Спутниковая система слежения и ретрансляции данных

Логотип программы TDRS

Расположение TDRS по состоянию на март 2019 г.

Нелетающий TDRS на выставке в Центре Стивена Ф. Удвар-Хейзи в Шантильи, Вирджиния.

Американская спутниковая система слежения и ретрансляции данных ( TDRSS , произносится как «Т-дрисс») — это сеть американских спутников связи (каждый из которых называется спутником слежения и ретрансляции данных , TDRS) и наземных станций, используемых 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 связи космического корабля с землей и увеличить объем передаваемых данных. Многие спутники слежения и передачи данных были запущены в 1980-х и 1990-х годах с помощью космического корабля «Шаттл» и использовали инерционную верхнюю ступень , двухступенчатый твердотопливный ракетный ускоритель, разработанный для шаттла. Остальные TDRS были запущены Atlas IIa и Atlas V. ракетами

Последнее поколение спутников обеспечивает скорость наземного приема 6 Мбит/с в S-диапазоне и 800 Мбит/с в Ku- и Ka-диапазонах . В основном используется военными США.

Происхождение

Чтобы удовлетворить потребность в длительной и высокодоступной связи космос-земля, НАСА создало сеть слежения за космическими кораблями и сбора данных ( STADAN в начале 1960-х годов ). Состоящий из параболических параболических антенн и телефонного коммутационного оборудования, развернутого по всему миру, СТАДАН обеспечивал связь между космосом и землей в течение примерно 15 минут из 90-минутного периода орбиты. Этого ограниченного периода контакта было достаточно для беспилотных космических кораблей, но пилотируемые космические корабли требуют гораздо большего времени сбора данных.

Параллельная сеть, созданная сразу после СТАДАНА в начале 1960-х годов и названная Сеть пилотируемых космических полетов (MSFN), взаимодействовала с пилотируемыми космическими кораблями на околоземной орбите. Другая сеть, Deep Space Network (DSN), взаимодействовала с космическими кораблями с экипажем на высоте более 10 000 миль от Земли, такими как миссии «Аполлон» , в дополнение к своей основной миссии по сбору данных с зондов дальнего космоса.

С созданием космического корабля "Шаттл" в середине 1970-х годов возникла потребность в более эффективной космической системе связи. По окончании программы «Аполлон» НАСА осознало, что MSFN и STADAN приобрели схожие возможности, и решило объединить две сети для создания сети слежения и передачи данных космических аппаратов (STDN).

Даже после консолидации у STDN были некоторые недостатки. Поскольку вся сеть состояла из наземных станций, разбросанных по всему земному шару, эти объекты были уязвимы для политических прихотей принимающей страны. Чтобы поддерживать высокий уровень надежности в сочетании с более высокими скоростями передачи данных, НАСА начало исследование дополнить систему космическими узлами связи.

Космический сегмент новой системы будет опираться на спутники на геостационарной орбите. Эти спутники, в силу своего положения, могут передавать и получать данные на спутники на более низких орбитах и ​​при этом оставаться в пределах видимости наземной станции. Оперативная группировка TDRSS будет использовать два спутника, получившие обозначения TDE и TDW (для востока и запада ), и один запасной на орбите.

После завершения исследования НАСА осознало, что для достижения 100% глобального покрытия необходима незначительная модификация системы. Небольшая территория не будет находиться в пределах прямой видимости каких-либо спутников — так называемая зона отчуждения (ZOE). С помощью 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 можно обеспечить 100% покрытие. Исследование космической сети создало систему, которая стала планом современного проектирования сети TDRSS.

Еще в 1960-х годах программы НАСА «Спутник прикладных технологий» (ATS) и «Спутник передовых коммуникационных технологий» (ACTS) создали прототипы многих технологий, используемых на TDRSS и других коммерческих спутниках связи, включая множественный доступ с частотным разделением каналов ( FDMA ), трехосные космические аппараты. технологии стабилизации и высокопроизводительной связи.

По состоянию на июль 2009 г. Руководителем проекта TDRS является Джефф Дж. Грэмлинг, Центр космических полетов имени Годдарда НАСА. Роберт П. Бьюкенен, заместитель руководителя проекта, ушел на пенсию после 41 года работы в НАСА, при этом TDRS была одной из последних миссий. Компания Boeing отвечает за строительство TDRS K.

Сеть

TDRSS аналогична большинству других космических систем и состоит из трех сегментов: наземного, космического и пользовательского. Эти три сегмента работают вместе для выполнения миссии. Аварийная ситуация или сбой в каком-либо одном сегменте может иметь катастрофические последствия для остальной части системы. По этой причине во всех сегментах учтена избыточность.

Наземный сегмент

Удаленный наземный терминал Гуама

Наземный сегмент TDRSS состоит из трех наземных станций, расположенных в комплексе Уайт-Сэндс (WSC) на юге Нью-Мексико, удаленного наземного терминала Гуама (GRGT) на военно-морской компьютерной и телекоммуникационной станции Гуама и Центра управления сетью , расположенного в Центре космических полетов Годдарда. в Гринбелте, штат 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.

WSC, расположенный недалеко от Лас-Крусес, состоит из:

• Наземный терминал Уайт-Сэндс (WSGT)  32,5007 ° N 106,6086 ° W  / 32,5007; -106,6086
• Второй наземный терминал TDRSS (STGT)  32,5430 ° с.ш. 106,6120 ° з.д.  / 32,5430; -106,6120
• Расширенный наземный терминал TDRS (ETGT)

Кроме того, WSC удаленно управляет GRGT на Гуаме .

У WSC есть собственный выезд с шоссе 70 США , предназначенный только для персонала учреждения. НАСА приняло решение о расположении наземных терминалов, используя очень конкретные критерии. Прежде всего, это был вид на спутники с наземной станции; это место должно было находиться достаточно близко к экватору, чтобы было видно небо как на востоке, так и на западе. Погода была еще одним важным фактором: в Нью-Мексико в среднем почти 350 солнечных дней в году с очень низким уровнем осадков.

WSGT начал работать с запуском TDRS-A в 1983 году космическим кораблем «Челленджер». STGT вступил в строй в 1994 году, завершив работу системы после орбитальной проверки рейса-6 в начале года. Кроме того, после завершения строительства второго терминала НАСА провело конкурс на присвоение названий двум станциям. Учащиеся местной средней школы выбрали Cacique (kah-see-keh), что означает лидер WSGT, и Danzante, что означает танцор STGT. Эти названия, похоже, были использованы только в рекламных целях: 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 резервный оптоволоконный канал для передачи данных между площадками 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 — в WSGT. Системные архитекторы перевезли оставшуюся часть SGLT на Гуам, чтобы обеспечить полную сетевую поддержку спутника, охватывающего ZOE. Поскольку SGLT считается удаленной частью WSGT, расстояние и местоположение SGLT прозрачны для пользователей сети.

Удаленный наземный терминал Гуама (GRGT)  13,6148 ° N 144,8565 ° E  / 13,6148; 144.8565 является расширением WSGT. Терминал содержит SGLT 6 с контроллером служб связи (CSC), расположенным в Центре управления операциями TDRS STGT (TOCC). До того, как GRGT заработала, вспомогательная система располагалась в Диего-Гарсии .

Включение в STDN

Основными частями сети отслеживания космических полетов и передачи данных (STDN) являются: сеть интегрированных служб НАСА (NISN), центр управления сетью (NCC), центр управления полетами (MOC), центр обработки данных космических аппаратов (SDPF) и многоцелевой лаборатория динамики полета миссии (MMFD).

NISN обеспечивает магистраль передачи данных для космических миссий. Это экономичная 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 потоков сетевого трафика, таких как оптоволоконные каналы, маршрутизаторы и коммутаторы. Данные могут передаваться через NISN двумя способами: с использованием операционной сети Интернет-протокола (IPONET) или системы высокой скорости передачи данных (HDRS). IPONET использует протокол TCP/IP , общий для всех компьютеров, подключенных к Интернету, и является стандартным способом передачи данных. Система высокой скорости передачи данных обеспечивает скорость передачи данных от 2 Мбит/с до 48 Мбит/с для специализированных задач, требующих высокой скорости передачи данных. HDRS не требует инфраструктуры маршрутизаторов, коммутаторов и шлюзов для передачи данных, как IPONET.

NCC обеспечивает планирование, контроль, обеспечение и подотчетность услуг. Планирование обслуживания принимает запросы пользователей и передает информацию соответствующим элементам SN. Контроль и обеспечение обслуживания поддерживают функции использования в режиме реального времени, такие как получение, проверка, отображение и распространение данных о производительности TDRSS. Служба отчетности предоставляет отчеты об использовании ЦУС и сетевых ресурсов. Первоначально NCC располагался в Центре космических полетов Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд, до 2000 года, когда он был переведен в WSC.

MOC является центром управления космическими кораблями. Он будет планировать запросы на поддержку, контролировать работу космического корабля и загружать на него управляющую информацию (через TDRSS). В состав MOC входят главные следователи, планировщики миссий и операторы полетов. Главные следователи инициируют запросы на поддержку SN. Планировщики миссий предоставляют документацию по космическому кораблю и его миссии. А операторы полета являются конечным звеном, передающим команды космическому кораблю и выполняющим операции.

Лаборатория MMFD обеспечивает поддержку проектов полетов и сети отслеживания. Поддержка проекта полета состоит из определения и управления орбитой и ориентацией. Параметры орбиты отслеживаются по фактической орбите космического корабля миссии и сравниваются с его прогнозируемой орбитой. При определении ориентации вычисляются 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 — наиболее динамичная часть системы. Даже имея на орбите девять спутников, система обеспечивает поддержку трех основных спутников, а остальные используются в качестве запасных на орбите, которые можно немедленно использовать в качестве основных. Первоначальная конструкция TDRSS имела два основных спутника, обозначенных TDE для востока и TDW для запада , и один запасной на орбите. Резкий рост требований пользователей в 1980-е годы позволил НАСА расширить сеть за счет добавления большего количества спутников, причем некоторые из них были размещены в особенно загруженной орбитальной позиции. см . в разделе «Спутник слежения и ретрансляции данных» Более подробную информацию о спутниках .

Пользовательский сегмент

Пользовательский сегмент TDRSS включает многие из наиболее известных программ НАСА. Такие программы, как космический телескоп Хаббл 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 космического челнока и Международной космической станции осуществляется через систему.

Операции

Реле слежения за Южным полюсом-2

Система TDRSS использовалась для предоставления услуг ретрансляции данных многим орбитальным обсерваториям, а также антарктическим объектам, таким как станция Мак-Мердо, посредством ретрансляции Южного полюса TDRSS. Построенные в США секции Международной космической станции (МКС) используют TDRSS для ретрансляции данных. TDRSS также используется для передачи данных о запуске одноразовых ускорителей.

Военное применение

Еще в 1989 году сообщалось, что важной функцией TDRSS было обеспечение ретрансляции данных для Лакросс, спутников радиолокационной разведки находящихся в ведении Национального разведывательного управления .

Почти двадцать лет спустя, 23 ноября 2007 года, отраслевое интернет-издание отметило: «Хотя НАСА использует спутники (TDRSS) для связи с космическим челноком и международной космической станцией, большая часть их пропускной способности отведена Пентагону, который покрывает львиную долю эксплуатационных расходов TDRSS и определяет многие требования к системе, некоторые из которых засекречены».

В октябре 2008 года NRO рассекретило существование наземных станций миссии в США под названием Aerospace Data Facility (ADF)-Колорадо, ADF-восток и ADF-Southwest недалеко от Денвера, Колорадо , Вашингтона, округ Колумбия , и Лас-Крусес, Нью-Мексико , соответственно. . Известно, что ADF-Colorado и ADF- East расположены на авиабазе Бакли , штат Колорадо. и Форт Бельвуар, Вирджиния ; ADF-Southwest расположена на ракетном полигоне Уайт-Сэндс , предположительно на станции TDRSS Уайт-Сэндс.

Производство

Первые семь спутников TDRSS были построены корпорацией TRW (ныне часть Northrop Grumman Aerospace Systems) в Редондо-Бич, Калифорния , а все спутники с тех пор — компанией Hughes Space and Communications, Inc. , в Эль-Сегундо, Калифорния (ныне часть корпорации Boeing ).

Культурные ссылки

Система TDRSS кратко упоминается в о Джеймсе Бонде фильме «Лунный гонщик» . Это также поднимается в фильме 1997 года « Горизонт событий» .

История запуска

См. Также: Список спутников TDRS.

Примечание: пока спутник TDRSS находится в процессе производства, ему присваивается буквенное обозначение, но после успешного выхода на правильную геостационарную орбиту ему присваивается номер (например, TDRS-A во время разработки и перед приемкой на орбиту). , и TDRS-1 после принятия на орбите и ввода в эксплуатацию). Таким образом, спутники, потерянные при неудачных запусках или имеющие массовые неисправности, никогда не нумеруются (например, TDRS-B , который так и не был пронумерован из-за его потери в космического корабля «Челленджер» катастрофе ).

См. также

• Европейская система ретрансляции данных
• Индийская спутниковая система ретрансляции данных - планируемые спутники связи
• Луч (спутник) - российская система ретрансляции данных.
• Система спутниковых данных - еще одна система ретрансляции данных в США для разведывательных спутников.
• Тяньлянь - китайская система ретрансляции данных

Внешние ссылки

• Официальная страница космической сети Центра космических полетов имени Годдарда НАСА
• Страница обзора программы НАСА TDRSS
• Официальная страница проекта TDRS K/L Центра космических полетов имени Годдарда НАСА

Примечания

• Бейкер, Д. (ред.) (2001) Космический справочник Джейн: 2001–2002. Александрия, Вирджиния: Информационная группа Джейн.
• Консолидированный контракт на космические операции (CSOC). (2000) Курс сертификации и обучения 880 и 882: Ориентация TDRSS и поток системных данных.
• Крафт, К. (2002) Полет: Моя жизнь в Центре управления полетами. Нью-Йорк: Plume Books.
• 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/ информационный пакет.pdf
• Отслеживание GPS-трекера Fox. https://certifiedpedia.com/tracking-fox-gps-tracker-review/

• 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 космонавтику. Нью-Йорк: McGraw-Hill Companies, Inc.
• Томпсон, Т. (1996) Космический журнал TRW. Редондо-Бич, Калифорния: TRW Space & Electronics Group.
• Вертц Дж. и Ларсон В. (1999) Анализ и проектирование космических миссий, третье издание. Торранс, Калифорния: Microcosm Press.