Sistem de urmărire și transmisie de date prin satelit

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Sigla programului TDRS

Sistemul de urmărire și transmisie de date prin satelit (TDRSS) (sistem de urmărire prin satelit și stație de transmisie) este un satelit al rețelei de telecomunicații din SUA. Sistemul constă dintr-un set de sateliți (numit „Tracking and data relay satellite”, TDRS) și stații terestre utilizate de NASA pentru comunicații spațiale. Sistemul a fost conceput pentru a înlocui rețeaua existentă de stații terestre utilizate pentru controlul tuturor misiunilor de zbor cu echipaj NASA. Scopul principal a fost de a crește atât acoperirea temporală a comunicațiilor cu Pământul, cât și cantitatea de date care pot fi transferate. Majoritatea sateliților TDRS au fost plasați pe orbită în anii 1980 și 1990 prin intermediul navetelor spațiale propulsate de Inertial Upper Stage , o rachetă cu propulsor solid în două etape special dezvoltată. Ceilalți sateliți TDRS au fost lansați pe orbită folosind vectorii Atlas IIa și Atlas V.

Ultimele generații ale acestor sateliți sunt capabili să asigure viteze de transmisie de 6 Mbit / s în banda S și 800 Mbit / s în benzile Ku și Ka , în principal pentru utilizare militară de către armata SUA. [1]

Origini

Un satelit TDRS expus la Steven F. Udvar-Hazy Center din Chantilly, Virginia.

La începutul anilor 1960, NASA a construit Rețeaua de urmărire și achiziție de date a navei spațiale ( STADAN ) pentru a îndeplini cerința de comunicații spațiu-pământ de lungă durată, cu disponibilitate ridicată. Pe baza unui sistem de antene parabolice și dispozitive de comutare telefonică distribuite în întreaga lume, STADAN a reușit să asigure aproximativ 15 minute de comunicare pe perioade orbitale de 90 de minute. Acest timp limitat de contact a fost suficient pentru vehiculele fără pilot, dar au fost necesare ferestre de comunicare mult mai lungi pentru misiunile spațiale cu pilot.

În acest scop, lui STADAN i s-a alăturat o a doua rețea, numită Rețeaua de zbor spațial echipat (MSFN), concepută special pentru comunicațiile cu astronauții pe orbită. O altă rețea, Deep Space Network (DSN), a fost dezvoltată pentru a putea interacționa cu echipaje umane aflate la mai mult de 16.000 km distanță de Pământ, ca în cazul misiunilor programului Apollo , precum și pentru a putea colecta date trimise de sondele spațiale pe distanțe foarte mari.

La mijlocul anilor 1970, dezvoltarea programului Space Shuttle a scos la iveală necesitatea unui sistem de comunicații spațiale cu performanțe mai ridicate; la sfârșitul programului Apollo, NASA și-a dat seama că sistemele MSFN și STADAN au evoluat în așa fel încât să fi dobândit același nivel de capacitate, așa că a decis să le unească împreună, creând nava spațială Spacecraft Tracking and Data Network , STDN). În ciuda acestei consolidări, STDN a prezentat totuși unele aspecte problematice: având în vedere că rețeaua era alcătuită din stații terestre situate în întreaga lume, unele site-uri au fost expuse schimbărilor politice și răsturnărilor din țările gazdă, făcând sistemul potențial vulnerabil. Pentru a asigura un nivel ridicat de fiabilitate și, în același timp, rate de date ridicate, NASA a început o serie de studii pentru a integra sistemul cu nodurile de comunicații situate în spațiu. Segmentul spațial al noului sistem s-ar baza pe sateliți pe orbită geostaționară care, datorită poziției lor, pot transmite și primi semnale către sateliți pe orbite inferioare și, în același timp, pot menține contactul cu bazele terestre. Rețeaua TDRSS ar fi constituit dintr-o constelație formată din doi sateliți, numiți TDE și TDW (unde „E” înseamnă „est” și „W” înseamnă „vest”, vest ) plus un al treilea satelit de rezervă pe orbită.

La finalizarea studiului, NASA și-a dat seama că este necesară o modificare suplimentară pentru a asigura o acoperire globală de 100%: de fapt, sa dovedit că, cu sistemul original, o zonă mică, numită „Zona de excludere” (ZOE), a rămas neacoperită și nu există TDRS satelitul ar fi putut contacta nava spațială sub 646 mile marine (aproximativ 1 270 km); pentru a acoperi, de asemenea, ZOE și cea mai apropiată stație terestră și astfel a obține o acoperire de 100%, a fost nevoie de un alt satelit. Sistemul final rezultat din acest studiu a format schema pentru rețeaua actuală TDRSS. [2]

Începând cu anii șaizeci, NASA a dezvoltat programe Applications Technology Satellite (ATS) și Advanced Communications Technology Satellite (ACTS), prototipurile multor tehnologii utilizate ulterior pentru TDRSS și alți sateliți de telecomunicații comerciale, inclusiv accesul multiplu de diviziune în frecvență ( FDMA ), stabilizarea pe trei axe a navelor spațiale și tehnologii de telecomunicații de înaltă performanță.

Din iulie 2009, managerul de proiect al sistemului este Jeff J. Gramling, de la centrul spațial de zbor NASA din Goddard [3], în timp ce Boeing este responsabil pentru realizarea TDRS K. [4]

Structura rețelei

Sistemul TDRSS este similar cu majoritatea celorlalte sisteme de comunicații spațiale și este format din trei segmente: segmentul sol, segmentul spațial și segmentul utilizatorului. Cele trei segmente funcționează într-un mod comun și coordonat și întrucât o situație de urgență sau eșec într-unul din cele trei segmente poate avea consecințe catastrofale asupra restului sistemului, fiecare segment are propriile sale mecanisme de redundanță .

Segmentul pământului

Terminalul terestru din Guam

Segmentul de teren al TDRSS este format din trei baze: Complexul White Sands (WSC) din sudul New Mexico ; Terminalul la distanță Pământ Guam (Terminalul la sol la distanță Guam, GRGT) și centrul de control al rețelei (sistemul de date al centrului de control al rețelei) la Centrul de zbor spațial Goddard din Greenbelt din Maryland . Aceste trei stații formează centrul rețelei și efectuează funcții și servicii de comandă și control. Pentru a extinde sistemul, a fost construit și un nou terminal la Blossom Point , tot în Maryland. [5] [6]

Stația WSC este situată în apropiere de Las Cruces din New Mexico și constă din trei situri terminale:

În plus, WSC controlează de la distanță și baza GRGT din Guam, al cărei controler de servicii de comunicații (CSC) se află la Centrul de control al operațiunilor TDRS (TOCC) al STGT.

WSC este accesat de la o ieșire dedicată din US Route 70 rezervată personalului de bază. Poziționarea terminalelor terestre răspunde unor criterii foarte specifice, în primul rând vizibilității directe de la sateliți; în plus, terminalele trebuie să fie poziționate suficient de aproape de ecuator pentru a acoperi sectoarele ceresti est și vest; în sfârșit, un alt factor important este aspectul climatic: New Mexico are în medie 350 de zile de soare pe an, cu un nivel foarte scăzut de precipitații.

WSGT a fost pus în funcțiune în 1978, la timp pentru debutul navei spațiale la începutul anului 1979. STGT a devenit operațional în 1994 și la scurt timp după finalizarea sa NASA a organizat un concurs pentru a numi cele două terminale. Elevii de la o școală gimnazială locală au ales numele „Cacique” („șef”) pentru WSGT și „Danzante” pentru STGT. Aceste nume au fost create numai în scopuri publicitare, deoarece documentația oficială a NASA folosește termenii WSTG, STGT și WSC.

WSGT și STGT sunt geografic separate și total independente unele de altele, în afară de o legătură de fibră optică de rezervă pentru a asigura transferul de date între site-uri în caz de urgență. Fiecare amplasament al terminalului comunică cu sateliții prin antene de satelit de 19 metri, cunoscute sub numele de Terminale de legătură spațiu-sol. STGT este echipat cu trei SGLT, în timp ce WSGT are doar două: al treilea SLGT a fost mutat la baza Guam pentru a oferi suport de rețea complet satelitului utilizat pentru acoperirea ZOE; gestionată ca o extensie la distanță a WSGT, distanța și locația SLGT sunt complet transparente pentru utilizatorii de rețea. Terminal la sol la distanță Guam (GRGT) 13 ° 36'53,28 "N 144 ° 51'23,4" E / 13,6148 ° N 144,8565 ° E 13,6148; 144.8565 , având în vedere și telecomanda sa, reprezintă, prin urmare, o extensie a WSGT.

Înainte ca GRGT să intre în funcțiune, un sistem auxiliar a fost implementat în Diego Garcia .

Segment spațial

Localizarea sateliților TDRS începând din martie 2019

Segmentul spațial al constelației TDRSS este cea mai dinamică parte a sistemului. Există nouă sateliți pe orbită, dintre care doar trei (sateliții primari) sunt utilizați pentru a opera sistemul; restul de șase sunt în rezervă și își pot asuma imediat rolul de satelit primar în caz de probleme. Designul original TDRSS a inclus doar doi sateliți primari, numiți TDE (est) și TDW (vest) plus un al treilea satelit de rezervă. Creșterea cerințelor și nevoilor utilizatorilor din anii 1980 a permis NASA să extindă rețeaua prin adăugarea mai multor sateliți, dintre care unii erau co-localizați într-o poziție orbitală deosebit de aglomerată.

Segment de utilizatori

Segmentul de utilizatori al sistemului TDRSS include unele dintre cele mai ambițioase programe ale NASA: de exemplu, telescopul spațial Hubble și sistemul Landsat transmit date din observațiile lor către centrele lor de control respective folosind ca prin intermediul TRDSS. Având în vedere că unul dintre principalele motive care stau la baza dezvoltării TDRSS este sprijinul pentru misiunile spațiale cu echipaj, comunicațiile vocale cu Naveta Spațială și Stația Spațială Internațională au loc, de asemenea , prin intermediul sistemului TDRSS.

Integrarea în STDN

Sistemul TDRSS este integrat în rețeaua de urmărire și date spațiale a zborurilor spațiale (STDN). Principalele componente ale STDN sunt rețeaua de servicii integrate NASA (NISN), centrul de control al rețelei (NCC), centrul de operațiuni de misiune (MOC), instalația de procesare a datelor vehiculului de serviciu (SDPF) și laboratorul de dinamică a zborului cu mai multe misiuni ( MMFD).

NISN formează coloana vertebrală a rețelei de transfer de date a misiunii spațiale și este o rețea WAN de telecomunicații optimizată din punct de vedere al costurilor pentru transmiterea de date, video și voce pentru toate agențiile, programele și centrele NASA. Infrastructura, bazată pe conexiuni de fibră optică , routere și comutatoare , este completată de computere dedicate monitorizării traficului de rețea. Datele sunt transferate în două moduri: prin intermediul rețelei operaționale de protocol Internet (IPONET) și utilizând sistemul de date de mare viteză (HDRS). IPONET utilizează protocolul TCP / IP comun tuturor computerelor conectate la internet și este metoda standard de transfer de date. Sistemul de viteză ridicată a datelor transportă date la viteze cuprinse între 2 Mbit / s și 48 Mbit / s și este utilizat pentru misiuni specializate care necesită rate de transfer ridicate. Spre deosebire de IPONET, HDRS nu necesită infrastructura de routere, switch-uri și gateway-uri pentru a trimite date.

NCC gestionează planificarea, controlul, asigurarea și contabilitatea serviciilor. Planificarea serviciului colectează solicitările utilizatorilor și distribuie informațiile către nodurile de servicii corespunzătoare. Controlul și asigurarea serviciului acceptă funcții de implementare în timp real, cum ar fi primirea, validarea, afișarea și distribuirea nivelului de performanță al sistemului TDRSS. Serviciul de contabilitate ține evidența modului și momentului în care sunt utilizate resursele de rețea. NCC a fost inițial instalat la centrul spațial Goddard, până când a fost transferat la WSC în 2000.

Centrul de operațiuni al misiunii (MOC) este punctul central al operațiunilor spațiale. Programați cereri de asistență, mențineți controlul nivelului de performanță al navei spațiale și încărcați informații de control despre navă prin sistemul TDRSS. MOC este alcătuit din anchetatorii principali, planificatorii de misiuni și operatorii de zbor. Anchetatorii principali produc cereri inițiale de sprijin; planificatorii de misiuni dezvoltă documentația legată de nava spațială și misiunea acesteia și, în cele din urmă, operatorii de zbor trimit comenzi vehiculelor și efectuează operațiuni de misiune planificate.

Laboratorul MMFD oferă asistență pentru planul de zbor și pentru rețeaua de urmărire. Suportul planului de zbor constă în determinarea și controlul orbitei și al parametrilor de atitudine pentru poziționarea inerțială . Parametrii orbitali reali sunt monitorizați și comparați cu cei teoretici. Controlul atitudinii calculează toți parametrii care vă permit să descrieți orientarea și poziționarea precisă a vehiculului în raport cu obiectele cunoscute (Soarele, Luna, stelele fixe sau câmpul magnetic al Pământului ). Suportul pentru rețeaua de urmărire constă în analiza și evaluarea datelor de urmărire.

Aplicații

Repetorul Polului Sud-2

Sistemul TDRSS este utilizat pentru a furniza servicii de retransmisie a datelor către multe observatoare orbitale și, de asemenea, către instalațiile din Antarctica , cum ar fi stația McMurdo, prin intermediul releului TDRSS al Polului Sud. Secțiunea din ISS construită de Statele Unite se bazează, de asemenea, pe TDRSS pentru transferul de date. TDRSS este, de asemenea, utilizat pentru a transfera date de lansare a rachetelor aruncate.

Aplicații militare

În 1989 s-a anunțat că una dintre funcțiile importante ale sistemului TDRSS a fost de a oferi suport pentru transferul de date de la sateliții spion Lacrosse ai Oficiului Național de Recunoaștere . [7]

Aproape douăzeci de ani mai târziu, pe 23 noiembrie 2007, o revistă de specialitate online a menționat că „în timp ce NASA folosește sateliți (ai TDRSS) pentru a comunica cu naveta spațială și Stația Spațială Internațională, cea mai mare parte a trupei este rezervată Pentagonului pe care îl reprezintă cea mai mare parte a acoperirii costurilor operaționale TDRSS și se află la baza multor cerințe de sistem, dintre care unele sunt confidențiale. " [8]

În octombrie 2008, NRO a declasificat existența în Statele Unite a altor baze terestre identificate ca Aerospace Data Facility (ADF) - Colorado, ADF-Est și respectiv ADF-Sud-Vest situate lângă Denver , Colorado , Washington, DC și Las Cruces în New Mexic. [9] În special, ADF-Colorado și ADF-Est se află la baza aeriană Buckley [10] și Fort Belvoir din Virginia ; [11] ADF-Sud-Vest ar fi în baza de rachete White Sands . [12]

Producție

Primii șapte sateliți TDRSS au fost construiți în Redondo Beach ( California ) de TRW , care acum face parte din Aerospace Systems de la Northrop Grumman , în timp ce toți sateliții ulteriori au fost fabricați în El Segundo , tot în California de Hughes Space and Communications, Inc. , care acum face parte din Grupul Boeing .

Cultură de masă

Sistemul TDRSS este menționat pe scurt în filmul James Bond Moonraker - Operation Space și este menționat și în filmul din 1997 Point of No Return .

Notă

  1. ^ (EN) TDRS-I , al arhivei de date a științei spațiale coordonate de NASA.
  2. ^ (EN) TDRSS 2nd Workshop (PDF) pe msp.gsfc.nasa.gov. Adus la 22 decembrie 2010 (arhivat din original la 21 iulie 2011) .
  3. ^ (EN) Susan Hendrix, satelitul NASA de urmărire și transmitere a datelor Misiunea trece revizuirea majoră pe nasa.gov, 22 iulie 2009.
  4. ^ (EN) Generation to Generation, Un risc mai mic , pe boeing.com. Accesat la 22 decembrie 2010 (arhivat din original la 29 iunie 2011) .
  5. ^ (EN) Rețeaua spațială NASA va începe un nou design pentru segmentul de fază la sol , pe nasa.gov. Accesat la 25 octombrie 2012 .
  6. ^ (EN) NASA Awards Space Space Expansion-East Option pe nasa.gov. Accesat la 25 octombrie 2012 .
  7. ^ (EN) Sateliți spion: intrarea într-o nouă eră (PDF), în Știința, n. 243, 24 martie 1989. Adus la 20 iulie 2013 .
  8. ^ ( RO ) Sateliții de schimb în fruntea listei cu ofertele viitoare ale NASA , pe Space.com .
  9. ^ (EN) Declasificarea stației terestre a misiunii (PDF) pe fas.org.
  10. ^ (EN) Buckley AFB: Fisa cu informații despre chiriași pe buckley.af.mil (depusă de „Adresa URL originală 27 septembrie 2015).
  11. ^ (EN) Capt. K Panzenhagen , pe area58-dogue.blogspot.com , 2009.
  12. ^ (EN) Informații declasificate din NRO (PDF) pe fas.org. Adus 01.05.2011 .

Alte proiecte

linkuri externe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Tracking_and_Data_Relay_Satellite_System&oldid=122041698 ”