefois, en raison de la longueur d'onde utilisée, les antennes directives accordées sur 6m sont plus encombrantes et un peu plus chères que celles focntionnant sur 2 m tandis que les transceivers HF ou VHF ne sont pas tous équipés d'un module pour le 6 m. Pour toutes ces raisons, il n'est pas surprenant de retrouver la majorité des amateurs sur la bande des 2 m. Sur 28 MHz un burst dure 25 fois plus longtemps que sur 144 MHz et l'énergie potentielle du signal est 120 fois plus importante que sur 144 MHz. En revanche, sur 432 MHz le même burst durera 10 fois moins longtemps que sur 144 MHz mais il sera jusqu'à 30 fois plus faible. Procédure Une seule condition doit être respectée : la législation de l'Union Internationale des Radio-Amateurs, Région 1 (Document BM27) prévoit que la portion de la bande utilisée pour ce genre de trafic est limité à l'espace compris entre 144.020 - 144.150 MHz en Morse et 144.150 - 144.500 MHz pour la phonie. La procédure normale pour établir une liaison consiste soit à travailler en Sked soit en Random. Le Sked consiste à fixer des rendez-vous en HF ou VHF, soit personnellement en établissant un QSO (ce qui est long et fastidieux) soit par le biais du VHF European Net sur 14.345 MHz ou 28.345 MHz ±10 kHz durant les week-end et toute la semaine qui précède les essaims principaux de 11 à 14h TU. La prise de contact dure moins de 5 minutes en CW et 1 minute en phonie. Logiciel HSCW à télécharger : WinMSDSP de 9A4GL
Le Random consiste à lancer un appel général "CQ Contact Meteor Scatter", ou en répondant à un appel sur les fréquences réservées à ce mode de trafic. Durant les essaims importants les périodes sont d'une minute en CW et de 15 secondes en phonie. Compte tenu de la brièveté des signaux reçus (un "ping" doit au moins durer 1 sec pour être exploitable en phonie), la plupart des amateurs travaillent en Morse et utilisent une procédure spéciale pour établir une liaison à longue distance MS. En général le message est enregistré sur bande magnétique ou digitalisé et diffusé sur l'air à grande vitesse (mode dit "High Speed CW", HSCW, entre 10 et 1000 mots/minute, le record étant de 3320 mots/minute !), le correspondant décodant alors l'information à partir de son ordinateur. Pour les Morsistes il existe un excellent logiciel shareware ($20) de réception, WinMSDSP, qui permet de gérer les liaisons MS en Morse jusqu'à des vitesses de 4000 mots/minute !
Le taux horaire des météores (ZHR ou Zenithal Hour Rate) étant très variable en fonction des essaims, du type de météore (sporadique ou non) et de l'époque de la journée, les contacts ont avantage à s'établir durant les périodes où l'on relève les ZHR les plus élevés. La plupart des communications MS ont lieu durant les trois principales averses de météores : les Quadrantides en janvier, les Perséïdes du mois d'août et les Géminides en décembre. Etant donné la forte activité des amateurs durant ces périodes, cela génère assez bien d'interférences sur les bandes (QRM) et pour travailler en SSB certains amateurs préfèrent préenregistrer leur message sur bande et le font défiler à environ 100 mots/minute, le correspondant faisant tourner son enregistreur à une vitesse plus lente pour comprendre le message. A côté des périodes à essaims, la position des traînées de météores peut également déterminer les liaisons DX. Ainsi, le point du ciel d'où les météores semblent apparaître, appelé le radiant, varie en fonction de la latitude de l'observateur et il devra être aussi bas que possible si le radioamateur veut tenter d'établir un contact avec une station vraiment très éloignée, jusqu'à quelques milliers de kilomètres de son émetteur. Enfin, lorsque vous prenez rendez-vous, arrangez-vous pour que la direction de l'essaim soit perpendiculaire à celle de votre correspondant pour garantir la réussite de votre liaison MS. A consulter : Les Essaims de Météores Equipement MS Loin de vous l'idée qu'il est nécessaire d'utiliser du matériel high-tech pour travailler en Meteor Scatter. Si vous disposez d'une licence radioamateur, ce qui est indispensable en émission, vous pouvez déjà commencer avec une antenne Yagi constituée de 4 à 20 éléments, à polarisation horizontale, et offrant si possible un gain d'une douzaine de décibels et un émetteur-récepteur VHF d'au moins 100-150 Watts PEP (si nécessaire avec amplificateur VHF externe). Les puristes diront que l'antenne devrait avoir le plus grand angle d'ouverture possible pour être sûr de couvrir la traînée d'ionisation, et en polarisation croisée avec un gain substantiel, sans oublier, mais c'est plus cher, deux ou plusieurs antennes couplées en phase. Si vous disposez déjà d'une installation pour le trafic aurora, tropo ou les faible signaux, elle convient également au traffc Meteor Scatter sans aucune modification.
La durée des pings est relativement brève mais ils peuvent être très nombreux durant les quelques heures qui précèdent le lever du Soleil. Toutefois on estime que durant une période à essaim vous avez 5% de chance de réaliser un contact en SSB contre 95% en HSCW. La plupart des contacts s'établissent soit à moins de 800 km de distance soit au-delà de 2250 km en raison de la hauteur des trainées d'ionisation qui conditionnent l'angle de réflexion, les caractéristiques des antennes et le mécanisme de diffusion des ondes. Vous devez seulement disposez d'un lieu d'émission bien situé (en hauteur) et de beaucoup de puissance si vous désirez établir des contacts MS à plus de 2000 km distance en HSCW. Selon la période à essaim choisie, l'antenne doit pouvoir s'élever en site car la position du radiant des météores suit le mouvement sidéral. Jadis une monture équatoriale allemande offrait un avantage indéniable sur les montures azimutales pour suivre le mouvement stellaire ou celui de n'importe quel objet du ciel, mais à l'ère de l'informatique il suffit d'installer une carte de poursuite Uni-Trac (Kansas City Tracker n'étant plus fabriqué) dans un PC pour piloter un moteur d'antenne en azimut et élévation via le port série ou USB. En théorie pour une meilleure qualité de réception, la tête VHF du récepteur doit présenter un bruit compris entre 1 et 2 dB. A l'heure des circuits intégrés et des appareils digitaux, tous les transceivers modernes conviennent à cette activité En raison d'un lent décalage en fréquence dû à l'effet Doppler, de façon à ce que les messages restent toujours audibles, surtout à basse vitesse en CW, un dispositif RIT décalant la fréquence centrale jusqu'à 2 kHz sera le bienvenu. Enfin, tout comme en radioastronomie, le préamplificateur d'antenne utilisera des transistors à faibles bruits et sera disposé le plus près possible de l'antenne pour éviter toute perte inutile de puissance. Le coaxial alimentant l'antenne devrait mesurer moins de 15 m de long, sinon il faudra obligatoirement un préampli d'antenne pour éviter une trop forte atténuation du signal. Ces principes ne s'écartent pas des recommendations habituelles que l'on prescrit à tout opérateur travaillant en VHF. Logiciels MBC/MS à télécharger du site Radio Meteor: Colorgramme WMeteor - HROFFT2RMOB
Pour les enregistrements magnétiques, votre choix doit se porter sur les magnétophones dont les vitesses sont commutables afin d'offrir une large bande passante. Certains, comme l'ancien modèle UHER Report 4000 sont en plus totalement immunisés contre les rayonnements RF. Enfin il existe plusieurs balises-tests qu'il est bon d'écouter quand on débute comme "MS operator". Ce sont ZB2VHF sur 50.035 MHz, 5B4C5 sur 50.490 MHz, LA3VHF sur 144.880 MHz, DL0PR sur 144.910 MHz et SK4MPI sur 144.960 MHz. Astronomicalement parlant, comme nous l'avons expliqué dans différents articles, les mois d'été sont les plus propices aux activités des radioamateurs en raison de la forte ionisation de l'ionosphère. Mais rien ne sert de commencer à trafiquer trop tôt dans la soirée car les météores les plus nombreux et les plus brillants nous arrivent en général après minuit, jusqu'au petit matin. Aussi, laissez-vous tenter par cette activité durant les vacances d'été en devenant un spécialiste du Meteor Scatter, un chasseur de "New square", entités DXCC et autre QTH Locator ! L'écho des bolides Pendant les averses importantes de météores les signaux radios et TV sont constamment perturbés par les traînées d'ionisation. Ces échos peuvent être entendus aux quatre coins du monde par les équipements radar et les émetteurs AM/FM. L'une des stations émettrices les plus puissantes est située dans la base de Kickapoo, au Texas : NAVSPASUR, acronyme de Navy Space Surveillance Radar. Sa puissance est de 800 kW en continu (CW). L'antenne émettrice est orientée dans le sens E-O et accordée sur la fréquence de 216.98 MHz. Sa principale mission consiste à suivre les satellites et les débris d'engins spatiaux pour l'US Strategic Command. Entre 1958 et 1999 les hommes en effet ont lancé 20000 tonnes de matériaux et 25500 objets divers en orbite autour de la Terre, parmi lesquels il ne reste que 595 satellites opérationnels représentant une masse de 4500 tonnes, dont certains éléments vont un jour retomber sur Terre, naturellement ou par un petit coup de pouce. Bien que les météores mesurent moins d'un mm et soient en général trop petits pour être détectés, leur traînée d'ionisation dans l'air produit un fort écho que l'on peut très bien entendre avec un équipement onde-courte ainsi que nous allons le découvrir. En 1998, Steven Bienvenu, également radioamateur, était au NAVSPASUR durant la nuit des Léonides et celle des Géminides et enregistra à cette occasion quelques échos de météores. Les signaux des météores, des satellites et des vaisseaux spatiaux ont des signatures distinctives que les analyseurs de spectre dynamiques des radars du NAVSPASUR peuvent identifier. Dynamique du signal
Le signal d'un météore se distingue facilement de celui d'un satellite par sa durée. L'écho d'un satellite est généralement très court et le son ressemble à des "blips" ou des "pings" comme ceux émis par les radars et les sonars. Par ailleurs un satellite se déplace relativement lentement comparé à un météore : entre 1 et 10 km/s selon les caractéristiques de son orbite. Comme un satellite se déplace rapidement devant les antennes, à mesure que l'orientation du vecteur vitesse du satellite change par rapport au radar, le décalage Doppler s'accentue, changeant lentement la fréquence du signal des courtes vers les plus grandes longueurs d'ondes. La trace d'ionisation laissée derrière un météore se déplace à une vitesse de l'ordre de 0.02 km/s (72 km/h), alors que le météore lui-même se déplace entre 12 et 72 km/s sur son orbite. Il n'y a donc pas d'effet Doppler dans l'écho d'un météore. C'est pour cette raison que leur écho sur un analyseur de spectre trace en général une ligne horizontale qui ne se décale pas en fréquence à mesure que le temps passe comme ce serait par exemple le cas lorsqu'un signal est réfléchit par un avion. En revanche, l'écho d'un météore est très long. Il dure en général quelques secondes mais à l'image de certaines traînées persistantes certains échos peuvent exceptionnellement persister plus de 10 minutes voire, cas rarissime, persister une heure ! Le signal ressemble aux blips mais avec des gazouillis et des sifflements un peu comme le son des éclairs qui se propagent dans l'ionosphère, dont un exemple est présenté ci-dessous.
Les échos de météores peuvent s'entendre aux fréquences comprises entre 40 et 100 MHz car les traînées faiblement ionisées réfléchissent plus efficacement sous 100 MHz les signaux de plus basse fréquence typiques des météores. La fréquence de 217 MHz utilisée par le NAVSPASUR convient également très bien. Les amateurs peuvent capter les échos du NAVSPASUR à condition de résider sur le territoire américain ou dans les Caraïbes. Au-delà de cette distance les antennes VHF sont inefficaces (portée maximale d'environ 3000 km). L'autre solution consiste à s'équiper d'un récepteur et d'une antenne VHF et de l'orienter vers une grande antenne (pylône) de radiodiffusion située à 500 ou 1000 km de distance. Matériel de réception Il est assez facile pour un amateur de monter une installation d'écoute MS. A son domicile par exemple, Bienvenu utilise un simple récepteur ICOM R7000 en mode USB centré sur la fréquence de 216.980 MHz avec un léger offset pour centrer le signal du NAVSPASUR dans l'étroite bande passante de 2.5 kHz. L'antenne est une Yagi ordinaire TV/FM. Durant les essaims des Léonides et des Géminides l'antenne est pointée vers l'azimut 275° (ouest) en direction de l'émetteur du NAVSPASUR situé en Louisiane, le site le plus proche à vol d'oiseau. Sachant que les traînées de météores apparaissent vers 80 km d'altitude, Bienvenu pointe sa Yagi juste 8° au-dessus de l'horizon pour être certain d'être aligné avec l'écho de retour réfléchit par la traînée d'ionisation. Les signaux audios sont enregistrés avec un échantillonnage de 11 kHz (11000 échantillons/sec) grâce à une carte son installée dans un ordinateur Pentium cadencé à 120 MHz. A écouter : Listen live to Meteors (requiert une connexion active à Internet)
Bien sûr avec le développement de la radio digitale (DRM) vous pouvez tirer avantage des cartes radio digitales, en particulier des modèles vendus par WinRadio, la plupart couvrant les bandes HF et V/UHF avec des performances équivalentes à celles d'un récepteur classique. Cette société vend également une petite antenne multibande. Il existe également des solutions plus économiques comme la SDR ou radio logicielle dont le récepteur peut se réduire à la taille d'une clé USB. Bien sûr que ce soit au moyen d'une carte WinRadio ou d'un stick SDR, il faudra toujours le relier à une antenne VHF extérieure. Comme l'explique Jean-Louis Rault, F6AGR, on peut aussi utiliser les bandes VLF (0.1-10 kHz) avec une antenne fouet ou un dipôle en boucle. Pour sa part, Stephen McGreevy, N6NKS, propose deux récepteurs ELF/VLF équipé d'une petite antenne fouet avec connecteur BNC capables d'enregister les signaux émis par les aurores polaires ainsi que l'activité des météores et des orages. Un récepteur ELF (3 Hz - 3 kHz) étant très sensible dans la bande des 50-60 Hz, il faut l'utiliser à l'écart du réseau d'électricité (éloigné de plusieurs kilomètres de toute ligne électrique ou transformateur HT) au risque de capter un bourdonnement continu, ce qui est impossible dans les régions urbanisées et même parfois rurales où il y a des lignes à haute tension et des transformateurs tous les kilomètres. De plus, un tel récepteur capte également les signaux émis par tous les émetteurs basses fréquences comme les écrans d'ordinateurs, un enregistreur portatif (par ex. ZOOM H2) ou un GSM. Ceci dit, cette activité qui sort des sentiers battus s'avère utile pour comptabiliser les météores des essaims difficiles à observer visuellement, ceux qui apparaissent durant la pleine Lune par exemple ou ceux qui se manifestent durant la journée. Si vous êtes fatigué de sortir la nuit ou en hiver, écoutez plutôt les météores au chaud près de votre radio ! Pour plus d'informations Enregistrements audio des météores (sur ce site) The sound of meteors (on this site) Meteor Scatter Graves Radar, Florent Labelle (F) Listen live to Meteors (requiert une connexion active à Internet) W8WN, High Speed Meteor Scatter Forward Scatter Meteor Radar, NASA/MSFC Radio Meteor (où vous trouverez les logiciels Meteor et Cologramme WMeteor) On the potential meteors ELF/VLF radiations, Jean-Louis Rault, F6AGR ELF/VLF receivers, Stephen McGreevy, N6NKS Meteor Observation at the Observatory of the University of Ghent (B) The American Meteor Society Radiometeor Project JAS, Jordanian Astronomical Society Detection software from Ilkka Yrjola, OH5IY Perseid Below - ISS Expedition 28, 13 Aug.2011, APOD SDR (récepteurs) : RTL-SDR, SDRPlay, DX Patrol, SDR Sharp, HackRF, Roundup of SDR (RTL-SDR), SDR-Radio, WebSDR, Funcube, KN0CK HF SDR Receiver SDR (logiciel) : Airspy (SDR#), HDSDR, SDR-Radio, Linrad, GQRX, CubicSDR, ShinySDR, Sodira, CuSDR, SeeDeR, Spektrum, SDR-J WinMSDSP (programme High speed CW pour MS par 9A4GL) RIGPIX (base de donnée de matériel d'émission et de réception) Retour aux Météores et bolides
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