¿Por qué los satélites geosíncronos TDRS tienen esta distribución de inclinaciones?

Desde la opción en la página TLE de datos actuales deTracking and Data Relay Satellite System (TDRSS) conjuntos de elementos de dos líneas NORAD de Celestrak, he compilado inclinaciones TLE actuales para naves espaciales TDRS "en línea":

COSPAR       NORAD    Launched       Spacecraft   current inc(degs)
1988-091B    19548    1988-09-29     TDRS 3          14.4405
1991-054B    21639    1991-08-02     TDRS 5          14.5306
1993-003B    22314    1993-01-13     TDRS 6          14.0861
1995-035B    23613    1995-07-13     TDRS 7          15.0545
2000-034A    26388    2000-06-30     TDRS 8           7.9573
2002-055A    27389    2002-03-08     TDRS 9           5.8274
2002-055A    27566    2002-12-05     TDRS 10          5.5187
2013-004A    39070    2013-01-31     TDRS 11          5.0141
2014-004A    39504    2014-01-24     TDRS 12          5.6613

Si bien no está incluido (todavía) en esa página, según esta respuesta , TDRS-13 ha entrado en servicio y aún se puede encontrar en Celestrak:

2017-047A    42915    2017-08-18     TDRS 13          6.7494

Si bien estos satélites se encuentran en órbitas geosíncronas , no se considerarían órbitas geoestacionarias ; sus grandes inclinaciones dan como resultado pistas terrestres en forma de analema , y ​​las antenas de las estaciones del segmento terrestre TDRS necesitarían rastrear su movimiento diario, casi de norte a sur, para permanecer en contacto.

Probablemente esto no sea un gran problema, considerando la atención y los recursos que ya son necesarios para mantener este segmento crítico de tantas misiones en curso.

Pero tengo curiosidad acerca de las propias inclinaciones. Hay un clúster (TDRS-3 a TDRS-7) entre 14 y 15 grados, y otro (TDRS-9 a TDRS-13) entre 5 y 6 grados. El miembro más nuevo, TDRS-13, está y ha estado cerca de los 7 grados desde hace un tiempo, y TDRS-8 está cerca de los 8 grados.

Pregunta: ¿Se especifican estas inclinaciones, se mantienen en posición y son óptimas de alguna manera, o simplemente reflejan un "arrastre de inclinación" no mantenido en estación que es un fenómeno natural para las órbitas circulares a esta distancia, o hay otra forma de entender esto? distribución en inclinaciones TDRS?

nota: entiendo que sin el mantenimiento de la estación, la inclinación aumentará. Pero estoy buscando más de una respuesta que "Podría ser...". Teniendo en cuenta que TDRS-13 comenzó a casi 7 grados , sugiere que podría ser más que una falta intrínseca de capacidad de mantenimiento de la estación Norte-Sur.

Pista de tierra TDRS-13

arriba: Captura de pantalla de la pista terrestre en forma de analema TDRS-13 de N2Y0 .

abajo: Inclinación y movimiento medio (rev/día) para satélites TDRS desde el primer TLE encontrado en la primera semana de cada año calendario. Punto para TDRS13

locura TDRS

No puedo ofrecer más que "podría ser", pero aquí va un comentario: podría ser para aumentar las posibilidades de ver una de las aves TDRS. Si algún parámetro de la misión u obstrucción del vehículo bloquea el ángulo hacia el ecuador, está bien porque algunos satélites están por encima y por debajo.
@Saiboogu eso suena como una gran hipótesis.
@Saiboogu eche un vistazo a los ángulos entre cada par de TDRS-5, -10 y -11 que están ubicados uno cerca del otro en longitud, como se muestra en esta respuesta . ¡Ciertamente se ve (un poco) como CA trifásica para mí! Creo que deberías continuar con esto.
Tengo algunos mandados de esperar y sentarme, veré si puedo leer un poco y encontrar más pistas.
¿@Saiboogu ya terminó con sus diligencias? He añadido una recompensa.
Descubrí que TDRS-1 se alejó tanto del ecuador que eventualmente sirvió como un enlace ascendente efectivo para la estación del Polo Sur Amundsen-Scott de 98 a 09. Sigo buscando esta respuesta.
Todavía me quedé en blanco en las búsquedas de información, pero envié un correo electrónico al gerente y adjunto del proyecto de TDRS; vale la pena intentarlo, tal vez tengan la oportunidad de responder o pasar la pregunta a un miembro del personal.
Todavía no he recibido ninguna respuesta a mi consulta por correo electrónico (como era de esperar). Hasta ahora, @user5064140 parece tener la respuesta más sólida.

Respuestas (1)

Consulte el capítulo "Cálculos orbitales a bordo" del libro "ACS sin actitud" de Harold L. Hallock Gary Walter David G. Simpson Christopher Rouff.

https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-4471-7325-0

Parte de la sección 9.2 - Modelos de órbita a bordo del HST

... De hecho, solo se necesitan cinco parámetros para especificar el movimiento del centro de la caja en GCI (que llamaremos TDRS de ahora en adelante para simplificar), a saber, la inclinación TDRS (idealmente cero), la longitud TDRS ( asignado por el Centro de control de red (NCC)), la distancia desde el centro de la Tierra a TDRS (nominalmente 42,164 km), la tasa de rotación de TDRS en el marco GCI (nominalmente la tasa de rotación de la Tierra) y el ángulo horario de Greenwich en el momento de la época (es decir, la ascensión recta del Meridiano de Greenwich en el tiempo de la época). La inclinación de TDRS en realidad requiere cálculo porque se permite que las inclinaciones de TDRSS se desvíen hasta 14 o para conservar combustible y debido a la naturaleza dependiente del tiempo del marco de referencia GCI que surge del comportamiento de precesión y oscilación del eje de rotación de la Tierra en relación con las "estrellas fijas". Desde el punto de vista operativo, al explotar el modelo de centro de caja inclinado (ICOB) de Flight Dynamics Facility (FDF), la ventaja de usar este modelo llamado "TDRS en un palo" es que la cantidad de parámetros de enlace ascendente (incluida la época tiempo) se reduce de 15 a 6 (los 5 especificados anteriormente más el tiempo de época), y la frecuencia de actualización de parámetros se reduce de una vez por semana a una vez al año, o menos

Otra fuente de información se puede encontrar aquí en la página 18-19.

Los TDRS tienen el mismo período de órbita que un satélite geoestacionario, pero no se mantienen en posición Norte/Sur y, por lo tanto, sus órbitas pueden estar muy inclinadas.

  • Se mueven en un patrón de figura 8 visto desde la tierra.

  • La inclinación evoluciona entre 0 y 15 grados.

  • La alta inclinación proporciona visibilidad al Polo Sur.

  • La inclinación no se gestiona como parte del mantenimiento de la posición.

Creo que la inclinación tiene un efecto menor en el rendimiento de la constelación. Al no controlar la inclinación, los satélites reducen drásticamente la cantidad requerida de propelente y aumentan la vida útil de la constelación.

¡Excelente, gracias! He agregado una gráfica más detallada de las inclinaciones versus el tiempo a la pregunta. Si bien la conservación del propulsor es ciertamente gran parte de la respuesta, los TDRS 8, 9, 10, 11, 12 y 13 se iniciaron en algún lugar entre 6 y 8 grados de inclinación. ¡Más y más curioso! en.wikipedia.org/wiki/Geostationary_orbit#Orbital_stability
Si su sistema ya acepta una desviación de hasta 14° para la conservación del propulsor, parece tener sentido aceptar también la misma precisión en los objetivos de despliegue, especialmente porque las inclinaciones iniciales comienzan más altas y su objetivo es reducirlas lo más cerca posible de cero. Necesario es <14° evidentemente.
@Saiboogu, la respuesta resultará mucho más interesante que eso.
Gracias por la fuente adicional. Confirma que no hay mantenimiento de posición Norte-Sur, pero no aborda directamente la razón "por qué" (por ejemplo, nada sobre el combustible). Sin embargo, proporciona la declaración de que las estaciones en el Polo Sur pueden usar TDRS, y yo diría que eso es más que un "efecto menor en el rendimiento de la constelación". Parece ser un efecto importante en el rendimiento, ya que la órbita GEO estándar es invisible desde los polos. Todavía no está claro si eso aborda el "¿Por qué?" pero sin duda es un impacto positivo!
@uhoh, tampoco puedo obtener este comentario, pero la clave para asignar órbitas a los satélites sin varios tipos de control de mantenimiento de la posición es comprender a dónde los llevará la evolución natural de sus parámetros de órbita, y asegúrese de configurarlos para un futuro con el que puedes vivir. Mire 8, 9 y 10, y observe que todas sus inclinaciones comienzan un poco altas, luego caen hasta casi cero, luego vuelven a subir, de modo que 20 años de deriva natural los llevan básicamente de regreso a donde comenzaron.
Esa órbita está diseñada para mantener la inclinación en un promedio de 4 grados durante los primeros 20 años, y luego se desplaza más alto solo después de eso, ya que para ese momento pueden haber fallado o haber sido reemplazados por otras razones.
@RyanC a veces, cuando escribo preguntas, tengo una idea de cuál podría ser la respuesta; pero el (uno de los) objetivos de una pregunta de Stack Exchange es proporcionar un espacio donde se pueden publicar las respuestas para que las disfruten los futuros lectores. Voy a hacer una nueva pregunta sobre 8 a 13 que abordará eso y algunas otras cosas, volveré a hacer ping aquí cuando lo haga.
¿Por qué los satélites geosíncronos TDRS tienen esta distribución de inclinaciones?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v