Спутниковая система слежения и ретрансляции данных - Tracking and Data Relay Satellite System

Логотип программы TDRS
Расположение TDRS по состоянию на март 2019 г.
Неработающий TDRS на дисплее в Центр Стивена Ф. Удвар-Хейзи в Шантильи, Вирджиния.

Соединенные штаты. Спутниковая система слежения и ретрансляции данных (TDRSS) сеть американских спутники связи (каждый назывался спутник слежения и ретрансляции данных, TDRS) и наземные станции, используемые НАСА для космической связи. Система была разработана для замены существующей сети наземных станций, которые поддерживали все пилотируемые полеты НАСА. Основная цель проекта заключалась в том, чтобы увеличить время, в течение которого космический корабль находится на связи с землей, и увеличить количество передаваемых данных. Много Спутники слежения и ретрансляции данных были запущены в 1980-х и 1990-х годах с Космический шатл и использовал Инерционный разгонный блок, двухступенчатый твердотопливный ракетный ускоритель, разработанный для шаттла. Другие TDRS были запущены Атлас IIa и Атлас V ракеты.

Последнее поколение спутников обеспечивает скорость приема с земли до 6 Мбит / с в S-диапазон и 800 Мбит / с в Ку- и Ка-диапазоны. Это в основном используется военными США.[1]

Происхождение

Чтобы удовлетворить потребность в долговременной и высокодоступной связи космос-земля, НАСА создало Сеть слежения за космическими аппаратами и сбора данных (СТАДАН ) в начале 1960-х гг. STADAN, состоящий из параболических спутниковых антенн и телефонного коммутационного оборудования, развернутых по всему миру, обеспечивал связь космос-земля в течение примерно 15 минут из 90-минутного периода на орбите. Этого ограниченного периода контакта было достаточно для беспилотных космических аппаратов, но для пилотируемых космических аппаратов требуется гораздо больше времени для сбора данных.[нужна цитата ]

Параллельная сеть, созданная сразу после STADAN в начале 1960-х годов, называлась Сеть пилотируемых космических полетов (MSFN), взаимодействовал с пилотируемыми кораблями на околоземной орбите. Другая сеть, Сеть Deep Space (DSN), взаимодействующий с пилотируемыми кораблями, находящимися на высоте более 10 000 миль от Земли, такими как Аполлон миссии, в дополнение к его основной миссии сбора данных с зондов дальнего космоса.[нужна цитата ]

С созданием Космический шатл В середине 1970-х годов возникла потребность в более производительной космической системе связи. В конце программы Apollo НАСА осознало, что MSFN и STADAN развились с аналогичными возможностями, и решило объединить две сети для создания Сеть слежения за космическими аппаратами и передачи данных (STDN).

Даже после консолидации у STDN были некоторые недостатки. Поскольку вся сеть состояла из наземных станций, разбросанных по всему миру, эти сайты были уязвимы для политических прихотей принимающей страны. Чтобы поддерживать высокую надежность в сочетании с более высокими скоростями передачи данных, НАСА начало исследование[когда? ] дополнить систему космическими узлами связи.

Космический сегмент новой системы будет опираться на спутники на геостационарной орбите. Эти спутники в силу своего местоположения могут передавать и принимать данные на спутники, находящиеся на более низкой орбите, и при этом оставаться в пределах видимости наземной станции. Оперативная группировка TDRSS будет использовать два спутника, обозначенные TDE и TDW (для восток и запад) и один запасной на орбите.[нужна цитата ]

После завершения исследования НАСА осознало, что для достижения 100% глобального охвата требуется небольшая модификация системы. Небольшая область не будет находиться в пределах прямой видимости каких-либо спутников - так называемая зона исключения (ZOE). С ZOE ни один спутник TDRS не мог связаться с космическим кораблем на определенной высоте (646 морских миль). С добавлением еще одного спутника для покрытия ZOE и близлежащей наземной станции может существовать 100% покрытие. Космическое исследование сети создало систему, которая стала планом для современной сети TDRSS.[2]

Еще в 1960-х годах НАСА Спутник прикладных технологий (ATS) и Спутник передовых коммуникационных технологий Программы (ACTS) послужили прототипом многих технологий, используемых на TDRSS и других коммерческих спутниках связи, включая множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA ), трехосной стабилизации космических аппаратов и высокопроизводительных коммуникационных технологий.[нужна цитата ]

По состоянию на июль 2009 г., Менеджером проекта TDRSS является Джефф Дж. Грэмлинг, Центр космических полетов имени Годдарда НАСА.[3] Boeing отвечает за строительство TDRS K.[4]

Сеть

TDRSS похож на большинство других космических систем, тем самым он состоит из трех сегментов: наземного, космического и пользовательского. Эти три сегмента работают вместе для выполнения миссии. Авария или сбой в каком-либо одном сегменте могут иметь катастрофические последствия для остальной системы. По этой причине во всех сегментах учтена избыточность.

Наземный сегмент

Удаленный наземный терминал Гуама

В наземный сегмент TDRSS состоит из трех наземных станций, расположенных на Комплекс Белых Песков (WSC) на юге Нью-Мексико, Гуам Удаленный заземляющий терминал (GRGT) и Центр управления сетью расположен на Центр космических полетов Годдарда в Гринбелт, Мэриленд. Эти три станции являются сердцем сети, предоставляя услуги управления и контроля. В рамках завершенной модернизации системы был построен новый терминал в Блоссом-Пойнт, штат Мэриленд.[5][6]

WSC, расположенный рядом Лас-Крусес состоит из:

Кроме того, WSC удаленно управляет GRGT на Гуам.

WSC имеет собственный выход из Маршрут 70 США это только для персонала объекта. НАСА определило местоположение наземных терминалов, используя очень конкретные критерии. Прежде всего, наземная станция смотрела на спутники; Место должно было быть достаточно близко к экватору, чтобы видеть небо, как восточное, так и западное. Погода была еще одним важным фактором - в Нью-Мексико в среднем почти 350 солнечных дней в году с очень низким уровнем осадков.

WSGT был запущен в 1978 году, как раз к запланированному дебюту космического шаттла в начале 1979 года. STGT начал работать в 1994 году, завершив работу системы после проверки полета на орбите Flight-6 в начале года. Кроме того, после завершения строительства второго терминала НАСА провело конкурс, чтобы назвать две станции. Местные ученики средних школ выбрали Касик (ках-си-кех), что означает лидер для WSGT, а Danzante означает танцор для СТГТ. Эти имена, по-видимому, использовались только в целях рекламы, в официальной документации НАСА в качестве обозначений используются WSGT и STGT или WSC.

WSGT и STGT географически разделены и полностью независимы друг от друга, сохраняя при этом резервное оптоволоконное соединение для передачи данных между сайтами в случае возникновения чрезвычайной ситуации. Каждая наземная станция имеет 19-метровые антенны, известные как терминалы связи космос-земля (SGLT), для связи со спутниками. Три SGLT расположены в STGT, но только два расположены в WSGT. Системные архитекторы переместили оставшийся SGLT на Гуам, чтобы обеспечить полную поддержку сети для спутника, покрывающего ZOE. Считающийся удаленной частью WSGT, расстояние и расположение SGLT прозрачны для пользователей сети.

Удаленный наземный терминал Гуама (GRGT) 13 ° 36′53 ″ с.ш. 144 ° 51′23 ″ в.д. / 13,6148 ° с. Ш. 144,8565 ° в. / 13.6148; 144.8565 является расширением WSGT. Терминал содержит SGLT 6 с контроллером услуг связи (CSC), расположенным в Центре управления операциями TDRS (TOCC) STGT. До ввода в эксплуатацию ГРГТ вспомогательная система располагалась в Диего Гарсия.

Включение в STDN

Основные части Сеть слежения за космическими полетами и передачи данных (STDN): Сеть комплексных услуг НАСА (NISN), центр управления сетью (NCC), центр управления полетами (MOC), средство обработки данных космических аппаратов (SDPF) и лаборатория динамики полета для нескольких миссий (MMFD).

NISN обеспечивает основу для передачи данных для космических полетов. Это рентабельная телекоммуникационная услуга глобальной сети для передачи данных, видео и голоса для всех предприятий, программ и центров НАСА. Эта часть STDN состоит из инфраструктуры и компьютеров, предназначенных для мониторинга потока сетевого трафика, таких как оптоволоконные каналы, маршрутизаторы и коммутаторы. Данные могут проходить через NISN двумя способами: с использованием операционной сети Интернет-протокола (IPONET) или системы высокой скорости передачи данных (HDRS). IPONET использует TCP / IP протокол, общий для всех компьютеров, подключенных к Интернету, и является стандартным способом отправки данных. Система высокой скорости передачи данных передает данные со скоростью 2Мбит / с до 48 Мбит / с, для специализированных миссий, требующих высокой скорости передачи данных. HDRS не требует инфраструктуры маршрутизаторов, коммутаторов и шлюзов для пересылки данных вперед, как IPONET.

NCC обеспечивает планирование услуг, контроль, гарантии и подотчетность. Планирование услуг принимает запросы пользователей и распространяет информацию в соответствующие элементы SN. Контроль и обеспечение услуг поддерживают функции использования в реальном времени, такие как получение, проверка, отображение и распространение данных о производительности TDRSS. Служба подотчетности предоставляет бухгалтерские отчеты об использовании НКЦ и сетевых ресурсов. Изначально NCC располагался в Центре космических полетов Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд, до 2000 года, когда он был переведен в WSC.

МОЦ является центром операций космических аппаратов. Он будет планировать запросы на поддержку, отслеживать характеристики космического корабля и загружать управляющую информацию в космический корабль (через TDRSS). MOC состоит из главных исследователей, специалистов по планированию миссий и операторов полетов. Главные исследователи инициируют запросы на поддержку SN. Специалисты по планированию миссий предоставляют документацию по космическому кораблю и его миссии. И операторы полета являются последним звеном, отправляющим команды космическому кораблю и выполняющим операции.

Лаборатория MMFD обеспечивает поддержку проекта полета и сети слежения. Поддержка полетного проекта состоит из определения и контроля орбиты и ориентации. Параметры орбиты отслеживаются по фактической орбите космического корабля миссии и сравниваются с его прогнозируемой орбитой. Определение ориентации вычисляет наборы параметров, которые описывают ориентацию космического корабля относительно известных объектов (Солнца, Луны, звезд или магнитного поля Земли). Поддержка сети отслеживания анализирует и оценивает качество данных отслеживания.

Космический сегмент

Спутник TDRSS

Космический сегмент группировки TDRSS - самая динамичная часть системы. Даже с девятью спутниками на орбите система обеспечивает поддержку трех основных спутников, в то время как остальные используются в качестве запасных на орбите, которые можно сразу использовать в качестве основных. Первоначальная конструкция TDRSS имела два основных спутника, обозначенных TDE, для восток, и TDW, для запад и один запасной на орбите. Резкий рост требований пользователей в 1980-х годах позволил НАСА расширить сеть за счет добавления большего количества спутников, некоторые из которых были размещены в особенно загруженном орбитальном слоте. Увидеть Спутник слежения и ретрансляции данных для получения более подробной информации о спутниках.

Сегмент пользователей

Пользовательский сегмент TDRSS включает в себя многие из самых известных программ НАСА. Такие программы, как Космический телескоп Хаббла и LANDSAT передают свои наблюдения в соответствующие центры управления полетами через TDRSS. Поскольку пилотируемый космический полет был одной из основных причин создания TDRSS, голосовая связь с космическим челноком и Международной космической станцией проходит через систему.

Операции

Реле слежения за Южным полюсом-2

Система TDRSS использовалась для предоставления услуг ретрансляции данных многим орбитальным обсерваториям, а также для Антарктика объекты, такие как Станция Мак-Мердо посредством реле Южного полюса TDRSS. Построенные в США секции Международная космическая станция (МКС) используйте TDRSS для ретрансляции данных. TDRSS также используется для обеспечения реле данных о запуске одноразовых ускорителей.[который? ]

Военное применение

Еще в 1989 году сообщалось, что важной функцией TDRSS было обеспечение ретрансляции данных для Лакросс спутники радиолокационной разведки, эксплуатируемые Национальная разведка.[7]

Почти двадцать лет спустя, 23 ноября 2007 года, в одном из торговых онлайн-изданий отмечалось: «Хотя НАСА использует спутники (TDRSS) для связи с космическим шаттлом и международной космической станцией, большая часть их полосы пропускания посвящена Пентагону, который покрывает львиную долю эксплуатационных расходов TDRSS и определяет многие системные требования, некоторые из которых являются засекреченными ».[8]

В октябре 2008 года NRO рассекретило существование наземных станций миссий в США под названием Aerospace Data Facility (ADF) - Колорадо, ADF-Восток и ADF-Southwest около Денвер, Колорадо, Вашингтон. и Лас-Крусес, Нью-Мексико соответственно.[9] Известно, что ADF-Colorado и ADF-East расположены в Бакли AFB, CO [10] и Форт Белвуар, Вирджиния;[11] ADF-Southwest расположен по адресу: Ракетный полигон Белых Песков Предполагается, что она находится на станции White Sands TDRSS.[12]

Производство

Первые семь спутников TDRSS были построены TRW корпорация (теперь часть Northrop Grumman Аэрокосмические системы) в Редондо-Бич, Калифорния, и все спутники с тех пор Hughes Space and Communications, Inc., в Эль-Сегундо, Калифорния, (теперь часть Боинг корпорация).

Культурные ссылки

Система TDRSS кратко упоминается в Джеймс Бонд кино, Лунный гонщик. Он также упоминается в фильме 1997 года. Горизонт событий.

История запуска

Смотрите также: Список спутников TDRS

Примечание: пока спутник TDRSS находится в процессе производства, ему дается буквенное обозначение, но как только он успешно выходит на правильную геостационарную орбиту, он обозначается номером (например, TDRS-A во время разработки и перед принятием на орбиту , и ТДРС-1 после приема на орбиту и ввода в эксплуатацию). Таким образом, спутники, потерянные при неудачных запусках или имеющие серьезные неисправности, никогда не нумеруются (например, TDRS-B, который так и не был пронумерован из-за потери в Космический шатл Претендент стихийное бедствие ).

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Координированный архив данных космической науки НАСА
  2. ^ «2-й семинар ТДРСС» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 21 июля 2011 г.. Получено 22 декабря, 2010.
  3. ^ Сьюзан Хендрикс (22 июля 2009 г.). «Миссия НАСА по отслеживанию и передаче данных через спутник проходит серьезную проверку».
  4. ^ «От поколения к поколению, меньший риск». Архивировано из оригинал 29 июня 2011 г.. Получено 22 декабря, 2010.
  5. ^ «Космическая сеть НАСА начнет новую фазу проектирования наземного сегмента». Получено 25 октября, 2012.
  6. ^ "НАСА присуждает возможность расширения космической сети на восток". Получено 25 октября, 2012.
  7. ^ «Спутники-шпионы: вступление в новую эру» (PDF). Наука. 24 марта 1989 г.. Получено 20 июля 2013.
  8. ^ Space.com: спутники на замену возглавляют список предстоящих сделок НАСА
  9. ^ Рассекречивание наземной станции миссии
  10. ^ База данных Buckley: информационный бюллетень по арендаторам В архиве 2015-09-27 на Wayback Machine
  11. ^ Блог Area58: капитан К. Панценхаген
  12. ^ Рассекреченная информация от NRO: дата обращения 01.05.11.

внешние ссылки

Заметки

  • Бейкер Д. (ред.) (2001) Космический справочник Джейн: 2001–2002. Александрия, Вирджиния: Информационная группа Джейн.
  • Консолидированный контракт на космические операции (CSOC). (2000) Сертификационный и обучающий курс 880 и 882: Ориентация TDRSS и поток системных данных.
  • Крафт, К. (2002) Полет: Моя жизнь в управлении полетами. Нью-Йорк: Плюм Книги.
  • Кранц, Г. (2000) Неудача - это не вариант. Нью-Йорк: Plume Books
  • НАСА. (1996) 2-й семинар TDRSS: 25-26 июня 1996 г. Получено из Интернета 25 августа 2003 г. https://web.archive.org/web/20050126202052/http://nmsp.gsfc.nasa.gov/TUBE/pdf/infopack.pdf
  • НАСА Spacelink. (1993) Пресс-релиз от 13 мая 1993 г. Получено из Интернета 25 августа 2003 г. http://spacelink.nasa.gov/NASA.News/NASA.News.Release/Previous.News.Release/93.News.Releases/93-05.News.Releases/93-05-13
  • НАСА. (2000) Удаленный наземный терминал Гуама. Получено из Интернета 25 августа 2003 г. https://web.archive.org/web/20050214060604/http://nmsp.gsfc.nasa.gov/tdrss/guam.html
  • Селлерс, Дж. (2000) Понимание космоса: введение в астронавтику. Нью-Йорк: McGraw-Hill Companies, Inc.
  • Томпсон, Т. (1996) Космический журнал TRW. Редондо-Бич, Калифорния: TRW Space & Electronics Group.
  • Верц, Дж. И Ларсон, В. (1999) Анализ и проектирование космических миссий, третье издание. Торранс, Калифорния: Microcosm Press.