Американская спутниковая система слежения и ретрансляции данных ( TDRSS ) представляет собой 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 ракетами Atlas IIa и Atlas V.
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. [1]
Чтобы удовлетворить потребность в длительной и высокодоступной связи космос-земля, НАСА в начале 1960-х годов создало сеть слежения за космическими кораблями и сбора данных ( STADAN ). 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. [ нужна цитата ]
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. [ нужна цитата ]
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 [ когда? ] для дополнения системы 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 низкой орбите 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. [ нужна цитата ]
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. [2]
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. [ нужна цитата ]
По состоянию на июль 2009 года [обновлять]руководителем проекта TDRS является Джефф Дж. Грэмлинг из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА. [3] Роберт П. Бьюкенен, заместитель руководителя проекта, ушел на пенсию после 41 года работы в НАСА, и TDRS была одной из последних миссий. Компания Boeing отвечает за строительство TDRS K. [4]
TDRSS похожа на большинство других космических систем, поскольку она 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 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. [5] [6]
WSC, расположенный недалеко от Лас-Крусес, состоит из:
Кроме того, WSC удаленно управляет GRGT на Гуаме .
WSC имеет 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 ° 36'53 "N 144 ° 51'23" E / 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 .
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 космического корабля (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 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. Рост требований пользователей в 1980-х годах позволил НАСА расширить сеть за счет добавления большего количества спутников, причем некоторые из них были размещены в особенно загруженной орбитальной позиции. Более подробную информацию о спутниках см. в разделе « Спутник слежения и ретрансляции данных» .
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 между космическими челноками и Международной космической станцией осуществляется через систему.
Система TDRSS использовалась для предоставления услуг ретрансляции данных многим орбитальным обсерваториям, а также антарктическим объектам, таким как станция Мак-Мердо, через ретранслятор 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. [ который? ]
Еще в 1989 году сообщалось, что важной функцией TDRSS было обеспечение ретрансляции данных для спутников радиолокационной разведки Лакросс , находящихся в ведении Национального разведывательного управления . [7]
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». [8]
В октябре 2008 года NRO рассекретило существование наземных станций миссии в США под названием Aerospace Data Facility (ADF)-Колорадо, ADF-Восточный и ADF-Юго-запад недалеко от Денвера, Колорадо , Вашингтона, округ Колумбия , и Лас-Крусес, Нью-Мексико , соответственно. . [9] Известно, что ADF-Colorado и ADF- East расположены на авиабазе Бакли , Колорадо [10] и Форт-Бельвуар, Вирджиния ; [11] ADF-Southwest расположена на ракетном полигоне Уайт-Сэндс , предположительно на станции TDRSS Уайт-Сэндс. [12]
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 ).
Система TDRSS кратко упоминается в фильме о Джеймсе Бонде «Лунный гонщик» . Это также поднимается в фильме 1997 года «Горизонт событий» .
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 катастрофе космического корабля «Челленджер »).
