Набор двухстрочных элементов ( TLE ) - это формат данных, кодирующий список орбитальных элементов объекта, вращающегося вокруг Земли, для заданного момента времени, эпохи . Используя подходящую формулу прогноза, состояние (положение и скорость) в любой момент в прошлом или будущем можно оценить с некоторой точностью. Представление данных TLE характерно для упрощенных моделей возмущений (SGP, SGP4 , SDP4, SGP8 и SDP8), поэтому любой алгоритм, использующий TLE в качестве источника данных, должен реализовывать одну из моделей SGP для правильного вычисления состояния в интересующий момент. TLE могут описывать траектории только объектов, вращающихся вокруг Земли. TLE широко используются в качестве исходных данных для проектирования будущих орбитальных траекторий космического мусора с целью характеристики «будущих событий, связанных с мусором, для поддержки анализа рисков, анализа сближения, маневрирования для предотвращения столкновений » и судебно-медицинского анализа . [1]
Формат изначально предназначался для перфокарт , кодирующих набор элементов на двух стандартных 80-столбцовых картах . Этот формат со временем был заменен текстовыми файлами [ когда? ], где каждый набор элементов записывается в две строки ASCII с 70 столбцами . ВВС США отслеживают все обнаруживаемые объекты на орбите Земли, создавая соответствующую TLE для каждого объекта, и делают общедоступный Тлес для многих космических объектов на сайте Space Track, [2] [3] сдерживая или запутывание данных о много военных или секретных объектов . Формат TLE де-факто стандарт распределения элементов орбиты орбитального объекта.
Набор TLE может включать строку заголовка, предшествующую данным элемента, поэтому каждый листинг может занимать три строки в файле. Заголовок не требуется, поскольку каждая строка данных включает уникальный код идентификатора объекта.
История [ править ]
В начале 1960-х Макс Лейн разработал математические модели для прогнозирования местоположения спутников на основе минимального набора элементов данных. Его первая статья по этой теме, опубликованная в 1965 году, представила аналитическую теорию сопротивления, которая касалась прежде всего эффектов сопротивления, вызванных сферически-симметричной невращающейся атмосферой. [4] Вместе с К. Крэнфордом они опубликовали улучшенную модель в 1969 году, в которую добавлены различные гармонические эффекты из-за взаимодействий Земля-Луна-Солнце и различные другие данные. [5]
Модели Лейна широко использовались военными и НАСА с конца 1960-х годов. Улучшенная версия стала стандартной моделью для NORAD в начале 1970-х годов, что в конечном итоге привело к созданию формата TLE. В то время для перфокарт было разработано два формата: «внутренний формат», в котором использовались три карты, кодирующие полные данные о спутнике (включая название и другие данные), и «формат передачи» с двумя картами, в котором перечислялись только те элементы, которые были могут быть изменены. [6] Последние экономили на картах и производили колоды меньшего размера при обновлении баз.
Крэнфорд продолжил работу над моделированием, что в конечном итоге привело к тому, что Лейн опубликовал отчет Spacetrack № 2, в котором подробно описывалась теория общих возмущений ВВС или AFGP4. В документе также описаны две упрощенные версии системы: IGP4, в которой использовалась упрощенная модель сопротивления, и SGP4 (Simplified General Perturbations), в которой использовалась модель сопротивления IGP4 вместе с упрощенной моделью гравитации. [7] Для большинства объектов различия между тремя моделями были незначительными. Год спустя был выпущен отчет Spacetrack Report # 3 , включающий полный исходный код FORTRAN для модели SGP4. [8] Это быстро стало стандартной де-факто моделью как в промышленности, так и в астрономии.
Вскоре после публикации Отчета № 3 НАСА начало публиковать элементы для множества видимых и других хорошо известных объектов в своих периодических бюллетенях прогнозов НАСА , которые состояли из данных формата передачи в печатной форме. После попыток в течение некоторого времени убедить НАСА выпустить их в электронной форме, Т.С. Келсо взял дело в свои руки и начал вручную копировать списки в текстовые файлы, которые он распространял через свою систему досок объявлений CelesTrak . Это выявило проблему в системе контрольных сумм НАСА , которая связана с отсутствием символа плюса (+) на телетайпе.машины, используемые в НАСА, что в конечном итоге оказалось проблемой эпохи перфокарт, которая произошла, когда NORAD обновился с набора символов BCD на EBCDIC на компьютере, отправляющем обновления. Эта проблема исчезла, когда Келсо начал получать данные непосредственно от NORAD в 1989 году [9].
Позже модель SGP4 была расширена за счет поправок на объекты дальнего космоса, в результате чего была создана SDP4, в которой использовались те же входные данные TLE. За прошедшие годы был создан ряд более совершенных моделей прогнозирования, но они не получили широкого распространения. Это связано с тем, что TLE не содержит дополнительной информации, необходимой для некоторых из этих форматов, что затрудняет поиск элементов, необходимых для использования преимуществ улучшенной модели. Более тонко, данные TLE массируются таким образом, чтобы улучшить результаты при использовании с моделями серии SGP, что может привести к тому, что прогнозы других моделей будут менее точными, чем SGP, при использовании с обычными TLE. Единственная новая модель, получившая широкое распространение, - это SGP8 / SDP8, которые были разработаны для использования тех же входных данных и представляют собой относительно небольшие поправки к модели SGP4.
Форматировать [ редактировать ]
Первоначально в моделях SGP использовались два формата данных: один содержал полную информацию об объекте, известный как «внутренний формат», а второй, известный как «формат передачи», использовался для предоставления обновлений этих данных.
Для внутреннего формата использовались три перфокарты на 80 столбцов. Каждая карта начинается с номера карты, 1, 2 или 3, и заканчивается буквой «G». По этой причине систему часто называли «форматом G-карты». В дополнение к элементам орбиты G-карта включала в себя различные флаги, такие как страна запуска и тип орбиты (геостационарная и т. Д.), Расчетные значения, такие как высота перигея и визуальная величина, а также поле для комментариев из 38 символов.
Формат передачи - это, по сути, урезанная версия формата G-карты, удаляющая все данные, которые не подлежат регулярным изменениям, или данные, которые могут быть рассчитаны с использованием других значений. Например, высота перигея из G-карты не включается, так как ее можно рассчитать по другим элементам. Остается только набор данных, необходимых для обновления исходных данных G-карты по мере проведения дополнительных измерений. Данные помещаются в 70 столбцов и не содержат завершающего символа. TLE - это просто данные формата передачи, представленные как текст ASCII.
Пример TLE для Международной космической станции :
ИСС (ЗАРЯ)1 25544U 98067A 08264.51782528 -.00002182 00000-0 -11606-4 0 29272 25544 51.6416 247.4627 0006703 130.5360 325.0288 15.72125391563537
Смысл этих данных следующий: [10]
- Строка заголовка
| Поле | Столбцы | Содержание | Пример |
|---|---|---|---|
| 1 | 01–24 | Название спутника | ИСС (ЗАРЯ) |
- СТРОКА 1
| Поле | Столбцы | Содержание | Пример |
|---|---|---|---|
| 1 | 01–01 | Номер строчки | 1 |
| 2 | 03–07 | Номер спутникового каталога | 25544 |
| 3 | 08–08 | Классификация (U = несекретно, C = секретно, S = секретно) [11] | U |
| 4 | 10–11 | Международный обозначение (последние две цифры года выпуска) | 98 |
| 5 | 12–14 | Международное обозначение (стартовый номер года) | 067 |
| 6 | 15–17 | Международный указатель (часть запуска) | А |
| 7 | 19–20 | Эпоха Год (последние две цифры года) | 08 |
| 8 | 21–32 | Эпоха (день года и дробная часть дня) | 264,51782528 |
| 9 | 34–43 | Первая производная среднего движения, известная как баллистический коэффициент [12] | -.00002182 |
| 10 | 45–52 | Вторая производная от среднего движения (предполагается десятичная точка) [12] | 00000-0 |
| 11 | 54–61 | Термин перетаскивания, известный как коэффициент радиационного давления или BSTAR (используется десятичная точка) [12] | -11606-4 |
| 12 | 63–63 | Тип эфемерид (только для внутреннего использования - всегда ноль в распределенных данных TLE) [13] | 0 |
| 13 | 65–68 | Номер набора элементов. Увеличивается при создании нового TLE для этого объекта. [12] | 292 |
| 14 | 69–69 | Контрольная сумма ( по модулю 10) | 7 |
- СТРОКА 2
| Поле | Столбцы | Содержание | Пример |
|---|---|---|---|
| 1 | 01–01 | Номер строчки | 2 |
| 2 | 03–07 | Номер спутникового каталога | 25544 |
| 3 | 09–16 | Наклон (градусы) | 51,6416 |
| 4 | 18–25 | Прямое восхождение восходящего узла (градусы) | 247,4627 |
| 5 | 27–33 | Эксцентриситет (предполагается десятичная точка) | 0006703 |
| 6 | 35–42 | Аргумент Перигея (градусы) | 130,5360 |
| 7 | 44–51 | Средняя аномалия (градусы) | 325,0288 |
| 8 | 53–63 | Среднее движение (оборотов в день) | 15.72125391 |
| 9 | 64–68 | Число оборотов в эпоху (оборотов) | 56353 |
| 10 | 69–69 | Контрольная сумма (по модулю 10) | 7 |
Предполагается, что десятичные точки являются ведущими десятичными точками. Последние два символа в полях 10 и 11 первой строки указывают степень 10, применяемую к предыдущему десятичному знаку. Так, например, поле 11 (-11606-4) преобразуется в -0,11606E-4 (-0,11606 × 10 -4 ).
Контрольные суммы для каждой строки вычисляются путем сложения всех числовых цифр в этой строке, включая номер строки. Единица добавляется к контрольной сумме для каждого отрицательного знака (-) в этой строке. Все остальные нецифровые символы игнорируются.
Для тела на типичной низкой околоземной орбите точность, которую можно получить с помощью модели орбиты SGP4, составляет порядка 1 км в течение нескольких дней после эпохи набора элементов. [14] Термин «низкая орбита» может относиться либо к высоте (минимальной или глобальной), либо к периоду обращения тела. Исторически алгоритмы SGP определяют низкую орбиту как орбиту продолжительностью менее 225 минут.
Двузначные годы эпохи 57-99 соответствуют 1957-1999 годам, а цифры 00-56 - 2000-2056 гг. [15]
Максимальное количество номеров спутникового каталога, которое может быть закодировано в TLE, быстро приближается с недавней коммерциализацией космоса и несколькими ключевыми событиями распада, которые привели к созданию огромного количества объектов мусора. Предполагалось, что будущие модификации TLE увеличат количество кодируемых спутников в TLE. [16]
Ссылки [ править ]
- ^ Каррико, Тимоти; Каррико, Джон; Поликастри, Лиза; Loucks, Майк (2008). «Исследование событий орбитального мусора с использованием численных методов с использованием модели полного распространения орбиты» (PDF) . Американский институт аэронавтики и астронавтики (AAS 08–126). Архивировано из оригинального (PDF) 04.12.2014.
- ^ «Введение и вход в Space-Track.Org» . Space-track.org . Проверено 28 ноября 2014 .
- ^ "Домашняя страница Celestrak" . Celestrak.com . Проверено 28 ноября 2014 .
- ^ Vallado, Дэвид; Кроуфорд, Пол; Худжак, Ричард; Келсо, Т.С. (2006). "Повторное посещение отчета космического трека № 3" (PDF) . Американский институт аэронавтики и астронавтики .
- ^ Лейн, Макс; Крэнфорд, Кеннет (1969). «Улучшенная аналитическая теория сопротивления для проблемы искусственных спутников». AIAA . OCLC 122930989 .
- ^ ADCOM Form 2012 (PDF) (Технический отчет).
- ^ Лейн, Макс; Гудки, Феликс (декабрь 1979). Общие теории возмущений, выведенные из теории сопротивления полосы движения 1965 года (PDF) (Технический отчет). Проект Space Track, Командование воздушно-космической обороны.
- ^ Hoots, Феликс; Рорич, Рональд (декабрь 1980 г.). Модели распространения наборов элементов NORAD (PDF) (Технический отчет). Проект Space Track, Командование воздушно-космической обороны.
- ↑ Келсо, Тед (январь 1992 г.). «Противоречие контрольной суммы двухстрочного набора элементов» . CelesTrak .
- ^ "Космический трек" . Space-track.org . Проверено 28 ноября 2014 .
- ^ "Файл набора двухстрочных орбитальных элементов Норад" . ai-solutions.com . Проверено 3 сентября 2019 .
- ^ a b c d «НАСА, Определение двухстрочной системы координат набора элементов » . Spaceflight.nasa.gov . Проверено 28 ноября 2014 .
- ^ "CelesTrak:" Часто задаваемые вопросы: Формат двухстрочного набора элементов " " . celestrak.com . Проверено 3 сентября 2019 .
- Перейти ↑ Kelso, TS (29 января 2007 г.). «Проверка SGP4 и IS-GPS-200D на эфемеридах точности GPS» . Celestrak.com . Проверено 28 ноября 2014 .
Документ AAS 07-127, представленный на 17-й конференции AAS / AIAA по механике космического полета, Седона, Аризона
- ^ «Часто задаваемые вопросы: формат набора двухстрочных элементов» . CelesTrak.
- ^ «CelesTrak: новый способ получения данных GP» . celestrak.com . Проверено 29 июля 2020 .
