¿Precisión de conversión de TLE/Elementos orbitales a cartesiano si se usa para otro propagador?

Si un elemento de dos líneas representara el estado exacto de un satélite en el momento de la época del conjunto de elementos, no habría ninguna penalización al aplicar el algoritmo SGP4 a las coordenadas cartesianas, que están en el marco True Equator, Mean Equinox (TEME). A partir de ahí, sería una simple cuestión de una transformación de coordenadas para convertir esas coordenadas de TEME en algo cuerdo, como el marco J2000 (mejor dicho, una cuestión semi-simple; TEME no está bien definido).

Sin embargo, un conjunto de elementos de dos líneas no representa el estado exacto de un satélite en la época del conjunto de elementos. En cambio, representa el conjunto de elementos de dos líneas que minimiza una métrica de error escalar ponderada en un intervalo de observaciones, con estados propagados a través del algoritmo SGP4. Las limitaciones inherentes del algoritmo SGP4 significan que las coordenadas cartesianas calculadas a partir de un conjunto de elementos de dos líneas tendrán un error significativo, incluso en la época del conjunto de elementos.

Editado en respuesta a críticas muy constructivas de @DavidHammen y @CallMeTom. Estoy de acuerdo con ellos, pero no dije esas cosas en mi respuesta inicial, y debería haberlo hecho.

Si la única fuente de datos que tiene es un TLE, entonces está comenzando desde un estado inicial de baja calidad, que debería estar equivocado por varios kilómetros. Todo lo que un propagador de alta calidad puede hacer desde allí es decirle a dónde irá algo que realmente estaba donde el TLE afirmó que estaba su satélite de interés. No sabe dónde estaba realmente su satélite, por lo que nada puede decirle a dónde irá realmente. El otro propagador hará un mejor trabajo que SGP4 al estimar dónde terminará un objeto imaginario en el estado inicial del TLE, pero eso no significa que el objeto imaginario evolucionará a un estado más cercano al estado del satélite real. El error integrado en la naturaleza muy aproximada de un TLE no se puede recuperar sin una mejor fuente de datos. Si tiene algo más, úselo en su lugar, porque los TLE son terribles.

Sin embargo, con todo eso en mente, si todo lo que tiene es un TLE, y está interesado en lo que le sucede a un satélite ficticio que realmente estaba donde el TLE afirmaba que estaba algo, entonces sí, eso es lo mejor que va a hacer. capaz de hacer. Los TLE existen con el propósito de ser fácilmente distribuidos. SGP4 existe con el propósito de convertir los TLE en algo más útil, como la posición y la velocidad cartesianas. Una vez que los tenga como el estado inicial en los momentos deseados, entregárselos a un propagador diferente con mejores modelos de gravedad, arrastre, presión solar y todo lo demás es la mejor manera de proceder, siempre y cuando recuerde que confiar en el TLE para empezar bien puede ser su mayor fuente de error.

Hago esto de forma rutinaria en el trabajo, pero solo en estudios de diseño para modelar el rendimiento del sensor en un entorno satelital simulado moderadamente realista. En ese caso, mi objetivo no es propagar años en el futuro. Solo uso un montón de TLE para obtener una distribución realista de los estados iniciales, porque estar fuera de la ruta por decenas o incluso cientos de kilómetros en el punto de partida no importa para los resultados de la simulación; lo único que importa es cómo evolucionan los estados a partir de sus condiciones iniciales imaginarias, para lo cual nunca usaría SGP4. Si estoy haciendo algo con un satélite actualmente operativo, siempre tengo algo mucho mejor que un TLE para empezar.

Si no solo tiene otro propagador, sino también una herramienta de determinación de órbita, entonces puede jugar con el uso de la salida SGP4 para simular observaciones y determinar su propia órbita a partir de eso. Hago hincapié en "jugar", porque la única pregunta que responde es "Me pregunto qué pasaría si..." No vas a mejorar una órbita derivada de TLE sin datos reales; pero si la simulación es todo lo que buscas, entonces puede ser interesante explorar esta opción. Los datos reales están disponibles a través de varios proveedores comerciales, pero no son baratos, excepto quizás en comparación con las dolorosamente costosas herramientas comerciales de determinación de la órbita.

El proceso de conversión de TLE & TEME parece largo y complicado si planea escribirlo todo usted mismo, pero no es necesario. Puede descargar SGP4 desde https://www.space-track.org/documentation#/sgp4 y usarlo para procesar un montón de TLE en largas listas de posición y velocidad; elementos keplerianos osculadores; latitud, longitud y altitud; o una variedad de otros formatos. Entonces puedes hacer lo que quieras con ellos.

@uhoh: ¡Nunca tome un TLE al pie de la letra! Sus componentes son elementos medios, por lo que forma parte de la definición de su sistema de coordenadas. A primera vista, describen el movimiento de un satélite ficticio con respecto a un equinoccio ficticio. Sin embargo, todo está cuidadosamente organizado para combinar y cancelar de la manera correcta para obtener algo razonable, pero solo si usa SGP4 para hacerlo. En palabras del Informe Spacetrack #3 ,

Los conjuntos de elementos NORAD son valores "medios" obtenidos eliminando variaciones periódicas de una manera particular. Para obtener buenas predicciones, estas variaciones periódicas deben ser reconstruidas (por el modelo de predicción) exactamente de la misma manera que fueron eliminadas por NORAD.

El enfoque de la nube de puntos podría producir algunos resultados interesantes, pero creo que el principal defecto es que nos faltan algunos datos importantes que la pista espacial no proporciona, a saber, la covarianza. Si tuviéramos eso, podríamos reemplazar cada punto en el tiempo no con un solo vector de estado, sino con un gran conjunto normalmente distribuido alrededor de ese punto, y ver cómo crece un volumen de confianza particular con el tiempo.