TDRSS

TDRSS (ang. Tracking and Data Relay Satellites System) – satelitarny system śledzenia i przekazywania danych. Służy do utrzymywania łączności pomiędzy naziemnym centrum satelitarnym a satelitami niskoorbitowymi, Międzynarodową Stacją Kosmiczną, Kosmicznym Teleskopem Hubble’a oraz w przeszłości z wahadłowcami. Jest głównie wykorzystywany przez NASA oraz rząd Stanów Zjednoczonych. Głównym celem podczas opracowywania tego systemu było zwiększenie czasu oraz ilości przekazywanych danych między stacją naziemną a wahadłowcem.

Jako pierwszy system łączności pomiędzy stacjami naziemnymi a urządzeniami w kosmosie NASA stworzyła STADAN (Spacecraft Tracking and Data Acquisition Network). Do łączności wykorzystane zostały anteny paraboliczne oraz systemy telefoniczne. STADAN pozwalał na utrzymanie komunikacji pomiędzy Ziemią a urządzeniem w kosmosie przez około piętnaście z trwającego dziewięćdziesiąt minut okrążenia Ziemi.

Kolejną siecią był MSFN (Manned Space Flight Network), pozwalał on na komunikację ze statkami oddalonymi o ponad 16 tys. km od Ziemi. Pod koniec programu Apollo NASA stwierdziła, że MSFN i STADAN zaczynają rozwijać się w tym samym kierunku. Z połączenia tych dwóch standardów powstał STDN (Space flight Tracking and Data Network). Mimo połączenia dwóch systemów w jeden, miał on wiele wad. NASA zaczęła pracować nad nowszym systemem, który dawałby bardziej niezawodny sposób komunikacji. Nowy system miał się opierać na komunikacji z satelitami umieszczonymi na orbicie geostacjonarnej. Satelity te mogły odbierać i nadawać sygnał do satelitów LEO (Low Earth Orbit) oraz stale pozostawać w zasięgu sygnału ze stacji naziemnych. W pierwszym systemie TDRSS wykorzystano dwa satelity (jeden zachodni, drugi wschodni) oraz jeden zapasowy.

4 kwietnia 1983 roku pierwszy satelita systemu TDRSS, TDRS-1, został umieszczony w kosmosie. Na orbitę został wyniesiony podczas dziewiczego lotu wahadłowca Challenger (lot STS-6). Uszkodzenie rakiety IUS spowodowało wyniesienie go na zbyt niską orbitę. Dopiero po 58 dniach delikatnych manewrów inżynierowie NASA ustawili TDRS-1 na właściwej orbicie. 23 i 24 września 1983 roku uruchomiono sześć dysz korekcyjnych satelity, aby go przesunąć z 67° długości geograficznej zachodniej na 41° długości zachodniej. W dniach 16 i 17 października 1983 ponownie uruchomiono silniki, aby zatrzymać zakończone przesuwanie^[1]. TDRS-1 służył aż do 2009 roku, najpierw jako satelita główny, a potem jako zapasowy.

TDRS-2 został zniszczony w czasie katastrofy Challengera w styczniu 1986 roku, w której zginęło siedmioro astronautów. Loty kosmiczne i system TDRSS zostały wtedy zawieszone na okres ponad dwóch lat. TDRS-3 został wyniesiony przez wahadłowiec Discovery 29 września 1988 roku. TDRS-4 został wyniesiony przez Discovery 13 marca 1989. W latach 90. wystrzelono jeszcze trzy satelity TDRSS pierwszej generacji, zaś w latach 2000–2002 kolejne trzy, należące do drugiej generacji. 31 stycznia 2013 o 01:48 UTC wystrzelono pierwszego satelitę trzeciej generacji – TDRS-K^[2].

Satelita	Data startu	Nazwa misji lub rakiety:
TDRS-1	4 kwietnia 1983	STS-6
TDRS-2	28 stycznia 1986	STS-51-L
TDRS-3	29 września 1988	STS-26
TDRS-4	13 marca 1989	STS-29
TDRS-5	2 sierpnia 1991	STS-43
TDRS-6	13 stycznia 1993	STS-54
TDRS-7	13 lipca 1995	STS-70
TDRS-8	30 czerwca 2000	Atlas IIa
TDRS-9	8 marca 2002	Atlas IIa
TDRS-10	4 grudnia 2002	Atlas IIa
TDRS-11	31 stycznia 2013	Atlas V
TDRS-12	24 stycznia 2014	Atlas V

Wahadłowiec okrążał Ziemię na niskiej orbicie. Na orbicie geostacjonarnej, w polu widzenia stacji naziemnej, umieszczone dwa satelity przekaźnikowe, z których prawie bez przerwy co najmniej jeden mógł nawiązać łączność z poruszającym się względem nich wahadłowcem. Łączność pomiędzy wahadłowcem a stacją naziemną realizowana była droga bezpośrednią, jeśli wahadłowiec znajdował się w „polu widzenia” stacji naziemnej, lub za pośrednictwem jednego z satelitów przekaźnikowych TDRSS.

W łączu między wahadłowcem a satelitą przekaźnikowym TDRSS zastosowano transmisję z rozpraszaniem widma w paśmie 2 GHz (tzw. pasmo S). Łącze to posiadało niewielką przepustowość: 32 kbit/s lub 72 kbit/s, zależnie od wartości stosunku sygnału do szumu w kanale transmisyjnym wynikającej z odległości wahadłowca od satelity przekaźnikowego.

Parametr	Wartość
częstotliwość nośna	2106,4 MHz
przepływność ciągu informacyjnego	32 kbit/s lub 72 kbit/s
kodowanie protekcyjne	kodowanie splotowe, R = 1/3
modulacja	BPSK
przepływność danych na wejściu modulatora	96 kbit/s lub 216 kbit/s
przepływność ciągu pseudolosowego	11,232 Mbit/s
długość okresu ciągu pseudolosowego	2047 bitów

Do zadań satelitów przekaźnikowych systemu TDRSS należy także, obok utrzymania łączności z wahadłowcem kosmicznym, utrzymanie łączności z satelitami umieszczonymi na orbitach niskich LEO. Do tego celu służy odrębny system łączności, działający także w paśmie 2,1 GHz i wykorzystujący transmisję z rozpraszaniem widma.

W łączu zastosowano kwadraturową modulację fazy QPSK, przy czym na poszczególnych nośnych, synfazowej i kwadraturowej, sposób generacji sygnału i jego parametry są zupełnie inne. Nadrzędnym wymaganiem stawianym projektantom systemu było uzyskanie czasu synchronizacji kanału synfazowego, służącego do przesyłania danych użytkownika, nie przekraczającego 20 sekund. Sygnał przesyłany w kanale ma następującą postać:

s(t) = A[d(t)kc(t)cos2πfct – 0.316kr(t)sin2πfct]

d(t) – ciąg danych kc(t); kr(t) – ciągi pseudolosowe rozpraszające widmo fc – częstotliwość nośna w paśmie 2,1 GHz A – stała

Parametr	Wartość	Wartość
Kanał	synfazowy	kwadraturowy
przeznaczenie	transmisja danych	Telemetria
pasmo częstotliwości	2,0 – 2,1 GHz	2,0 – 2,1 GHz
modulacja	BPSK na nośnej synfazowej	BPSK na nośnej kwadraturowej
względny poziom mocy	0 dB	-10 dB
przepływność danych	od 125 do 1000 bit/s	nie dotyczy
sposób rozpraszania widma	kluczowanie bezpośrednie DS	kluczowanie bezpośrednie DS
częstotliwość generatora ciągu pseudolosowego	ok. 3 MHz, zależnie od częstotliwości nośnej	ok. 3 MHz, zależnie od częstotliwości nośnej
generator ciągu pseudolosowego	generator Golda	18–elementowy generator sekwencji o maksymalnej długości, z ograniczeniem okresu ciągu
okres ciągu pseudolosowego	1023 bity	256 * 1023 bity

• lista misji wahadłowców
• Space Transportation System

• W. Hołubowicz, M. Szwabe: Systemy radiowe z rozpraszaniem widma, CDMA. Poznań: Motorola Polska, 1998. ISBN 83-909880-1-1.
• Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS). spacecomm.nasa.gov. [zarchiwizowane z tego adresu (2009-03-20)]. (ang.)
• TDRSS Overview. NASA. [dostęp 2013-01-29]. [zarchiwizowane z tego adresu (2008-10-15)]. (ang.).
• TDRS Fact Sheet September 2001, pdf (ang.)

• NSSDC Master Catalog (ang.)