Tracking and Data Relay Satellite System
Il Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS) (sistema satellitare di tracciamento e ritrasmissione dati) è una rete satellitare di telecomunicazioni statunitense. Il sistema è costituito da un insieme di satelliti (denominati "Tracking and data relay satellite", TDRS) e di stazioni terrestri impiegate dalla NASA per le comunicazioni spaziali. Il sistema è stato concepito per sostituire la rete esistente di stazioni terrestri usata per il controllo di tutte le missioni di volo NASA con uomini a bordo. L'obiettivo primario era aumentare sia la copertura temporale delle comunicazioni con la Terra e che la quantità di dati trasferibili. Molti dei satelliti TDRS sono stati posti in orbita negli anni ottanta e novanta tramite gli Space Shuttle ed erano dotati del cosiddetto Inertial Upper Stage (ultimo stadio inerziale), un sistema di propulsione a razzo a due stadi a combustible solido sviluppato per gli shuttle. Altri satelliti TDRS sono stati lanciati in orbita usando i vettori Atlas IIa e Atlas V.
Le ultime generazioni di questi satelliti sono in grado di fornire velocità di trasmissione pari a 6 Mbit/s in banda S e a 800 Mbit/s nelle bande Ku e Ka, principalmente ad uso militare da parte delle forze armate statunitensi.[1]
Origini
All'inizio degli anni sessanta la NASA realizzò la Spacecraft Tracking and Data Acquisition Network (STADAN) per soddisfare il requisito di comunicazioni spazio-terra di lunga durata e elevata disponibilità. Basato su un sistema di antenne paraboliche e apparati di commutazione telefonica distribuiti nel mondo, lo STADAN era in grado di assicurare circa 15 minuti di comunicazione su periodi orbitali di 90 minuti. Questo tempo di contatto limitato era sufficiente per i veicoli senza equipaggio ma per le missioni spaziali con uomini a bordo erano necessarie finestre di comunicazione di durata molto maggiore.
A questo fine, alla STADAN venne affiancata una seconda rete, detta Manned Space Flight Network (rete per voli spaziali con equipaggio, MSFN), concepita appositamente per le comunicazioni con gli astronauti in orbita. Un'altra rete, la Deep Space Network (rete per lo spazio profondo, DSN), fu sviluppata per poter interagire con equipaggi umani distanti dalla Terra più di 16 000 km, come nel caso delle missioni del programma Apollo, oltre che per poter raccogliere i dati inviati dalle sonde spaziali a lunghissime distanze.
A metà degli anni settanta, lo sviluppo del programma Space Shuttle fece emergere la necessità di un sistema di comunicazioni spaziali a prestazioni più elevate; al termine del programma Apollo, la NASA si rese conto che i sistemi MSFN e STADAN erano evoluti in modo tale da aver acquisito lo stesso livello di capacità quindi decise di fonderli insieme creando la Spacecraft Tracking and Data Network (rete di dati e di tracciamento dei veicoli spaziali, STDN). Nonostante questo consolidamento, la STDN presentava comunque degli aspetti problematici: dato che la rete era costituita da stazioni terrestri dislocate in tutto il mondo, alcuni siti erano esposti ai cambiamenti e rivolgimenti politici delle nazioni ospitanti, rendendo il sistema potenzialmente vulnerabile. Per assicurare un elevato livello di affidabilità e al tempo stesso alte velocità di trasmissione dei dati, la NASA iniziò una serie di studi per integrare il sistema con nodi di comunicazione dislocati nello spazio. Il segmento spaziale del nuovo sistema si sarebbe basato su satelliti in orbita geostazionaria che, grazie alla loro posizione, possono trasmettere e ricevere segnali verso i satelliti in orbite più basse e allo stesso tempo mantenere il contatto con le basi terrestri. La rete TDRSS sarebbe stata costituita da una costellazione formata da due satelliti, denominati TDE and TDW (dove "E" sta per "est" e "W" sta per "ovest", west) più un terzo satellite di riserva in orbita.
Al completamento dello studio, la NASA si accorse che era necessaria un'ulteriore modifica per garantire una copertura globale del 100%: infatti, risultò che col sistema originario una piccola area, detta "Zona di Esclusione" (ZOE), rimaneva scoperta e nessun satellite TDRS sarebbe stato in grado di mettersi in contatto con veicoli spaziali al di sotto delle 646 miglia nautiche (circa 1 270 km); per coprire anche la ZOE e la stazione terrestre più vicina e raggiungere così la copertura del 100% serviva un altro satellite. Il sistema finale risultante da questo studio costituì il piano per il disegno della rete TDRSS attuale.[2]
Già dagli anni sessanta, la NASA aveva sviluppato con i programmi Applications Technology Satellite (ATS) e Advanced Communications Technology Satellite (ACTS) i prototipi di molte delle tecnologie poi impiegate per il TDRSS e per altri satelliti per telecomunicazioni commerciali, tra cui la frequency-division multiple access (FDMA), la stabilizzazione su tre assi dei veicoli spaziali e tecnologie di telecomunicazioni ad alte prestazioni.
A partire da luglio 2009, il project manager del sistema è Jeff J. Gramling, del centro di volo spaziale NASA di Goddard[3] mentre la Boeing è responsabile della realizzazione del TDRS K.[4]
Struttura della rete
Il sistema TDRSS è simile alla maggior parte degli altri sistemi di comunicazione spaziali ed è composto da tre segmenti: il segmento terrestre, quello spaziale e quello utente. I tre segmenti lavorano in modo congiunto e coordinato e dato che una situazione di emergenza o di guasto in uno dei tre segmenti può avere conseguenze catastrofiche sul resto del sistema, ogni segmento prevede dei propri meccanismi di ridondanza.
Segmento terrestre
Il segmento terrestre del TDRSS è composto da tre basi: il White Sands Complex (WSC) nel sud del New Mexico; il terminale terrestre remoto di Guam (Guam Remote Ground Terminal, GRGT) e il centro di controllo di rete (Network Control Center Data System) presso il Goddard Space Flight Center a Greenbelt, nel Maryland. Queste tre stazioni costituiscono il cuore della rete e svolgono le funzioni e i servizi di comando e di controllo. Ad ampliamento del sistema è stato realizzato anche un nuovo terminale a Blossom Point, sempre nel Maryland.[5][6]
La stazione WSC si trova nei pressi di Las Cruces nel New Mexico ed è composta da tre siti terminali:
- White Sands Ground Terminal (WSGT) 32°30′02.52″N 106°36′30.96″W
- Second TDRSS Ground Terminal (STGT) 32°32′34.8″N 106°36′43.2″W
- Extended TDRS Ground Terminal (ETGT)
In più il WSC controlla da remoto anche la base GRGT di Guam, il cui Communication Service Controller (Controllore del servizio di comunicazione, CSC) è situato presso il centro di controllo operativo (TDRS Operations Control Center, TOCC) dell'STGT.
Al WSC si accede da una uscita dedicata della U.S. Route 70 riservata al personale della base. Il posizionamento dei terminali terrestri risponde a criteri molto specifici, primo fra tutto la visibilità diretta dai satelliti; inoltre i terminali devono essere posizionati sufficientemente vicini all'equatore in modo da coprire i settori celesti est e ovest; infine un altro fattore importante è l'aspetto climatico: il New Mexico ha una media di 350 giorni di sole all'anno con un livello di precipitazioni molto basso.
Il WSGT fu messo in funzione nel 1978, proprio in tempo per il debutto dello Space Shuttle a inizio del 1979. L'STGT divenne operativo nel 1994 e subito dopo il suo completamento la NASA indisse un concorso per dare un nome ai due terminali. Gli studenti di una scuola media locale scelsero i nomi "Cacique" ("capo") per il WSGT e "Danzante" per l'STGT. Questi nomi furono creati solo a scopo pubblicitario, dato che la documentazione ufficiale della NASA utilizza esclusivamente i termini WSTG, STGT e WSC.
Il WSGT e l'STGT sono geograficamente separati e totalmente indipendenti tra loro, a parte un collegamento in fibra ottica di riserva per garantire il trasferimento dei dati tra i siti in caso di emergenza. Ogni sito terminale comunica con i satellite tramite antenne paraboliche da 19 metri, note come Space-Ground Link Terminals (terminali di collegamento spazio-terra, SGLT). L'STGT è dotato di tre SGLT mentre il WSGT ne possiede solo due: il terzo SLGT fu trasferito alla base di Guam per fornire il supporto di rete completo al satellite usato per coprire la ZOE; gestito come un'estensione remota del WSGT, la distanza e la posizione dell'SLGT sono completamente trasparenti per gli utenti della rete. Il Guam Remote Ground Terminal (GRGT) 13°36′53.28″N 144°51′23.4″E, considerando anche il suo controllo da remoto, rappresenta quindi un'estensione del WSGT.
Prima dell'entrata in funzione del GRGT, veniva impiegato un sistema ausiliario dislocato a Diego Garcia.
Segmento spaziale
Il segmento spaziale della costellazione TDRSS è la parte più dinamica del sistema. Dei nove satelliti posti in orbita, per il funzionamento del sistema bastano tre satelliti primari; tutti gli altri sono di riserva e possono diventare immediatamente satelliti primari in caso di problemi. Il progetto originale del TDRSS prevedeva due satelliti primari, denominati TDE (est) e TDW (ovest) più un terzo satellite di riserva. L'aumento dei requisiti utente durante gli anni ottanta consentì alla NASA di espandere la rete aggiungendo altri satelliti, di cui alcuni co-locati su una posizione orbitale particolarmente affollata.
Note
- ^ (EN) TDRS-I, su NASA Space Science Data Coordinated Archive.
- ^ (EN) TDRSS 2nd Workshop (PDF), su msp.gsfc.nasa.gov. URL consultato il 22 dicembre 2010 (archiviato dall'url originale il 21 luglio 2011).
- ^ (EN) Susan Hendrix, NASA Tracking and Data Relay Satellite Mission Passes Major Review, su nasa.gov, 22 luglio 2009.
- ^ (EN) Generation to Generation, A Lower Risk, su boeing.com. URL consultato il 22 dicembre 22, 2010 (archiviato dall'url originale il 29 giugno 2011).
- ^ (EN) NASA Space Network to Begin New Design Phase For Ground Segment, su nasa.gov. URL consultato il 25 ottobre 2012.
- ^ (EN) NASA Awards Space Network Expansion-East Option, su nasa.gov. URL consultato il 25 ottobre 2012.
Altri progetti
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Collegamenti esterni
- (EN) Sito ufficiale, su nasa.gov.
