Tracking and Data Relay Satellite System

Diese Baustelle befindet sich fälschlicherweise im Artikelnamensraum. Bitte verschiebe die Seite oder entferne den Baustein {{Baustelle}}.

Dieser Artikel ist im Entstehen und noch nicht Bestandteil der freien Enzyklopädie Wikipedia.

Solltest du über eine Suchmaschine darauf gestoßen sein, bedenke, dass der Text noch unvollständig sein und Fehler oder ungeprüfte Aussagen enthalten kann. Wenn du Fragen zum Thema hast, nimm Kontakt mit den Autoren auf.

TDRS Program Logo

Das Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS) (englisch für Kursverfolgungs- und Datenrelaissatelliten System) ist ein Netzwerk von amerikanischen Kommunikationssatelliten und Basisstationen die von der NASA zur Raumfahrtkommunikation genutzt wird. Das System wurde entwickelt, um das existierende Netzwerk aus Bodenstationen zu ersetzen, das alle bemannten Missionen der NASA bis dahin unterstützt hatte. Hauptziel der Entwicklung war die Erhöhung der Kommunikationsabdeckung und der Bandbreite. Die ersten Tracking and Data Relay Satellite (TDRS) wurden in den 1980er unter zu Hilfenahme des Space Shuttle in einen geostationären Orbit gebracht. Andere TDRS wurden durch Atlas II und Atlas V in Betrieb genommen. Der letzte TDRS Satellit wurde am 23. Januar 2014 in Betrieb genommen. Der Start für den nächsten Satelliten TDRS-M ist 2016 geplant.

Entstehungsgeschichte

Um den Anforderungen von hoch verfügbarer Kommunikation zwischen Weltraumobjekten und Erdstationen zu erfüllen gründete die NASA 1961 das Spacecraft Tracking and Data Acquisition Network (STADAN). Durch den Einsatz von Parabolantenne und Kommunikationsequipment in Süd- und Nordamerika konnte eine Orbit Abdeckung von 15% erreicht werden. In den 60er Jahren kamen zusätzliche Stationen in Europa, Asien und Australien hinzu und wuchs auf 20 Stationen.

Am Ende des Apollo-Sojus-Test-Projekt 1975 entschied sich die NASA das Manned Space Flight Network (MSFN) und STADAN im Spacecraft Tracking and Data Network (STDN) zusammenzuführen. Nach der Konsolidierung zu STDN zeigten sich die Nachteile von weltweit verteilten Basisstationen in geopolitisch instabilen Ländern. Ein neues Raumfahrtgestütztes Kommunikationssystem sollte entwickelt werden. Das neue System sollte auf geoorbitale Satelliten vertrauen die aufgrund ihrer Position, in Sichtweite von Basisstationen, Daten übermitteln und empfangen können.

Es wurde von zwei Basisstationen, an der West- und Ostküste der USA ausgegangen, zwei operative Satelliten und einem Reservesatelliten. 1983 wurde der erste TDRS (TDRS-1 )Satellit in Betreib genommen und im September 1988 startet TDRS-3 und formte das erste Tracking and Data Relay Satellite System. Nach der Fertigstellung der Studie wurde realisiert das noch Anpassungen notwendig sind um eine 100% Erdabdeckung zu erreichen. Eine kleiner Bereich war durch die Verwendung von nur 2 Bodenstationen nicht abgedeckt und somit außerhalb der Sichtlinie. Dieser Bereich ist auch bekannt als Zone of Exclusion (ZOE). Dadurch konnte in diesem Bereich zwischen Raumfahrtzeuge und Bodenstation keine Kommunikation stattfinden. Durch Hinzufügen eines zusätzlichen Satelliten 1991, einer Bodenstation 1992 und die Umstellung auf eine Konfiguration mit 3 operativen Satelliten, konnte das Problem gelöst werden. Eine 100% Abdeckung war hergestellt. Dieses bekam später die Grundlage für das heute verwendete TDRSS Netzwerkdesign.

Netzwerk

TDRSS weist im Aufbau Ähnlichkeiten zu anderen Raumfahrtsystemen, wie dem European Data Relay Satellite auf. Es besteht aus drei Hauptkomponenten:

• Basisstation
• Weltraumsegment
• Benutzersegment

Um im Fehlerfall Raumfahrtmissionen nicht zu gefährden sind diese Komponenten Redundant ausgeführt um die Verbindung untereinander zu gewährleisten.

Basisstation

Guam Remote Ground Terminal

Das Basissegment von TDRSS besteht aus drei Basisstationen : White Sands Complex (WSC) im Süden von New Mexico, Guam Remote Ground Terminal (GRGT), und das Network Control Center Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Diese drei Stationen bilden den Kern des Netzwerkes und stellen Kommando- und Kontrolldienste zur Verfügung. Ende 2016 ist die Eröffnung einer zusätzlich Basisstaion in Blossom Point, Maryland geplant.

WSC, in der Nähe von Las Cruces besteht aus:

• White Sands Ground Terminal (WSGT)
• Second TDRSS Ground Terminal (STGT)
• Extended TDRS Ground Terminal (ETGT)

Unter die Aufgaben des WSC fällt auch die Fernkontrolle von GRGT in Guam.

Die Auswahl und Lage der Standorte musste einige Kriterien erfüllen. Sie mussten im Sichtfeld der Satelliten liegen, Nahe dem Äquator und eine günstige Wetterlage mit wenig Regentage besitzen wie es in New Mexiko vorliegt. The WSC has its own exit from U.S. Route 70 that is for facility staff only. NASA decided on the location of the ground terminals using very specific criteria. Foremost was the ground station’s view of the satellites; the location had to be close enough to the equator to view the skies, both east and west. Weather was another important factor – New Mexico has, on average, almost 350 days of sunshine per year, with a very low precipitation level. WSGT wurde 1978 in Betrieb genommen, nur kurz bevor des geplanten Start des Space Schuttels in 1979. STGT operiert seit 1994, nach dem erfolgreichen Start von TDRS-6.

WSGT und STGT operieren unabhängig voneinander, haben aber eine Notfallglasfaserleitung um im Notfall Daten zu sichern. Jeder der beiden Stationen sind mit 19 Meter Schüsseln ausgerüstet auch als Space-Ground Link Terminals (SGLT) bekannt um mit den Satelliten zu kommunizieren. Am WSGT sind drei und am WSGT nur zwei SGLT installiert. Um volle Satellitenabdeckungzu garantieren wurden 1992 auch in Guam ein SGLT installiert und in Betrieb genommen. Der Guam Remote Ground Terminal (GRGT) 13.6148°N 144.8565°E ist ein Erweiterung der Anlage WSGT. Die Basisstation besitzt sechs SGLT wobei die Kontrolle beim WSGT im TDRS Operations Control Center (TOCC) liegt. Vor der Inbetriebnahme nutzte die NASA eine Ausweichstation in Diego Garcia um volle Satellitenunterstützung zu gewährleisten.

Weltraumsegment

TDRSS satellite

Die Weltraumsegmente des TDDRS sind als dynamisches System konzipiert. Bei neuen im Orbit stationierten Satelliten werden drei als Primärsatelliten verwendet und der Rest kann als Reserve unverzüglich als Primärsatellit zugeschaltet werden. Der originale TDRSS Entwurf hatte zwei Hauptsatelliten die TDE (East) und TDW (West) genannt wurden, sowie einen Ersatzsatelliten. Der Anstieg an Daten in der 1980ern veranlasst die NASA das Netzwerk mit zusätzlichen Satelliten auszubauen. Siehe Tracking and Data Relay Satellite für mehr Informationen.

Benutzersegment

User Segment des TDRSS ist in vielen NASA Programmen ein zentraler Bestandteil. Programme wie das Hubble-Weltraumteleskop und LANDSAT übertragen ihre Beobachtungen an die Einsatzzentrale mittels TDRSS. Die Weiterentwicklung der bemannten Raumfahrt war eines Gründe der Entwicklung von TDRSS und die Technik wird auch im Space Shuttel und in der ISS als Kommunikationsübertragung verwendet.

Einheiten des STDN

Die Haupt Bestandteile des Space Flight Tracking and Data Network (STDN) sind das NASA Integrated Services Network (NISN), Network control center (NCC), Mission operations center (MOC), Spacecraft data processing facility (SDPF), und das Multi mission flight dynamics lab (MMFD).

NISN stellt Datenübertragungsleitungen für Weltraummissionen bereit und betreibt Wide Area Network und Telekommunikationsleitungen für die Übertragung von Daten- ,Sprach- und Videodiensten für alle NASA Unternehmen und Programme. NISN Infrastruktur besteht unter anderem aus Netzwerkleitungen, Computern zur Netzwerkflusskontrolle in Glasfaserleitungen und verschiede Netzwerkkomponenten. Es werden zwei Protokolle verwendet. Das Internet Protocol Operational Network (IPONET) und High Data Rate System (HDRS). IPONET verwendet das, auch im Internet übliche, TCP/IP Protokoll um Daten zu übertragen. HDRS wird für Missionen eingesetzt die eine hohe Datentransferrate benötigen. Die Durchsatzgeschwindigkeit liegt dabei zwischen 2 Mbit/s und 48 Mbit/s. HDRS benötigt keine Netzwerkinfrastruktur wie Router, Switches und Gateways um Daten zu übermitteln.

Der NCC ist für die Planung, Zuverlässigkeit und Kontrolle von Services verantwortlich. Es verarbeitet Useranforderungen und übermittelt die Informationen an die zuständigen Stellen. Die Kontroll- und Sicherheitseinheit unterstützt Echtzeitanwendungen bei Empfang, Validierung, Darstellung und Vermittlung von TDRSS Performancedaten. Der NCC war bis 2000 im Goddard Space-flight Center, in Greenbelt, Maryland beheimatet und wurde anschließend ins WSC verlegt.

Der MOC ist die zentrale Stelle der Flugkörpersteuerung. Es administriert Unterstützungsanforderungen und überwacht die Flugkörperperformance und steuert die Informationen an die Flugkörper über TDRSS. Im MOC sind Forscher, Generalplaner, Missionsplaner und Flugüberwachung angestellt. Missionsplaner stellen Dokumentationen für Flugkörper und Missionen bereit. Flugoperatoren sind für die direkte Kommunikation zum Flugkörper zuständig indem sie Kommandos absetzen und Operationen ausführen.

Das MMFD Lab stellt Flugprojektsuntersützung und Netzwerk Tracking zur Verfügung, sowie Höhen- und Orbitalmessungskontrolle. Die orbitalen Parameter werden durch den Vergleich von aktuelle orbitalen Daten des Raumschiffes und den geplanten Daten bestimmt. Die Einstellungsparameter werden durch ein Set von Parametern bestimmt wie die Ausrichtung des Flugkörpers in Bezug auf bekannte Objekte wie zum Beispiel die Sonne, Mond, Sterne oder das Erdmagnetfeld. Das Tracking Netzwerk analysiert und evaluiert die Qualität der Tracking Daten.

Operationen

South Pole Tracking Relay-2

TDRSS wurde bei vielen Weltraumeinsätzen zur Datenübertragung eingesetzt und wird auch zur Datenanbindung der antarktische McMurdo-Station verwendet die über die TDRSS South Pole Relay Station erreichbar ist. Auch der amerikanische Teil der Internationale Raumstation ISS verwendet TDRSS zum Datenaustausch.

Produktion

Die ersten sieben TDRSS Satelliten wurden von TRW (jetzt Teil von Northrop Grumman Aerospace Systems)) in Redondo Beach, Kalifornien und die folgenden von Hughes Space and Communications, Inc., in El Segundo, Kalifornien ( jetzt Teli von Boeing) gebaut.

Film

Das TDRSS fand Erwähnung im James Bond Film Moonraker und im Film Event Horizon.

Startabfolge

Anmerkung: Während der Produktionsphase werden alle TDRSS Satellitem alphabetisch aufsteigend nummeriert. Erreicht ein Satellit den für ihn vorgesehenen geostationären Orbit wird diese Kennung in eine Nummerische umgewandelt. Deshalb werden Satelliten die zwar fertiggestellt wurden, aber durch Startzwischenfälle oder aber auch durch Fehlfunktionen nie in Betrieb genommen wurden nicht nummerisch nummeriert sondern behalten ihre aphabetische Kennung. (zum Beispiel TDRS-B wurde nie nummeriet durch den Unfall der Challenger (Raumfähre))

Siehe auch

• European Data Relay Satellite

Weblinks

• NASA's Goddard Space Flight Center Space Network Official Page
• NASA's TDRSS program overview page
• NASA's Goddard Space Flight Center TDRS K/L Project Official Page
• [1]

Literatur

• Baker, D. (Ed.) (2001) Jane’s Space Directory: 2001-2002. Alexandria, Virginia: Jane’s Information Group.
• Consolidated Space Operations Contract (CSOC). (2000) Certification & Training Course 880 & 882: TDRSS Orientation & System Data Flow.
• Kraft, C. (2002) Flight: My Life in Mission Control. New York: Plume Books.
• Kranz, G. (2000) Failure is Not an Option. New York: Plume Books
• NASA. (1996) 2nd TDRSS Workshop: 25-26 Jun 1996. Retrieved from Internet 25 Aug 2003.
• NASA Spacelink. (1993) News Release 13 May 1993. Retrieved from Internet 25 Aug 2003.
• NASA. (2000) Guam Remote Ground Terminal. Retrieved from Internet 25 Aug 2003.
• Sellers, J. (2000) Understanding Space: An Introduction to Astronautics. New York: McGraw-Hill Companies, Inc.
• Thompson, T. (1996) TRW Space Log. Redondo Beach, California: TRW Space & Electronics Group.
• Wertz, J. & Larson, W. (1999) Space Mission Analysis and Design, Third Edition. Torrance, California: Microcosm Press.