Spårning och dataförmedlingssatellitsystem

TDRS-programlogotyp
Plats för TDRS i mars 2019
En otflugen TDRS som visas på Steven F. Udvar-Hazy Center i Chantilly, Virginia.

US Tracking and Data Relay Satellite System ( TDRSS ) är ett nätverk av amerikanska kommunikationssatelliter (var och en kallad en spårnings- och datareläsatellit, TDRS) och markstationer som används av NASA för rymdkommunikation. Systemet var designat för att ersätta ett befintligt nätverk av markstationer som hade stöttat alla NASA:s besättningsflyguppdrag. Det främsta designmålet var att öka tiden rymdfarkoster var i kommunikation med marken och förbättra mängden data som kunde överföras. Många spårnings- och datareläsatelliter lanserades på 1980- och 1990-talen med rymdfärjan och använde sig av den tröga övre scenen , en tvåstegs solid raketbooster utvecklad för skytteln. Andra TDRS lanserades av Atlas IIa och Atlas V raketer.

Den senaste generationen av satelliter ger markmottagningshastigheter på 6 Mbit/s i S-bandet och 800 Mbit/s i Ku- och Ka-banden . Detta används främst av den amerikanska militären.

Ursprung

För att tillfredsställa kravet på långvarig, mycket tillgänglig rymd-till-mark-kommunikation skapade NASA i början av 1960-talet Spacecraft Tracking and Data Acquisition Network ( STADAN ) . STADAN, som bestod av parabolantenner och telefonväxlingsutrustning utplacerad över hela världen, gav rymd-till-jord-kommunikation under cirka 15 minuter av en 90-minuters omloppsperiod. Denna begränsade kontaktperiod räckte för obemannade rymdfarkoster, men bemannade rymdfarkoster kräver mycket längre datainsamlingstid. [ citat behövs ]

Ett sida-vid-sida-nätverk etablerat strax efter STADAN i början av 1960-talet, kallat Manned Space Flight Network (MSFN), samverkade med bemannade rymdfarkoster i jordens omloppsbana. Ett annat nätverk, Deep Space Network (DSN), samverkade med rymdfarkoster med besättning högre än 10 000 miles från jorden, såsom Apollo -uppdragen, förutom dess primära uppdrag att samla in data från djupa rymdsonder. [ citat behövs ]

Med skapandet av rymdfärjan i mitten av 1970-talet uppstod ett krav på ett rymdbaserat kommunikationssystem med högre prestanda. I slutet av Apollo-programmet insåg NASA att MSFN och STADAN hade utvecklats till att ha liknande kapacitet och beslutade att slå samman de två nätverken för att skapa Spacecraft Tracking and Data Network (STDN).

Även efter konsolideringen hade STDN vissa nackdelar. Eftersom hela nätverket bestod av markstationer spridda över hela världen, var dessa platser sårbara för värdlandets politiska nycker. För att upprätthålla en hög tillförlitlighetshastighet i kombination med högre dataöverföringshastigheter påbörjade NASA en studie [ när ? ] för att utöka systemet med rymdbaserade kommunikationsnoder.

Rymdsegmentet i det nya systemet skulle förlita sig på satelliter i geostationär omloppsbana. Dessa satelliter kan, på grund av sin position, sända och ta emot data till lägre kretsande satelliter och fortfarande hålla sig inom synhåll från markstationen. Den operativa TDRSS-konstellationen skulle använda två satelliter, betecknade TDE och TDW (för öst och väst ), och en reserv i omloppsbana. [ citat behövs ]

Efter att studien var klar insåg NASA att en mindre systemändring behövdes för att uppnå 100 % global täckning. Ett litet område skulle inte vara inom sikte för några satelliter – en så kallad Zone of Exclusion (ZOE). Med ZOE kunde ingen TDRS-satellit komma i kontakt med en rymdfarkost under en viss höjd (646 nautiska mil). Med tillägget av ytterligare en satellit för att täcka ZOE och markstationen i närheten, kan 100% täckning existera. Den rymdbaserade nätverksstudien skapade ett system som blev planen för dagens TDRSS-nätverksdesign.

Redan på 1960-talet skapade NASA:s Application Technology Satellite (ATS) och Advanced Communications Technology Satellite (ACTS) program prototyper för många av de teknologier som användes på TDRSS och andra kommersiella kommunikationssatelliter, inklusive frekvensdelning med flera åtkomst ( FDMA ), treaxliga rymdfarkoster stabilisering och högpresterande kommunikationsteknik. [ citat behövs ]

Från och med juli 2009 är TDRSS projektledare Jeff J. Gramling, NASA Goddard Space Flight Center. Boeing ansvarar för konstruktionen av TDRS K.

Nätverket

TDRSS liknar de flesta andra rymdsystem, där det är sammansatt av tre segment: mark-, rymd- och användarsegment. Dessa tre segment arbetar tillsammans för att utföra uppdraget. En nödsituation eller ett fel i ett segment kan få katastrofala konsekvenser för resten av systemet. Av denna anledning har alla segment redundans inkluderad.

Marksegment

Guam Remote Ground Terminal

Marksegmentet av TDRSS består av tre markstationer belägna vid White Sands Complex (WSC) i södra New Mexico, Guam Remote Ground Terminal (GRGT) vid Naval Computer and Telecommunications Station Guam och Network Control Center beläget vid Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland . Dessa tre stationer är hjärtat i nätverket och tillhandahåller kommando- och kontrolltjänster. Under en systemuppgradering som har slutförts har en ny terminal byggts i Blossom Point, Maryland.

WSC, som ligger nära Las Cruces består av:

  • White Sands Ground Terminal (WSGT)
  • Andra TDRSS Ground Terminal (STGT)
  • Extended TDRS Ground Terminal (ETGT)

Dessutom fjärrstyr WSC GRGT på Guam .

WSC har en egen avfart från US Route 70 som endast är till för anläggningspersonal. NASA beslutade om platsen för jordterminalerna med mycket specifika kriterier. Främst var markstationens syn på satelliterna; platsen måste vara tillräckligt nära ekvatorn för att kunna se himlen, både öster och väster. Vädret var en annan viktig faktor – New Mexico har i genomsnitt nästan 350 soldagar per år, med en mycket låg nederbördsnivå.

WSGT gick online med 1983 års uppskjutning av TDRS-A av Space Shuttle Challenger. STGT togs i drift 1994 och slutförde systemet efter Flight-6:s on-orbit-utcheckning tidigare under året. Dessutom, efter att den andra terminalen var klar, höll NASA en tävling för att namnge de två stationerna. Lokala mellanstadieelever valde Cacique (kah-see-keh), vilket betyder ledare för WSGT, och Danzante som betyder dansare för STGT. Dessa namn verkar endast ha varit i publicitetssyfte, för officiell NASA-dokumentation använd WSGT och STGT eller WSC som beteckningar.

WSGT och STGT är geografiskt åtskilda och helt oberoende av varandra, samtidigt som de behåller en backup fiberoptisk länk för att överföra data mellan platser i nödfall. Varje markstation har 19-meters skålar, kända som Space-Ground Link Terminals (SGLT), för att kommunicera med satelliterna. Tre SGLT:er finns vid STGT, men endast två finns vid WSGT. Systemarkitekterna flyttade den återstående SGLT till Guam för att ge fullt nätverksstöd för satelliten som täcker ZOE. Anses vara en avlägsen del av WSGT, avståndet och platsen för SGLT är transparent för nätverksanvändare.

Guam Remote Ground Terminal (GRGT) är en förlängning av WSGT. Terminalen innehåller SGLT 6, med Communication Service Controller (CSC) placerad vid STGT:s TDRS Operations Control Center (TOCC). Innan GRGT var i drift fanns ett hjälpsystem vid Diego Garcia .

Inkorporering i STDN

Huvuddelarna av Space Flight Tracking and Data Network (STDN) är: NASA Integrated Services Network (NISN), nätverkskontrollcenter (NCC), mission operations center (MOC), rymdfarkosts databehandlingsanläggning (SDPF) och multi uppdrag flygdynamiklabb (MMFD).

NISN tillhandahåller dataöverföringsryggraden för rymduppdrag. Det är en kostnadseffektiv telekommunikationstjänst för bredare nätverk för överföring av data, video och röst för alla NASA-företag, program och centra. Denna del av STDN består av infrastruktur och datorer dedikerade för att övervaka nätverkstrafikflödet, såsom fiberoptiska länkar, routrar och switchar. Data kan flöda genom NISN på två sätt: med hjälp av Internet Protocol Operational Network (IPONET) eller High Data Rate System (HDRS). IPONET använder TCP/IP -protokollet som är gemensamt för alla datorer som är anslutna till Internet och är ett standardsätt för att skicka data. High Data Rate System transporterar datahastigheter från 2 Mbit/s till 48 Mbit/s, för specialiserade uppdrag som kräver en hög dataöverföringshastighet. HDRS kräver inte infrastrukturen av routrar, switchar och gateways för att skicka sin data vidare som IPONET.

NCC tillhandahåller serviceplanering, kontroll, försäkran och ansvarighet. Serviceplanering tar användarförfrågningar och sprider informationen till lämpliga SN-element. Servicekontroll och försäkran stöder funktioner för realtidsanvändning, såsom mottagande, validering, visning och spridning av TDRSS-prestandadata. Service accountability tillhandahåller redovisningsrapporter om användningen av NCC och nätverksresurser. NCC låg ursprungligen vid Goddard Space-flight Center i Greenbelt, Maryland fram till 2000, då det flyttades till WSC.

MOC är fokuspunkten för rymdfarkoster. Den kommer att schemalägga förfrågningar om support, övervaka rymdfarkosternas prestanda och ladda upp kontrollinformation till rymdfarkosten (via TDRSS). MOC består av huvudutredare, uppdragsplanerare och flygoperatörer. Huvudutredarna initierar förfrågningar om SN-stöd. Uppdragsplanerare tillhandahåller dokumentation för rymdfarkosten och dess uppdrag. Och flygoperatörer är den sista länken, som skickar kommandon till rymdfarkosten och utför operationerna.

MMFD-labbet tillhandahåller stöd för flygprojekt och spårningsnätverk. Flygprojektstöd består av orbital- och attitydbestämning och kontroll. Orbitalparametrar spåras genom uppdragsrymdfarkostens faktiska omloppsbana och jämförs med dess förutspådda omloppsbana. Attitydbestämning beräknar uppsättningar av parametrar som beskriver en rymdfarkosts orientering i förhållande till kända objekt (sol, måne, stjärnor eller jordens magnetfält). Spårningsnätverkets support analyserar och utvärderar kvaliteten på spårningsdata.

Rymdsegment

TDRSS satellit

Rymdsegmentet i TDRSS-konstellationen är den mest dynamiska delen av systemet. Även med nio satelliter i omloppsbana ger systemet stöd med tre primära satelliter, medan resten används som reservdelar i omloppsbana som kan användas omedelbart som primära satelliter. Den ursprungliga TDRSS-designen hade två primära satelliter, betecknade TDE, för öst , och TDW, för väster och en reserv i omloppsbana. Ökningen av användarkrav under 1980-talet gjorde det möjligt för NASA att utöka nätverket med tillägg av fler satelliter, där några var samlokaliserade i en särskilt upptagen omloppsplats. Se Tracking and Data Relay Satellite för mer information om satelliterna.

Användarsegment

Användarsegmentet av TDRSS inkluderar många av NASAs mest framstående program. Program som Hubble Space Telescope och LANDSAT vidarebefordrar sina observationer till sina respektive uppdragskontrollcenter genom TDRSS. Eftersom rymdfärd med besättning var en av de främsta anledningarna till att bygga TDRSS, dirigeras rymdfärjan och den internationella rymdstationens röstkommunikation genom systemet.

Operationer

South Pole Tracking Relay-2

TDRSS-systemet har använts för att tillhandahålla datarelätjänster till många observatorier i omloppsbana, och även till antarktiska anläggningar som McMurdo Station med hjälp av TDRSS South Pole Relay. De USA-byggda sektionerna av den internationella rymdstationen (ISS) använder TDRSS för datarelä. TDRSS används också för att tillhandahålla startdatarelä för förbrukningsbara boosters. [ vilken? ]

Militära applikationer

Redan 1989 rapporterades det att en viktig funktion för TDRSS var att tillhandahålla datarelä för Lacrosse -radaravbildningsspaningssatelliterna som drivs av National Reconnaissance Office .

Nästan tjugo år senare, den 23 november 2007, noterade en onlinehandelspublikation: "Medan NASA använder (TDRSS) satelliter för att kommunicera med rymdfärjan och den internationella rymdstationen, är det mesta av deras bandbredd ägnat åt Pentagon, som täcker lejonparten av TDRSS driftskostnader och driver många av systemets krav, några av dem klassificerade."

I oktober 2008 avklassade NRO förekomsten av uppdragets markstationer i USA som kallas Aerospace Data Facility (ADF) - Colorado, ADF-East och ADF-Southwest nära Denver, Colorado , Washington, DC respektive Las Cruces, New Mexico . ADF-Colorado och ADF-East är kända för att vara belägna i Buckley AFB , CO och Fort Belvoir, Virginia ; ADF-Southwest ligger vid White Sands Missile Range , antas vara vid White Sands TDRSS-stationen.

Produktion

De första sju TDRSS-satelliterna byggdes av TRW- företaget (nu en del av Northrop Grumman Aerospace Systems) i Redondo Beach, Kalifornien , och alla satelliterna sedan dess av Hughes Space and Communications, Inc. , i El Segundo, Kalifornien , (nuvarande en del av Boeing Corporation).

Kulturella referenser

TDRSS-systemet nämns kort i James Bond- filmen, Moonraker . Den tas också upp i filmen Event Horizon från 1997 .

Starthistorik

Se även: Lista över TDRS-satelliter

Notera: medan en TDRSS-satellit är i tillverkningsprocessen får den en bokstavsbeteckning, men när den väl har uppnått den korrekta geosynkrona omloppsbanan hänvisas den till med ett nummer (till exempel TDRS-A under utveckling och före acceptans i omloppsbanan och TDRS-1 efter godkännande på omloppsbana och tagits i drift). Således numreras aldrig satelliter som går förlorade i uppskjutningsmisslyckanden eller har massiva fel (till exempel TDRS-B , som aldrig numrerades på grund av förlusten i rymdfärjan Challenger - katastrofen ).

Se även

externa länkar

Anteckningar

  • NASA. (2000) Guam Remote Ground Terminal. Hämtad från Internet 25 aug 2003. https://web.archive.org/web/20050214060604/http://nmsp.gsfc.nasa.gov/tdrss/guam.html
  • Sellers, J. (2000) Understanding Space: An Introduction to Astronautics. New York: McGraw-Hill Companies, Inc.
  • Thompson, T. (1996) TRW Space Log. Redondo Beach, Kalifornien: TRW Space & Electronics Group.
  • Wertz, J. & Larson, W. (1999) Space Mission Analysis and Design, tredje upplagan. Torrance, Kalifornien: Microcosm Press.
Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Tracking_and_Data_Relay_Satellite_System&oldid=1120665556 "