Американская 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 NASA для космической связи. Система была разработана для замены существующей сети наземных станций, которые поддерживали все пилотируемые полеты NASA. Основной целью разработки было увеличение времени связи космических аппаратов с землей и улучшение объема данных, которые могли быть переданы. Многие спутники слежения и ретрансляции данных были запущены в 1980-х и 1990-х годах с помощью космического челнока и использовали инерциальную верхнюю ступень , двухступенчатый твердотопливный ракетный ускоритель, разработанный для челнока. Другие TDRS были запущены ракетами Atlas IIa и Atlas V.
Последнее поколение спутников обеспечивает скорость приема на земле 6 Мбит/с в S-диапазоне и 800 Мбит/с в Ku- и Ka-диапазонах . Это в основном используется военными США. [1]
Чтобы удовлетворить потребность в долговременной, высокодоступной связи космос-земля, в начале 1960-х годов НАСА создало Космическую сеть слежения и сбора данных ( STADAN ). Состоящая из параболических антенн-тарелок и телефонного коммутационного оборудования, развернутого по всему миру, STADAN обеспечивала связь космос-земля в течение приблизительно 15 минут из 90-минутного периода орбиты. Этот ограниченный период контакта был достаточен для беспилотных космических аппаратов, но пилотируемые космические аппараты требуют гораздо большего времени сбора данных. [ необходима цитата ]
Параллельная сеть, созданная сразу после STADAN в начале 1960-х годов, названная Manned Space Flight Network (MSFN), взаимодействовала с пилотируемыми космическими аппаратами на околоземной орбите. Другая сеть, Deep Space Network (DSN), взаимодействовала с пилотируемыми космическими аппаратами на высоте более 10 000 миль от Земли, такими как миссии Apollo , в дополнение к своей основной миссии по сбору данных с зондов дальнего космоса. [ необходима цитата ]
С созданием Space Shuttle в середине 1970-х годов возникла потребность в более производительной космической системе связи. В конце программы Apollo в NASA поняли, что MSFN и STADAN развились до схожих возможностей, и решили объединить две сети для создания Spacecraft Tracking and Data Network (STDN).
Даже после консолидации STDN имела некоторые недостатки. Поскольку вся сеть состояла из наземных станций, разбросанных по всему миру, эти сайты были уязвимы для политических прихотей принимающей страны. Чтобы поддерживать высокий уровень надежности в сочетании с более высокими скоростями передачи данных, NASA начало исследование [ когда? ] по расширению системы космическими узлами связи.
Космический сегмент новой системы будет полагаться на спутники на геостационарной орбите. Эти спутники, в силу своего положения, могли бы 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, обозначенных как TDE и TDW (для востока и запада ), и один запасной на орбите. [ необходима цитата ]
После завершения исследования в NASA поняли, что для достижения 100% глобального покрытия необходима незначительная модификация системы. Небольшая область не будет находиться в пределах прямой видимости ни одного спутника — так называемая Зона отчуждения (ZOE). С ZOE ни один спутник TDRS не сможет связаться с космическим аппаратом ниже определенной высоты (646 морских миль). С добавлением еще одного спутника для покрытия ZOE и наземной станции поблизости может существовать 100% покрытие. Исследование космической сети создало систему, которая стала планом для современного дизайна сети TDRSS. [2]
Еще в 1960-х годах программы NASA Application Technology Satellite (ATS) и Advanced Communications Technology Satellite (ACTS) создали прототипы многих технологий, используемых на TDRSS и других коммерческих спутниках связи, включая частотный разделительный множественный доступ ( FDMA ), трехосную стабилизацию космического аппарата и высокопроизводительные технологии связи. [ необходима ссылка ]
По состоянию на июль 2009 года [обновлять]руководителем проекта TDRS является Джефф Дж. Грэмлинг, NASA Goddard Space Flight Center. [3] Роберт П. Бьюкенен, заместитель руководителя проекта, вышел на пенсию после 41 года работы в NASA, и TDRS стала одной из последних миссий. Boeing отвечает за строительство TDRS K. [4]
TDRSS похожа на большинство других космических систем, в которых она состоит из трех сегментов: наземного, космического и пользовательского. Эти три сегмента работают совместно для выполнения миссии. Авария или отказ в любом сегменте может иметь катастрофические последствия для остальной системы. По этой причине все сегменты имеют избыточность.
Наземный сегмент TDRSS состоит из трех наземных станций, расположенных в White Sands Complex (WSC) на юге Нью-Мексико, Guam Remote Ground Terminal (GRGT) на Naval Computer and Telecommunications Station Guam и Network Control Center, расположенном в Goddard Space Flight Center в Гринбелте, штат Мэриленд . Эти три станции являются сердцем сети, предоставляя услуги управления и контроля. В рамках модернизации системы, которая была завершена, был построен новый терминал в Blossom Point, штат Мэриленд. [5] [6]
WSC, расположенный недалеко от Лас-Крусес, состоит из:
Кроме того, WSC дистанционно управляет GRGT на Гуаме .
WSC имеет свой собственный выезд с шоссе US Route 70 , который предназначен только для персонала объекта. NASA приняло решение о расположении наземных терминалов, используя очень конкретные критерии. Прежде всего, это был обзор спутников с наземной станции; местоположение должно было быть достаточно близко к экватору, чтобы видеть 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 вышла в онлайн в 1983 году с запуском TDRS-A космическим челноком Challenger. STGT была введена в эксплуатацию в 1994 году, завершив систему после проверки Flight-6 на орбите в начале года. Кроме того, после завершения второго терминала НАСА провело конкурс на название двух станций. Местные ученики средних школ выбрали Cacique (kah-see-keh), что означает лидер для WSGT, и Danzante, что означает танцор для STGT. Эти названия, по-видимому, были использованы только в рекламных целях, в официальной документации НАСА в качестве обозначений используют WSGT и STGT или WSC.
WSGT и STGT географически разделены и полностью независимы друг от друга, сохраняя при этом резервную оптоволоконную связь для передачи данных между сайтами в случае 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 переместили оставшийся SGLT на Гуам, чтобы обеспечить полную сетевую поддержку спутника, покрывающего 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 службы связи (CSC), расположенным в Центре управления операциями TDRS STGT (TOCC). До того, как GRGT начал работать, вспомогательная система располагалась в Диего-Гарсия .
Основными частями Сети отслеживания космических полетов и передачи данных (STDN) являются: Интегрированная сеть служб NASA (NISN), центр управления сетью (NCC), центр управления полетами (MOC), центр обработки данных космических аппаратов (SDPF) и лаборатория динамики многоцелевого полета (MMFD).
NISN обеспечивает магистральную передачу данных для космических миссий. Это экономически эффективная широкополосная сетевая телекоммуникационная служба для передачи данных, видео и голоса для всех предприятий, программ и центров NASA. Эта часть STDN состоит из инфраструктуры и компьютеров, предназначенных для мониторинга потока сетевого трафика, таких как волоконно-оптические линии связи, маршрутизаторы и коммутаторы. Данные могут проходить через NISN двумя способами: с использованием операционной сети Интернет-протокола (IPONET) или системы высокоскоростной передачи данных (HDRS). IPONET использует протокол TCP/IP , общий для всех компьютеров, подключенных к Интернету, и является стандартным способом передачи данных. Система высокоскоростной передачи данных передает данные со скоростью от 2 Мбит/с до 48 Мбит/с для специализированных миссий, требующих высокой скорости передачи данных. HDRS не требует инфраструктуры маршрутизаторов, коммутаторов и шлюзов для отправки своих данных вперед, как IPONET.
NCC обеспечивает планирование, контроль, обеспечение и подотчетность услуг. Планирование услуг принимает запросы пользователей и распространяет информацию по соответствующим элементам SN. Управление и обеспечение услуг поддерживают функции использования в реальном времени, такие как получение, проверка, отображение и распространение данных о производительности TDRSS. Подотчетность услуг предоставляет бухгалтерские отчеты об использовании NCC и сетевых ресурсов. Первоначально NCC располагался в Центре космических полетов Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд, до 2000 года, когда он был перемещен в WSC.
MOC является центром операций космического корабля. Он будет планировать запросы на поддержку, контролировать работу космического корабля и загружать информацию управления на космический корабль (через TDRSS). MOC состоит из главных исследователей, планировщиков миссий и операторов полетов. Главные исследователи инициируют запросы на поддержку SN. Планировщики миссий предоставляют документацию для космического корабля и его миссии. А операторы полетов являются конечным звеном, отправляющим команды космическому кораблю и выполняющим операции.
Лаборатория MMFD обеспечивает поддержку полетного проекта и сети слежения. Поддержка полетного проекта состоит из определения и управления орбитой и ориентацией. Орбитальные параметры отслеживаются по фактической орбите космического корабля миссии и сравниваются с его прогнозируемой орбитой. Определение ориентации вычисляет наборы параметров, которые описывают ориентацию космического корабля относительно известных объектов (Солнца, Луны, звезд или магнитного поля Земли). Поддержка сети слежения анализирует и оценивает качество данных слежения.
Космический сегмент созвездия TDRSS является наиболее динамичной частью системы. Даже при девяти спутниках на орбите система обеспечивает поддержку с тремя основными спутниками, используя остальные в качестве запасных на орбите, которые можно было немедленно использовать в качестве основных. Первоначальный проект TDRSS имел два основных спутника, обозначенных TDE, для востока и TDW, для запада , и один запасной на орбите. Всплеск потребностей пользователей в 1980-х годах позволил NASA расширить сеть, добавив больше спутников, некоторые из которых были размещены в особенно загруженном орбитальном слоте. Более подробную информацию о спутниках см. в разделе Спутник слежения и ретрансляции данных .
Пользовательский сегмент TDRSS включает в себя многие из самых известных программ NASA. Такие программы, как космический телескоп Хаббл и LANDSAT, передают свои наблюдения в соответствующие центры управления полетами через TDRSS. Поскольку пилотируемые космические полеты были одной из основных причин создания TDRSS, голосовая связь космического челнока и Международной космической станции осуществляется через эту систему.
Система TDRSS использовалась для предоставления услуг ретрансляции данных многим орбитальным обсерваториям, а также антарктическим объектам, таким как станция Мак-Мердо, посредством ретранслятора TDRSS South Pole Relay. Секции Международной космической станции (МКС), построенные в США, используют TDRSS для ретрансляции данных. TDRSS также используется для предоставления ретрансляции данных запуска одноразовых ускорителей. [ which? ]
Еще в 1989 году сообщалось, что важной функцией TDRSS было обеспечение ретрансляции данных для разведывательных спутников радиолокационной съемки Lacrosse, эксплуатируемых Национальным разведывательным управлением . [7]
Почти двадцать лет спустя, 23 ноября 2007 года, в одном из онлайн-изданий по торговле отмечалось: «В то время как НАСА использует спутники (TDRSS) для связи с космическим челноком и международной космической станцией, большая часть их полосы пропускания отведена Пентагону, который покрывает львиную долю расходов на эксплуатацию TDRSS и определяет многие требования системы, некоторые из которых засекречены». [8]
В октябре 2008 года NRO рассекретило существование наземных станций миссии в США под названием Aerospace Data Facility (ADF)-Colorado, ADF-East и ADF-Southwest около Денвера, Колорадо , Вашингтона, округ Колумбия , и Лас-Крусес, Нью-Мексико , соответственно. [9] Известно, что ADF-Colorado и ADF-East расположены на авиабазе Бакли , штат Колорадо [10] и в Форт-Белвуар, штат 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 (теперь частью Northrop Grumman Aerospace Systems) в Редондо-Бич, Калифорния , а все спутники с тех пор — компанией Hughes Space and Communications, Inc. в Эль-Сегундо, Калифорния (теперь частью корпорации Boeing ).
Система TDRSS кратко упоминается в фильме о Джеймсе Бонде «Лунный гонщик» . Она также поднимается в фильме 1997 года « Сквозь горизонт» .
Примечание: пока спутник TDRSS находится в процессе производства, ему присваивается буквенное обозначение, но после того, как он успешно достиг правильной геосинхронной орбиты, ему присваивается номер (например, TDRS-A во время разработки и до принятия на орбите и TDRS-1 после принятия на орбите и ввода в эксплуатацию). Таким образом, спутники, которые были потеряны в результате неудачного запуска или имеют серьезные неисправности, никогда не нумеруются (например, TDRS-B , который никогда не был пронумерован из-за его потери в катастрофе космического челнока Challenger ).
