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Logo del programma TDRS

Posizione di TDRS a marzo 2019

Un TDRS non pilotato in mostra allo Steven F. Udvar-Hazy Center di Chantilly, in Virginia.

Il sistema satellitare di tracciamento e trasmissione dati ( TDRSS ) è una rete di satelliti di comunicazione americani (ciascuno chiamato satellite di tracciamento e trasmissione dati, TDRS) e stazioni di terra utilizzate dalla NASA per le comunicazioni spaziali. Il sistema è stato progettato per sostituire una rete esistente di stazioni di terra che aveva supportato tutte le missioni di volo con equipaggio della NASA. L'obiettivo principale del progetto era aumentare il tempo in cui i veicoli spaziali erano in comunicazione con il personale di terra e migliorare la quantità di dati che potevano essere trasferiti. Numerosi satelliti per il monitoraggio e la trasmissione dei dati sono stati lanciati negli anni '80 e '90 con lo Space Shuttle e si sono avvalsi dell'Inertial Upper Stage, un solido razzo a due stadi sviluppato per lo shuttle. Altri TDRS furono lanciati dai razzi Atlas IIa e Atlas V.

La più recente generazione di satelliti fornisce una velocità di ricezione a terra di 6   Mbit / s nella banda S e 800   Mbit / s nelle bande Ku- e Ka . Questo è usato principalmente dai militari degli Stati Uniti.

Origini

Per soddisfare la richiesta di comunicazioni spazio-terra di lunga durata e altamente disponibili, la NASA ha creato la rete di rilevamento e acquisizione dati di veicoli spaziali ( STADAN ) nei primi anni '60. Composto da antenne paraboliche e apparecchiature di commutazione telefonica distribuite in tutto il mondo, lo STADAN ha fornito comunicazioni Spazio-Terra per circa 15 minuti in un periodo orbitante di 90 minuti. Questo periodo di contatto limitato era sufficiente per i veicoli spaziali senza equipaggio, ma i veicoli spaziali con equipaggio richiedono tempi di raccolta dati molto più elevati.   Alla rete esistente è stata affiancata una nuova rete istituita subito dopo STADAN nei primi anni '60, chiamata Manned Space Flight Network (MSFN), questa rete interagiva con le capsule spaziali con equipaggio presenti in orbita terrestre. Un'altra rete, la Deep Space Network (DSN), interagiva con le imbarcazioni con equipaggio a più di 10.000 miglia dalla Terra, come le missioni Apollo, oltre alla sua missione principale di raccolta dei dati dalle sonde dello spazio profondo.   Con la creazione dello Space Shuttle a metà degli anni '70, sorse la necessità di un sistema di comunicazione spaziale dalle prestazioni più elevate. Alla fine del programma Apollo, la NASA ha capito che i sistemi MSFN e STADAN si erano evoluti per avere capacità simili e ha deciso di unire le due reti per creare la rete di monitoraggio e dati spaziali (STDN).

Anche dopo il consolidamento, STDN presentava alcuni inconvenienti. Poiché l'intera rete era costituita da stazioni di terra sparse in tutto il mondo, questi siti erano vulnerabili ai capricci politici del paese ospitante. Al fine di mantenere un tasso di alta affidabilità unito a velocità di trasferimento dati più elevate, la NASA ha iniziato uno studio   per aumentare il sistema con nodi di comunicazione basati sullo spazio.

Il segmento spaziale del nuovo sistema si affiderebbe ai satelliti in orbita geostazionaria. Questi satelliti, in virtù della loro posizione, potevano trasmettere e ricevere dati ai satelliti in orbita inferiore e rimanere comunque in vista della stazione di terra. La costellazione TDRSS operativa utilizzerà due satelliti, designati TDE e TDW (per est e ovest ) e uno di riserva in orbita.   Dopo che lo studio è stato completato, la NASA ha capito che era necessaria una piccola modifica del sistema per ottenere una copertura globale del 100%. Una piccola area non si troverebbe all'interno della linea di vista di alcun satellite - una cosiddetta zona di esclusione (ZOE). Con lo ZOE, nessuno dei due satelliti TDRS poteva contattare un'astronave a una certa altitudine (646 miglia nautiche). Con l'aggiunta di un altro satellite per coprire lo ZOE e la stazione di terra nelle vicinanze, potrebbe esistere una copertura del 100%. Lo studio della rete spaziale ha creato un sistema che è diventato il piano per la progettazione della rete TDRSS di oggi.

Già negli anni '60, i programmi ATS ( Application Technology Satellite ) e Advanced Communications Technology Satellite (ACTS) della NASA hanno prototipato molte delle tecnologie utilizzate su TDRSS e altri satelliti per comunicazioni commerciali, tra cui il veicolo spaziale a tre assi a divisione di frequenza ( FDMA ) stabilizzazione e tecnologie di comunicazione ad alte prestazioni.   A partire da luglio 2009, il project manager di TDRSS è Jeff J. Gramling, Goddard Space Flight Center della NASA. Boeing è responsabile della costruzione di TDRS K.

La Rete

TDRSS è simile alla maggior parte degli altri sistemi spaziali, per cui è composto da tre segmenti: terra, spazio e segmenti utente. Questi tre segmenti lavorano insieme per compiere la missione. Un'emergenza o un guasto in un singolo segmento potrebbe avere un impatto catastrofico sul resto del sistema. Per questo motivo tutti i segmenti hanno una ridondanza presa in considerazione.

Terminale di terra remoto Guam

Il segmento di terra di TDRSS è costituito da tre stazioni di terra situate presso il White Sands Complex (WSC) nel sud del New Mexico, il Guam Remote Ground Terminal (GRGT) e il Network Control Center situato presso il Goddard Space Flight Center di Greenbelt, nel Maryland . Queste tre stazioni sono il cuore della rete e forniscono servizi di comando e controllo. Con un aggiornamento del sistema completato, è stato costruito un nuovo terminal a Blossom Point, nel Maryland.

WSC, situato vicino a Las Cruces è costituito da:

• White Sands Terminale di terra (WSGT) 32°30′02.52″N 106°36′30.96″W
• Secondo TDRSS Terminale di terra (Stgt) 32°32′34.8″N 106°36′43.2″W
• Terminale di terra TDRS esteso (ETGT)

Inoltre, il WSC controlla in remoto GRGT su Guam .

Il WSC ha una propria uscita dalla US Route 70, che è solo per il personale della struttura. La NASA ha deciso la posizione dei terminali di terra utilizzando criteri molto specifici. Il primo era la vista della stazione terrestre dei satelliti; la posizione doveva essere abbastanza vicina all'equatore per vedere i cieli, sia a est che a ovest. Il tempo è stato un altro fattore importante: il New Mexico ha, in media, quasi 350 giorni di sole all'anno, con un livello di precipitazioni molto basso.

WSGT è andato online nel 1978, giusto in tempo per il debutto previsto della navetta spaziale all'inizio del 1979. STGT è diventato operativo nel 1994, completando il sistema dopo il checkout in orbita del volo 6 all'inizio dell'anno. Inoltre, dopo il completamento del secondo terminale, la NASA ha indetto un concorso per nominare le due stazioni. Gli studenti delle scuole medie locali hanno scelto Cacique (kah-see-keh), che significa leader per il WSGT, e Danzante che significa ballerino per STGT. Questi nomi sembrano essere stati solo a scopo pubblicitario, poiché la documentazione ufficiale della NASA usa WSGT e STGT o WSC come designatori.

WSGT e STGT sono geograficamente separati e completamente indipendenti l'uno dall'altro, mantenendo un collegamento in fibra ottica di backup per trasferire i dati tra i siti in caso di emergenza. Ogni stazione di terra ha parabole di 19 metri, note come Terminali di collegamento spazio-terra (SGLT), per comunicare con i satelliti. Tre SGLT si trovano in STGT, ma solo due si trovano in WSGT. Gli architetti di sistema hanno spostato il rimanente SGLT su Guam per fornire pieno supporto di rete al satellite che copre lo ZOE. Considerata una parte remota del WSGT, la distanza e la posizione dello SGLT sono trasparenti per gli utenti della rete.

Guam Remote Terminale di terra (GRGT) 13°36′53.28″N 144°51′23.4″E è un'estensione del WSGT. Il terminale contiene SGLT 6, con il Communication Service Controller (CSC) situato presso il TDRS Operations Control Center (TOCC) di STGT. Prima che il GRGT fosse operativo, un sistema ausiliario era situato a Diego Garcia .

Incorporazione nella STDN

Le parti principali di Space Flight Tracking and Data Network (STDN) sono: la NASA Integrated Services Network (NISN), il centro di controllo della rete (NCC), il centro operativo delle missioni (MOC), la struttura di elaborazione dei dati dei veicoli spaziali (SDPF) e il multi laboratorio di dinamica di volo di missione (MMFD).

NISN fornisce la struttura portante per il trasferimento dei dati per le missioni spaziali. Si tratta di un servizio di telecomunicazione di rete ad ampio raggio dal costo contenuto per la trasmissione di dati, video e voce per tutte le imprese, i programmi e i centri della NASA. Questa parte dell'STDN è costituita da infrastrutture e computer dedicati al monitoraggio del flusso del traffico di rete, come collegamenti in fibra ottica, router e switch. I dati possono fluire attraverso NISN in due modi: utilizzando Internet Protocol Operational Network (IPONET) o High Data Rate System (HDRS). IPONET utilizza il protocollo TCP / IP comune a tutti i computer connessi a Internet ed è un modo standard per inviare i dati. L'High Data Rate System trasporta le velocità dei dati da 2   Mbit / s a   48 Mbit / s, per missioni specializzate che richiedono un alto tasso di trasferimento dei dati. HDRS non richiede l'infrastruttura di router, switch e gateway per inviare i propri dati come IPONET.

NCC fornisce pianificazione, controllo, affidabilità e responsabilità del servizio. La pianificazione del servizio accetta le richieste degli utenti e diffonde le informazioni agli elementi SN appropriati. Il controllo e la garanzia del servizio supportano le funzioni di utilizzo in tempo reale, come la ricezione, la convalida, la visualizzazione e la diffusione dei dati sulle prestazioni TDRSS. La responsabilità del servizio fornisce report contabili sull'uso del NCC e delle risorse di rete. Il NCC era originariamente situato presso il Goddard Space-flight Center, a Greenbelt, nel Maryland, fino al 2000, quando fu trasferito nel WSC.

Il MOC è il punto focale delle operazioni dei veicoli spaziali. Pianificherà le richieste di supporto, monitorerà le prestazioni dei veicoli spaziali e caricherà le informazioni di controllo sul veicolo spaziale (tramite TDRSS). Il MOC è composto dai principali investigatori, pianificatori di missioni e operatori di volo. I principali investigatori inviano richieste di supporto SN. I pianificatori delle missioni forniscono la documentazione per il veicolo spaziale e la sua missione. E gli operatori di volo sono il collegamento finale, inviando comandi al veicolo spaziale ed eseguendo le operazioni.

Il laboratorio MMFD fornisce supporto per progetti di volo e monitoraggio della rete. Il supporto al progetto di volo consiste nella determinazione e controllo dell'orbitale e dell'atteggiamento. I parametri orbitali vengono tracciati attraverso l'orbita effettiva del veicolo spaziale della missione e confrontati con la sua orbita prevista. La determinazione dell'atteggiamento calcola serie di parametri che descrivono l'orientamento di un veicolo spaziale rispetto ad oggetti noti (sole, luna, stelle o campo magnetico terrestre). Il monitoraggio del supporto di rete analizza e valuta la qualità dei dati di monitoraggio.

Segmento spaziale

Satellite TDRSS

Il segmento spaziale della costellazione TDRSS è la parte più dinamica del sistema. Anche con nove satelliti in orbita, il sistema fornisce supporto con tre satelliti primari, mentre utilizza il resto come ricambi in orbita in grado di essere utilizzati immediatamente come primari. Il design TDRSS originale aveva due satelliti primari, designati TDE, per est e TDW, per ovest e uno di riserva in orbita. L'aumento delle esigenze degli utenti durante gli anni '80 ha permesso alla NASA di espandere la rete con l'aggiunta di più satelliti, alcuni dei quali collocati in uno slot orbitale particolarmente occupato. Vedere Satellite di rilevamento e trasmissione dati per maggiori dettagli sui satelliti.

Segmento utente

Il segmento di utenti di TDRSS comprende molti dei programmi più importanti della NASA. Programmi come Hubble Space Telescope e LANDSAT trasmettono le loro osservazioni ai rispettivi centri di controllo della missione tramite TDRSS. Poiché il volo spaziale con equipaggio era uno dei motivi principali per la costruzione di TDRSS, le comunicazioni vocali della navetta spaziale e della Stazione spaziale internazionale sono dirette attraverso il sistema.

operazioni

South Pole Tracking Relay-2

Il sistema TDRSS è stato utilizzato per fornire servizi di inoltro di dati a molti osservatori in orbita e anche a strutture antartiche come la stazione McMurdo tramite il relè del polo sud TDRSS. Le sezioni costruite negli Stati Uniti della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) utilizzano TDRSS per l'inoltro dei dati. TDRSS viene anche utilizzato per fornire l'inoltro dei dati di avvio per booster di consumo.  

Applicazioni militari

Già nel 1989, è stato riferito che un'importante funzione del TDRSS era quella di fornire un relè dati per i satelliti da ricognizione per immagini radar Lacrosse gestiti dall'Ufficio nazionale di ricognizione .

Quasi venti anni dopo, il 23 novembre 2007, una pubblicazione commerciale on-line annotava "Mentre la NASA utilizza i satelliti (TDRSS) per comunicare con la navetta spaziale e la stazione spaziale internazionale, la maggior parte della loro larghezza di banda è dedicata al Pentagono, che copre la parte del leone dei costi delle operazioni TDRSS e sta guidando molti dei requisiti del sistema, alcuni dei quali classificati ".

Nell'ottobre 2008, la NRO ha declassificato l'esistenza di stazioni di terra di missione negli Stati Uniti chiamate Aerospace Data Facility (ADF) - Colorado, ADF-East e ADF-Southwest vicino a Denver, Colorado, Washington, DC e Las Cruces, New Mexico, rispettivamente. ADF-Colorado e ADF-East sono noti per essere situati a Buckley AFB, CO e Fort Belvoir, Virginia ; ADF-Southwest si trova nella White Missands Range, presumibilmente nella stazione TDRSS di White Sands.

Produzione

I primi sette satelliti TDRSS furono costruiti dalla società TRW (ora parte della Northrop Grumman Aerospace Systems) a Redondo Beach, California, e da allora tutti i satelliti da Hughes Space and Communications, Inc., a El Segundo, California, (ora una parte della società Boeing ).

Riferimenti culturali

Il sistema TDRSS è brevemente menzionato nel film di James Bond, Moonraker . È anche cresciuto nel film Event Horizon del 1997.

Avvia cronologia

Nota: mentre un satellite TDRSS è in fase di produzione riceve una designazione di lettera, ma una volta raggiunta con successo l'orbita geosincrona corretta, viene indicato con un numero (ad esempio, TDRS-A durante lo sviluppo e prima dell'accettazione in orbita e TDRS-1 dopo accettazione in orbita e messa in servizio). Pertanto, i satelliti che si perdono in caso di avarie al lancio o presentano gravi malfunzionamenti non vengono mai numerati (ad esempio, TDRS-B, che non è mai stato numerato a causa della sua perdita nel disastro dello Space Shuttle Challenger ).

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