Zweizeiliger Elementsatz - Two-line element set
Ein zweizeiliger Elementsatz ( TLE ) ist ein Datenformat, das eine Liste von Bahnelementen eines die Erde umkreisenden Objekts für einen bestimmten Zeitpunkt, die Epoche, kodiert . Unter Verwendung einer geeigneten Vorhersageformel kann der Zustand (Position und Geschwindigkeit) zu jedem Zeitpunkt in der Vergangenheit oder Zukunft mit einiger Genauigkeit geschätzt werden. Die TLE-Datendarstellung ist spezifisch für die vereinfachten Störungsmodelle (SGP, SGP4 , SDP4 , SGP8 und SDP8), daher muss jeder Algorithmus, der eine TLE als Datenquelle verwendet, eines der SGP-Modelle implementieren, um den Zustand zu einem interessierenden Zeitpunkt korrekt zu berechnen . TLEs können nur die Flugbahnen von Objekten in der Erdumlaufbahn beschreiben. TLEs werden häufig als Input für die Projektion der zukünftigen Orbitalspuren von Weltraummüll verwendet, um "zukünftige Trümmerereignisse zur Unterstützung der Risikoanalyse , der Nahanfluganalyse, des Kollisionsvermeidungsmanövers " und der forensischen Analyse zu charakterisieren .
Das Format war ursprünglich für Lochkarten gedacht und kodierte einen Satz von Elementen auf zwei Standardkarten mit 80 Spalten . Dieses Format wurde schließlich durch Textdateien ersetzt, wobei jeder Satz von Elementen in zwei 69-spaltige ASCII- Zeilen geschrieben wurde, denen eine Titelzeile vorangestellt war. Die United States Space Force verfolgt alle nachweisbaren Objekte in der Erdumlaufbahn, erstellt für jedes Objekt einen entsprechenden TLE und stellt TLEs für viele der Weltraumobjekte auf der Website Space Track öffentlich zur Verfügung, wobei sie Daten zu vielen militärischen oder klassifizierten Objekten zurückhält oder verschleiert . Das TLE-Format ist ein De-facto- Standard für die Verteilung der Bahnelemente eines die Erde umkreisenden Objekts.
Ein TLE-Satz kann eine Titelzeile vor den Elementdaten enthalten, sodass jede Auflistung drei Zeilen in der Datei einnehmen kann. Der Titel ist nicht erforderlich, da jede Datenzeile einen eindeutigen Objektkennungscode enthält.
Geschichte
In den frühen 1960er Jahren entwickelte Max Lane mathematische Modelle zur Vorhersage der Position von Satelliten basierend auf einem minimalen Satz von Datenelementen. Seine erste Arbeit zu diesem Thema, die 1965 veröffentlicht wurde, führte die Analytical Drag Theory ein, die sich hauptsächlich mit den Auswirkungen des Widerstands befasste, der durch eine kugelsymmetrische, nicht rotierende Atmosphäre verursacht wird. Zusammen mit K. Cranford veröffentlichten die beiden 1969 ein verbessertes Modell, das verschiedene harmonische Effekte aufgrund von Erde-Mond-Sonne-Wechselwirkungen und verschiedenen anderen Eingaben hinzufügte.
Die Modelle von Lane wurden ab den späten 1960er Jahren vom Militär und der NASA häufig verwendet. Die verbesserte Version wurde Anfang der 1970er Jahre zum Standardmodell für NORAD , was schließlich zur Schaffung des TLE-Formats führte. Zu dieser Zeit gab es zwei Formate für Lochkarten , ein "internes Format", das drei Karten verwendete, die vollständige Details für den Satelliten (einschließlich Name und andere Daten) codierten, und das "Übertragungsformat" mit zwei Karten, das nur die Elemente auflistete, die Änderungen vorbehalten. Letztere sparten auf Karten und produzierten beim Aktualisieren der Datenbanken kleinere Decks.
Cranford arbeitete weiter an der Modellierung und führte schließlich dazu, dass Lane den Spacetrack Report #2 veröffentlichte , der die Air Force General Perturbation Theory oder AFGP4 detailliert beschreibt. Das Papier beschrieb auch zwei vereinfachte Versionen des Systems, IGP4, das ein vereinfachtes Widerstandsmodell verwendet, und SGP4 (Simplified General Perturbations), das das Widerstandsmodell von IGP4 zusammen mit einem vereinfachten Gravitationsmodell verwendet. Die Unterschiede zwischen den drei Modellen waren bei den meisten Objekten gering. Ein Jahr später wurde Spacetrack Report #3 veröffentlicht, der den vollständigen FORTRAN- Quellcode für das SGP4-Modell enthielt. Dies wurde schnell zum De-facto- Standardmodell, sowohl in der Industrie als auch im Astronomiebereich.
Kurz nach der Veröffentlichung von Report #3 begann die NASA, Elemente für eine Vielzahl von sichtbaren und anderen bekannten Objekten in ihren periodischen NASA Prediction Bulletins zu veröffentlichen , die aus den Daten im Übertragungsformat in gedruckter Form bestanden. Nachdem er einige Zeit versucht hatte, die NASA davon zu überzeugen, diese in elektronischer Form zu veröffentlichen, nahm TS Kelso die Sache selbst in die Hand und begann, die Listen manuell in Textdateien zu kopieren, die er über sein CelesTrak- Bulletin-Board-System verteilte . Dies ergab ein Problem im Prüfsummensystem der NASA , das auf das Fehlen des Pluszeichens (+) auf den bei der NASA verwendeten Fernschreibern zurückzuführen war , das sich letztendlich als Problem aus der Lochkarten-Ära herausstellte, die auftrat, als NORAD von der BCD-zu- EBCDIC- Zeichensatz auf dem Computer, der die Updates sendet. Dieses Problem verschwand, als Kelso 1989 begann, Daten direkt von NORAD zu erhalten.
Das SGP4-Modell wurde später um Korrekturen für Deep-Space-Objekte erweitert, wodurch SDP4 entstand, das die gleichen TLE-Eingabedaten verwendet. Im Laufe der Jahre wurden eine Reihe von fortschrittlicheren Vorhersagemodellen entwickelt, die jedoch keine breite Anwendung fanden. Dies liegt daran, dass die TLE nicht die zusätzlichen Informationen enthält, die von einigen dieser Formate benötigt werden, was es schwierig macht, die Elemente zu finden, die erforderlich sind, um die Vorteile des verbesserten Modells zu nutzen. Subtiler werden die TLE-Daten in einer Weise verarbeitet, um die Ergebnisse bei Verwendung mit den Modellen der SGP-Serie zu verbessern, was dazu führen kann, dass die Vorhersagen anderer Modelle weniger genau sind als bei SGP, wenn sie mit üblichen TLEs verwendet werden. Das einzige neue Modell, das weit verbreitet ist, ist SGP8/SDP8, die entwickelt wurden, um die gleichen Dateneingaben zu verwenden und relativ geringfügige Korrekturen des SGP4-Modells sind.
Format
Ursprünglich wurden bei den SGP-Modellen zwei Datenformate verwendet, eines mit vollständigen Details zum Objekt, das als "internes Format" bekannt ist, und ein zweites, als "Übertragungsformat" bekannt, das verwendet wurde, um Aktualisierungen dieser Daten bereitzustellen.
Das interne Format verwendet drei 80-spaltige Lochkarten. Jede Karte begann mit einer Kartennummer, 1, 2 oder 3, und endete mit dem Buchstaben "G". Aus diesem Grund wurde das System oft auch als „G-Card-Format“ bezeichnet. Zusätzlich zu den Orbitalelementen enthielt die G-Karte verschiedene Flaggen wie das Startland und den Orbittyp (geostationär usw.), berechnete Werte wie die Perigäumshöhe und die visuelle Größe sowie ein 38-stelliges Kommentarfeld.
Das Übertragungsformat ist im Wesentlichen eine abgespeckte Version des G-Card-Formats, bei der alle Daten entfernt werden, die sich nicht regelmäßig ändern oder die mit anderen Werten berechnet werden können. Zum Beispiel ist die Perigäumshöhe aus der G-Karte nicht enthalten, da diese aus den anderen Elementen berechnet werden kann. Was übrig bleibt, ist der Datensatz, der benötigt wird, um die ursprünglichen G-Kartendaten zu aktualisieren, wenn zusätzliche Messungen durchgeführt werden. Die Daten passen in 69 Spalten und enthalten kein nachgestelltes Zeichen. TLEs sind einfach die als ASCII-Text gerenderten Übertragungsformatdaten.
Ein Beispiel-TLE für die Internationale Raumstation :
ISS (ZARYA) 1 25544U 98067A 08264.51782528 -.00002182 00000-0 -11606-4 0 2927 2 25544 51.6416 247.4627 0006703 130.5360 325.0288 15.72125391563537
Diese Daten haben folgende Bedeutung:
Titelzeile
| Gebiet | Säulen | Inhalt | Beispiel |
|---|---|---|---|
| 1 | 01–24 | Satellitenname | ISS (ZARYA) |
Linie 1
| Gebiet | Säulen | Inhalt | Beispiel |
|---|---|---|---|
| 1 | 01 | Zeilennummer | 1 |
| 2 | 03–07 | Katalognummer des Satelliten | 25544 |
| 3 | 08 | Klassifizierung (U: nicht klassifiziert, C: klassifiziert, S: geheim) | U |
| 4 | 10–11 | Internationaler Designator (letzte zwei Ziffern des Einführungsjahres) | 98 |
| 5 | 12–14 | Internationaler Designator (Startnummer des Jahres) | 067 |
| 6 | 15–17 | Internationaler Designator (Teil der Einführung) | EIN |
| 7 | 19–20 | Epochenjahr (letzte zwei Ziffern des Jahres) | 08 |
| 8 | 21–32 | Epoche (Tag des Jahres und Bruchteil des Tages) | 264.51782528 |
| 9 | 34–43 | Erste Ableitung der mittleren Bewegung ; der ballistische Koeffizient | -.00002182 |
| 10 | 45–52 | Zweite Ableitung der mittleren Bewegung (Dezimalpunkt angenommen) | 00000-0 |
| 11 | 54–61 | B * , Widerstandsterm oder Strahlungsdruckbeiwert (Dezimalpunkt angenommen) | -11606-4 |
| 12 | 63–63 | Ephemeridentyp (immer Null; wird nur in nicht verteilten TLE-Daten verwendet) | 0 |
| 13 | 65–68 | Elementsatznummer. Wird erhöht, wenn für dieses Objekt eine neue TLE generiert wird. | 292 |
| 14 | 69–69 | Prüfsumme ( modulo 10) | 7 |
Zeile 2
| Gebiet | Säulen | Inhalt | Beispiel |
|---|---|---|---|
| 1 | 01 | Zeilennummer | 2 |
| 2 | 03–07 | Katalognummer des Satelliten | 25544 |
| 3 | 09–16 | Neigung (Grad) | 51.6416 |
| 4 | 18–25 | Rektaszension des aufsteigenden Knotens (Grad) | 247.4627 |
| 5 | 27–33 | Exzentrizität (Dezimalpunkt angenommen) | 0006703 |
| 6 | 35–42 | Argument des Perigäums (Grad) | 130.5360 |
| 7 | 44–51 | Mittlere Anomalie (Grad) | 325.0288 |
| 8 | 53–63 | Mittlere Bewegung (Umdrehungen pro Tag) | 15.72125391 |
| 9 | 64–68 | Umdrehungszahl bei Epoche (Umdrehungen) | 56353 |
| 10 | 69 | Prüfsumme (Modulo 10) | 7 |
Wo Dezimalstellen angenommen werden, sind es führende Dezimalstellen. Die letzten beiden Symbole in den Feldern 10 und 11 der ersten Zeile geben Zehnerpotenzen für die vorangehende Dezimalstelle. Somit übersetzt sich beispielsweise Feld 11 (-11606-4) in –0,11606E –4 (–0,11606 × 10 –4 ).
Die Prüfsummen für jede Zeile werden berechnet, indem alle numerischen Ziffern dieser Zeile, einschließlich der Zeilennummer, addiert werden. Für jedes negative Vorzeichen (-) in dieser Zeile wird eins zur Prüfsumme addiert. Alle anderen Zeichen, die keine Ziffern sind, werden ignoriert.
Für einen Körper in einer typischen niedrigen Erdumlaufbahn liegt die mit dem SGP4-Bahnmodell erreichbare Genauigkeit in der Größenordnung von 1 km innerhalb weniger Tage nach der Epoche des Elementsatzes. Der Begriff "niedrige Umlaufbahn" kann sich entweder auf die Höhe (minimal oder global) oder die Umlaufperiode des Körpers beziehen. Historisch gesehen definieren die SGP-Algorithmen eine niedrige Umlaufbahn als eine Umlaufbahn von weniger als 225 Minuten.
Zweistellige Epochenjahre von 57-99 entsprechen 1957-1999 und die von 00-56 entsprechen 2000-2056.
Die maximale Anzahl von Satellitenkatalognummern, die in einem TLE kodiert werden können, wird mit der jüngsten Kommerzialisierung des Weltraums und mehreren wichtigen Aufbruchsereignissen, die eine riesige Anzahl von Trümmerobjekten geschaffen haben, schnell erreicht. Zukünftige Anpassungen des TLE wurden vorgestellt, um die Zahl der kodierbaren Satelliten innerhalb des TLE zu erweitern.