추적 및 데이터 릴레이 위성 시스템

미국 추적 및 데이터 중계 위성 시스템(TDRSS)은 미국 통신 위성(각각 추적 및 데이터 중계 위성, TDRS)과 NASA가 우주 통신에 사용하는 지상국의 네트워크다. 이 시스템은 NASA의 모든 승무원 비행 임무를 지원했던 지상국의 기존 네트워크를 대체하기 위해 고안되었다. 우주선이 지상과 통신하는 시간을 늘리고 전송할 수 있는 데이터의 양을 개선하는 것이 주된 설계 목표였다. 많은 추적 및 데이터 중계 위성은 1980년대와 1990년대에 우주왕복선과 함께 발사되었고, 우주왕복선을 위해 개발된 2단 고체 로켓 부스터인 관성상단(Interial Upper Stage)을 이용했다. 다른 TDRS는 Atlas IIa와 Atlas V 로켓에 의해 발사되었다.

가장 최근 세대의 위성은 S-밴드에서는 6 Mbit/s, Ku-bands에서는 800 Mbit/s의 지상 수신율을 제공한다. 이것은 주로 미군에 의해 사용된다.^[1]

오리진스

NASA는 장기간, 가용성이 높은 지상 간 통신 요건을 충족시키기 위해 1960년대 초 우주선 추적 및 데이터 수집 네트워크(STAAND)를 만들었다. 전 세계에 배치된 포물선 접시 안테나와 전화 교환 장비로 구성된 스타단은 90분간의 궤도 기간 중 약 15분 동안 공간 대 지상 통신을 제공했다. 이 제한된 접촉 기간은 나사 없는 우주선에 충분했지만, 승무원이 탄 우주선은 훨씬 더 높은 데이터 수집 시간을 필요로 한다.^{[citation needed]}

1960년대 초 스타단(StARADAN) 직후에 설립된, 유인 우주 비행 네트워크(MSFN)라고 불리는, 나란히 배치된 네트워크는 지구 궤도에 있는 승무원 우주선과 상호작용을 했다. 또 다른 네트워크인 딥 스페이스 네트워크(DSN)는 딥 스페이스 프로브로부터 데이터를 수집하는 1차 임무 외에 아폴로 임무와 같이 지구에서 1만 마일 이상 떨어진 우주선과 상호작용했다.^{[citation needed]}

1970년대 중반 우주왕복선이 탄생하면서 보다 높은 성능의 우주기반 통신시스템에 대한 요건이 대두되었다. 아폴로 프로그램이 끝나자 NASA는 MSFN과 STADAN이 유사한 능력을 갖도록 진화했음을 깨닫고 두 네트워크를 병합해 우주선 추적 및 데이터 네트워크(STDN)를 만들기로 했다.

통합 후에도 SDN은 약간의 단점이 있었다. 전 네트워크가 지구상에 퍼져 있는 지상국으로 구성되어 있었기 때문에, 이들 사이트들은 개최국의 정치적 변덕에 취약했다. NASA는 높은 데이터 전송 속도와 함께 높은 신뢰도를 유지하기 위해 우주 기반 통신 노드로 시스템을 증강하는 연구를^[when?] 시작했다.

새로운 시스템의 우주 부분은 정지궤도에 있는 위성에 의존할 것이다. 이들 위성은 위치상 낮은 궤도를 도는 위성으로 데이터를 송수신할 수 있으며 여전히 지상국의 시야에 머무를 수 있다. 운용 중인 TDRSS 별자리는 지정된 TDE 및 TDW(동부와 서부의 경우)의 두 개의 위성과 하나의 온오비트 스페어를 사용한다.^{[citation needed]}

연구가 완료된 후, NASA는 100% 전지구적 커버리지 달성을 위해 사소한 시스템 개조가 필요하다는 것을 깨달았다. 작은 영역은 어떤 위성의 시야 내에 있지 않을 것이다. 즉, 소위 배제 구역(ZOE)이라고 불리는 것이다. ZOE를 사용하면 어느 TDRS 위성도 특정 고도(646해리) 아래의 우주선과 접촉할 수 없었다. 근처에 ZOE와 지상국을 커버할 다른 위성이 추가되면 100% 커버리지가 존재할 수 있다. 우주 기반 네트워크 연구는 오늘날의 TDRSS 네트워크 설계의 계획이 되는 시스템을 만들었다.^[2]

1960년대 초, NASA의 응용기술위성(ATS)과 ACTS(Advanced Communications Technology Satellite) 프로그램은 주파수분할다중접속(FDMA), 3축 우주선 안정화, 고성능 통신 등 TDRSS와 기타 상용 통신위성에 사용되는 많은 기술의 원형을 만들었다.ation ^{[citation needed]}기술

2009년^[update] 7월 현재 TDRSS 프로젝트 매니저는 나사 고다드 우주비행센터 제프 J. 그람링이다.^[3] 보잉은 TDRS K의 건설을 책임진다.^[4]

네트워크

TDRSS는 대부분의 다른 우주 시스템과 유사하며, 지상, 공간, 사용자 세그먼트 등 3개 세그먼트로 구성된다. 이 세 부문은 임무를 완수하기 위해 함께 일한다. 한 부문의 비상사태나 고장은 시스템의 나머지 부분에 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 이러한 이유로 모든 부문은 중복성을 고려한다.

접지 세그먼트

TDRSS의 지상분할은 뉴멕시코 남부 화이트샌즈 콤플렉스(WSC)에 위치한 지상역 3곳, 괌 해군컴퓨터통신기지(GRGT), 메릴랜드 그린벨트에 있는 고다드 우주비행센터에 위치한 네트워크제어센터 등으로 구성된다. 이 세 정거장은 지휘통제 서비스를 제공하는 네트워크의 핵심이다. 완성된 시스템 업그레이드에 따라, 메릴랜드의 Blooming Point에 새로운 터미널이 지어졌다.^[5][6]

WSC(Las Cruce) 근처에 위치한 WSC는 다음과 같이 구성된다.

• WSGT(White Sands Ground Terminal) 32°30′03″n 106°36′31″w / 32.5007°N 106.6086°W / 32.5007; -106.6086
• 두 번째 TDRSS 접지 단자(STGT) 32°32′35″N 106°36′43″W / 32.5430°N 106.6120°W / 32.5430; -106.6120
• 확장 TDRS 접지 터미널(ETGT)

또한 WSC는 괌에서 GRGT를 원격으로 제어한다.

WSC는 미국 70번 국도에서 자체 출구로 시설 직원 전용이다. NASA는 매우 구체적인 기준을 사용하여 지상 터미널의 위치를 결정했다. 가장 중요한 것은 지상국의 위성 관측이었다; 그 위치는 동쪽과 서쪽의 하늘을 볼 수 있을 만큼 적도에 충분히 가까워야 했다. 날씨는 또 다른 중요한 요소였다. 뉴멕시코는 평균적으로 일년에 350일 정도의 햇빛을 받으며 강수량은 매우 낮다.

WSGT는 1983년 우주왕복선 챌린저호가 TDRS-A를 발사하면서 온라인에 접속했다. STGT는 1994년에 운용되기 시작했으며, 올해 초 6편 항공기의 온오비트 체크아웃 이후 시스템을 완성했다. 또한, 두 번째 터미널이 완공된 후, NASA는 두 정거장의 이름을 짓기 위한 대회를 열었다. 현지 중학생들은 WSGT의 리더라는 뜻의 카키크(카시케)와 STGT의 댄서라는 뜻의 단잔테를 선택했다. NASA 공식 문서에서는 WSGT와 STGT 또는 WSC를 지정자로 사용하므로 이러한 명칭은 홍보 목적으로만 사용된 것으로 보인다.

WSGT와 STGT는 지리적으로 분리되어 있고 서로 완전히 독립되어 있으며, 유사시 사이트 간에 데이터를 전송하기 위한 백업 광섬유 링크를 보유하고 있다. 각 지상국에는 위성과의 통신을 위해 우주-지상 연결 터미널(SGLT)로 알려진 19m 접시가 있다. STGT에는 3개의 SGLT가 위치하지만 WSGT에는 2개만 위치한다. 시스템 설계자들은 ZOE를 커버하는 위성에 대한 완전한 네트워크 지원을 제공하기 위해 나머지 SGLT를 괌으로 옮겼다. WSGT의 원격 부분으로 간주되는 SGLT의 거리와 위치는 네트워크 사용자에게 투명하다.

괌 원격 지상 터미널(GRGT) 13°36′53″N 144°51′23″E / 13.6148°N 144.8565°E / 13.6148; 144.8565는 WSGT의 연장이다. 단자에는 SGLT 6이 포함되어 있으며, 통신 서비스 제어기(CSC)는 STGT의 TDRS 운영 제어 센터(TOCC)에 위치한다. GRGT가 가동되기 전에는 디에고 가르시아에 보조 시스템이 위치했다.

SDN에 통합

우주 비행 추적 및 데이터 네트워크(STDN)의 주요 부분은 NASA 통합 서비스 네트워크(NISN), 네트워크 제어 센터(NCC), 임무 운영 센터(MOC), 우주선 데이터 처리 시설(SDPF), 다중 비행 역학 연구소(Multi Mission Fligency Dynamics Lab, MMFD)이다.

NISN은 우주 임무를 위한 데이터 전송 백본을 제공한다. 그것은 NASA의 모든 기업, 프로그램 및 센터를 위한 데이터, 비디오, 음성 전송을 위한 비용효과적인 광역 네트워크 통신 서비스다. STDN의 이 부분은 광섬유 링크, 라우터 및 스위치와 같은 네트워크 트래픽 흐름을 감시하는 전용 인프라와 컴퓨터로 구성된다. 데이터는 IPONET(인터넷 프로토콜 운영 네트워크) 또는 HDRS(High Data Rate System)의 두 가지 방법으로 NISN을 통해 흐를 수 있다. IPONET은 인터넷에 연결된 모든 컴퓨터에 공통적으로 사용되는 TCP/IP 프로토콜을 사용하며, 데이터를 전송하는 표준 방법이다. 높은 데이터 전송 속도 시스템은 높은 데이터 전송 속도를 요구하는 전문 임무를 위해 2 Mbit/s에서 48 Mbit/s까지 데이터 전송 속도를 전송한다. HDRS는 라우터, 스위치 및 게이트웨이의 인프라가 IPONET처럼 데이터를 전달하도록 요구하지 않는다.

NCC는 서비스 계획, 통제, 보증 및 책임을 제공한다. 서비스 계획은 사용자 요청을 받아들여 적절한 SN 요소에 정보를 배포한다. 서비스 제어 및 보증은 TDRSS 성능 데이터의 수신, 유효성 확인, 표시 및 배포와 같은 실시간 사용 기능을 지원한다. 서비스 책임자는 NCC 및 네트워크 자원의 사용에 대한 회계 보고서를 제공한다. NCC는 원래 2000년까지 메릴랜드주 그린벨트의 고다드 우주비행센터에 위치했으며, 그 당시 WSC로 이전했다.

MOC는 우주선 운용의 초점이다. 지원 요청 일정 수립, 우주선 성능 모니터링, 우주선에 제어 정보 업로드(TDRSS를 통해) 등이다. MOC는 주요 조사관, 임무 기획자, 비행 운영자로 구성되어 있다. 주요 조사관들이 SN 지원 요청을 시작한다. 미션 기획자들은 우주선과 그 임무에 대한 문서를 제공한다. 그리고 비행 운영자는 우주선에 명령을 보내고 작전을 수행하는 최종 연결고리다.

MMFD 연구소는 비행 프로젝트와 추적 네트워크 지원을 제공한다. 비행 프로젝트 지원은 궤도 및 자세 결정과 제어로 구성된다. 궤도 매개변수는 임무 우주선의 실제 궤도를 통해 추적되며 예측 궤도와 비교된다. 자세 결정은 알려진 물체(태양, 달, 별 또는 지구의 자기장)에 상대적인 우주선의 방향을 설명하는 매개변수 집합을 계산한다. 추적 네트워크 지원은 추적 데이터의 품질을 분석하고 평가한다.

공간 세그먼트

TDRSS 별자리의 공간 세그먼트는 시스템에서 가장 역동적인 부분이다. 이 시스템은 9개의 위성을 궤도에 올려놓고도 3개의 1차 위성으로 지원을 제공하는 한편, 나머지는 1차로 즉시 사용할 수 있는 온오비트 스페어로 사용하고 있다. 원래의 TDRSS 설계는 동쪽을 위한 TDE로 지정된 2개의 1차 위성과 서쪽을 위한 TDW와 하나의 온오빗 스페어를 가지고 있었다. 1980년대 동안 사용자 요구사항의 급증으로 NASA는 더 많은 위성을 추가하여 네트워크를 확장할 수 있었고, 일부는 특히 사용량이 많은 궤도 슬롯에 함께 배치되었다. 위성에 대한 자세한 내용은 추적 및 데이터 릴레이 위성을 참조하십시오.

사용자 세그먼트

TDRSS의 사용자 부문에는 NASA의 가장 두드러진 프로그램들이 많이 포함되어 있다. 허블우주망원경이나 랜즈AT와 같은 프로그램들은 TDRSS를 통해 각각의 임무 통제 센터에 관측을 중계한다. 승무원 우주 비행이 TDRSS를 구축하는 주요 이유 중 하나였기 때문에, 우주 왕복선과 국제 우주 정거장 음성 통신은 시스템을 통해 전달된다.

운영

TDRSS 시스템은 궤도를 선회하는 많은 관측소들과 또한 TDRSS 남극 릴레이를 통해 맥머도 역과 같은 남극 시설에 데이터 중계 서비스를 제공하는 데 이용되어 왔다. 국제우주정거장(ISS)의 미국이 구축한 구간은 데이터 중계용으로 TDRSS를 사용한다. TDRSS는 소모성 부스터를 위한 발사 데이터 릴레이 제공에도 사용된다.^[which?]

군 신청서

이르면 1989년경 TDRSS의 중요한 기능은 국가정찰국이 운용하는 라크로스 레이더 영상정찰위성에 데이터 중계기를 제공하는 것으로 알려졌다.^[7]

거의 20년이 지난 2007년 11월 23일, 한 온라인 무역 출판사는 "나사는 (TDRSS) 위성을 사용하여 우주왕복선 및 국제우주정거장과 통신하지만, 대부분의 대역폭은 미 국방부에 할애되어 있으며, 이는 TDRSS 운용 비용에서 사자 몫을 차지하고 있으며, 이 시스템의 많은 요구자들을 이끌고 있다"고 언급했다.ts, 그들 중 일부는 기밀로 분류되었다.^[8]

NRO는 2008년 10월 미국 내 우주항공우주시설(ADF)-콜로라도 주, ADF-동부, 워싱턴 주 덴버 인근 주, 뉴멕시코 주 라스 크루체스 주(州)^[9] 부근의 ADF-남서부 지역이라고 불리는 임무 지상국의 존재를 각각 해제했다. ADF-Colorado와 ADF-East는 버클리 AFB, CO, 포트 벨부아르에 위치하고 있으며 ^[11]ADF-Southwest는 White Sands TDRSS 스테이션에 있는 것으로 추정된다.^[12]

생산

최초의 7개의 TDRSS 위성은 TRW 법인(현재의 노스럽 그룸맨 항공우주 시스템 일부)이 캘리포니아주 레돈도 해변에 있는 TRW 법인(현재의 노스럽 그룸맨 항공우주 시스템)에 의해, 그 이후 모든 위성이 캘리포니아주 엘세군도에 있는 휴즈 스페이스 앤 커뮤니케이션스 주식회사(현재의 보잉 주식회사)에 의해 건설되었다.

문화참고

TDRSS 시스템은 제임스 본드 영화 《문레이커》에 간략히 언급되어 있다. 1997년 영화 '이벤트 호라이즌'에서도 제기된다.

실행 기록

참고: TDRSS 위성이 제조 공정 중에 있을 때는 문자 명칭이 지정되지만, 일단 정확한 지리적 궤도를 성공적으로 달성한 후에는 번호(예: 개발 중 TDRS-A, 온오비트 허용 전, 궤도에서 승인 후 작동 중인 TDRS-1)로 지칭된다. 따라서 발사 실패 시 분실되거나 대규모 오작동이 발생한 위성은 절대 번호가 매겨지지 않는다(예를 들어 우주왕복선 챌린저호 참사에서 분실돼 번호가 매겨지지 않은 TDRS-B).

참고 항목

• 러치(위성) - 러시아 데이터 릴레이 시스템
• 천리안 - 중국 데이터 릴레이 시스템
• 유럽 데이터 릴레이 시스템
• 인도 데이터 릴레이 위성 시스템 – 2020년 말 첫 출시 예정

참조

외부 링크

위키미디어 커먼스는 추적 및 데이터 중계 위성 시스템과 관련된 미디어를 보유하고 있다.

• NASA 고다드 우주 비행 센터 우주 네트워크 공식 페이지
• NASA의 TDRSS 프로그램 개요 페이지
• NASA 고다드 우주비행센터 TDRS K/L 프로젝트 공식 페이지

메모들

• 베이커, D. (에드) (2001) 제인의 우주 디렉토리: 2001–2002. 버지니아 주 알렉산드리아: 제인의 정보 그룹.
• 통합 공간 운영 계약 (CSOC). (2000) 인증 & 교육 과정 880 & 882: TDRSS 오리엔테이션 & 시스템 데이터 흐름.
• 크래프트, C. (2002) 비행: 임무 통제에서의 내 삶. 뉴욕: 플룸 북스.
• 크랜즈, G. (2000) 실패는 선택이 아니다. 뉴욕: 플룸 북스
• NASA. (1996) 제2차 TDRSS 워크샵: 1996년 6월 25-26일 2003년 8월 25일 인터넷 검색. https://web.archive.org/web/20050126202052/http:///nmsp.gsfc.nasa.gov/TUBE/pdf/infopack.pdf
• NASA 스페이스링크(1993) 뉴스 발표 1993년 5월 13일 2003년 8월 25일 인터넷 검색. [1]^{[dead link]}
• NASA. (2000년) 괌 원격 지상 터미널. 2003년 8월 25일 인터넷 검색. https://web.archive.org/web/20050214060604/http:///nmsp.gsfc.nasa.gov/tdrss/guam.html
• 판매자, J. (2000) 공간 이해: 우주비행사 소개 뉴욕: 맥그로힐 컴퍼니, 주식회사.
• 톰슨, T. (1996) T.T.T.T.W 스페이스 로그. 캘리포니아의 레돈도 비치: TRW 스페이스 & 일렉트로닉스 그룹.
• Wertz, J. & Larson, W.(1999) 우주 미션 분석 및 디자인, 제3판. 캘리포니아 주 토런스: 마이크로컴 프레스.