Wird das neue „TLE-Format“ orbital-mechanisch besser sein als herkömmliche TLEs?

Celetrak's A New Way to Obtain GP Data (alias TLEs) von Dr. TS Kelso 2020 May 27 erklärt die Einführung eines neuen Infoblob-Formats, das in mehrfacher Hinsicht "besser" ist als das alte TLE und Folgendes enthält:

Die US-Regierung stellt dem Rest der Welt seit den 1970er Jahren Orbitaldaten zu GP oder allgemeinen Störungen zur Verfügung. Diese Daten werden durch Anpassen von Beobachtungen des US Space Surveillance Network (SSN) erzeugt, um Brouwer-Mean-Elemente unter Verwendung des Orbit-Propagators SGP4 oder Simplified General Perturbations 4 zu erzeugen.

Viele von Ihnen kennen diese Daten in Form von TLEs oder Two-Line Element Sets. TLEs wurden entwickelt, um die minimalen Daten bereitzustellen, die erforderlich sind, um die Umlaufbahn eines Resident Space Object (RSO) zu einer Zeit zu verbreiten, als sowohl die Bandbreite für die Übertragung als auch die digitale Speicherung extrem begrenzt waren. Tatsächlich konnte die Übertragung damals per Fax, Papierkopie (Postzustellung) oder sogar per Telefon erfolgen, und die Speicherung erfolgte mit Lochkarten oder Magnetband.

Obwohl uns dieses Format viele Jahrzehnte lang gute Dienste geleistet hat, war es nicht ohne Probleme. Zum Beispiel verursachte die Wahl einer zweistelligen Jahreszahl viele Probleme, die sich dem Jahr 2000 näherten – Probleme, die umgangen wurden, indem neu definiert wurde, was diese beiden Ziffern darstellen –, aber dieses Jahr-2000-Problem besteht noch volle 20 Jahre im 21. Jahrhundert. Und jetzt nähern wir uns einem weiteren Meilenstein, bei dem wir nicht mehr alle Objekte katalogisieren können, die wir innerhalb der 5-stelligen Katalognummernbeschränkung des TLE-Formats verfolgen.

Einer der Haupttreiber, der uns dazu zwingt, die Verfolgung von mehr als 100.000 Objekten in Betracht zu ziehen, ist die Aktivierung des Space Fence auf dem Kwajalein-Atoll. Der Space Fence erreichte am 27. März 2020 seine anfängliche Betriebsfähigkeit (IOC) und wird voraussichtlich weit mehr als die etwa 26.000 Objekte verfolgen, die derzeit vom SSN verfolgt werden – vielleicht bis zu einer Größenordnung.

Und wir erwarten, dass die Daten vom Space Fence irgendwann in diesem Sommer (2020) öffentlich verfügbar sein werden. Das 18. Space Control Squadron (18 SPCS) hat bereits intern auf die Verwendung von 9-stelligen Katalognummern umgestellt, um diese Änderungen zu unterstützen, und wir erwarten, dass 18 SPCS Daten vom Space Fence mit 9-stelligen Katalognummern veröffentlichen wird.

Frage: Sicherlich sind die organisatorischen Verbesserungen entscheidend, aber gibt es möglicherweise auch orbitale mechanische Verbesserungen gegenüber der SGP4-Ausbreitung traditioneller TLEs? Ich verstehe nicht wirklich, was passiert; Handelt es sich ausschließlich um eine Verbesserung der Formatierung und Indexierung, oder wird die Menge der enthaltenen Orbitalinformationen ebenfalls modifiziert und/oder verbessert?

Ich denke, der Großteil dieser Frage liest sich gut - dass Sie in erster Linie an der Genauigkeit der Daten interessiert sind, obwohl dies auf mehr als eine Weise gelesen werden kann. Die "Genauigkeit der Daten" könnte bedeuten, dass a) eine einzelne Ephemeride (z. B. ein TLE) bessere Messungen hat oder b) eine einzelne Ephemeride ein besseres Modell hat (aber die Messungen nicht besser) oder c) dass eine bessere Genauigkeit aufgrund häufigerer Aktualisierungen vorliegt verfügbar sein könnten. Die bisherigen Antworten scheinen auf Ergebnis (b) hinzudeuten.
@Puffin Nein, ich bin in irgendeiner Weise an Verbesserungen in Bezug auf die Orbitalmechanik interessiert. Ich habe genau die Frage gestellt, die ich stellen wollte: "... aber gibt es möglicherweise auch orbitale mechanische Verbesserungen gegenüber der SGP4-Ausbreitung traditioneller TLEs?" Die Frage ist absichtlich weit offen, um Antworten nicht vorzubeschränken, und ich denke, dass diese Anweisungsklassifikation eine ausgezeichnete Antwort geben würde!
Jetzt denke ich darüber nach, ich habe bereits gehört, dass der neue Spacefence ein Radar mit höherer Frequenz ist, das seine minimale Objektgröße senkt, aber ich vermute, dass alle möglichen anderen Parameter ins Spiel kommen, bevor Sie feststellen können, ob Objekte besser lokalisiert sind . Übrigens, ich weiß nicht wirklich, was Sie mit Ihrem Bit in Kursiv gemeint haben.
@Puffin Oh, das Bit in Kursivschrift stellt fest, dass Sie potenzielle Verbesserungen in drei aufgezählte Kategorien (1, 2 und 3) eingeteilt haben, dass ich diese Klassifizierung als lehrreich empfunden habe und denke, dass es großartig wäre, wenn Sie dies tun würden hatte es als Antwortpost etwas erweitert.

Antworten (3)

Änderungen durch den neuen Zaun:

  • Der neue Weltraumzaun wird höchstwahrscheinlich zu besseren Umlaufbahnschätzungen für die meisten Objekte führen, die sich derzeit im Katalog befinden, da sie häufiger beobachtet werden.
  • Es erkennt auch mehr und kleinere Trümmerteile. Sie werden möglicherweise nur erkannt, wenn sie in großer Höhe vorbeifahren, und weniger wahrscheinlich in niedriger Höhe. Folglich könnte ihre Genauigkeit am Ende schlecht sein.

Änderungen aufgrund des neuen Formats:

  • Der Hauptgrund für das neue Format ist, dass es die Angabe von mehr als 5 Ziffern für die Katalognummer ermöglicht. Es wird erwartet, dass der neue Zaun mehr als 100.000 Objekte beobachtet, und daher war diese Änderung erforderlich.
  • Das Format (OMM) erlaubt es, jede Art von Theorie zu spezifizieren und nicht nur die in den TLEs verwendeten. TLEs haben ein Flag für den Ephemeridentyp, der mit einer Theorie verknüpft ist. Kürzlich wurde eine neue aktualisierte Version von SGP4 namens SGP4-XP veröffentlicht (eine kompilierte Bibliothek, leider nicht der Code oder die Gleichungen dahinter). Wenn die neu bereitgestellten Orbitalelemente mit SGP4-XP generiert werden, benötigen Sie diese Theorie auch, um sie zu verbreiten. Es ist nicht klar, wann mit der Verwendung der neuen Theorie begonnen wird und wann/ob Elemente darin veröffentlicht werden. Auch die Genauigkeit ist noch nicht klar, soll aber näher an High-Fidelity-Modellen liegen.
Zu Ihrer Information, ich habe gerade gefragt, was ist/war Legacy TLE Ephemeriden Typ 2? (TLE, Zeile 1, Spalte 63)
Sieht super aus, vielen Dank!

Skimming CCSDS RECOMMENDED STANDARD FOR ORBIT DATA MELDUNGEN , sieht es für mich so aus, als ob drei verschiedene Nachrichtentypen definiert sind: Orbit Parameter Message (OPM), Orbit Mean Elements Message (OMM) und Orbit Ephemeris Message (OEM).

OPM gibt Position und Geschwindigkeit und optional "oskulierende Kepler-Elemente" an. Es ist "für Börsen geeignet, die "keine dynamische High-Fidelity-Modellierung erfordern".

OMM ist im Wesentlichen die gleiche Information wie eine TLE in einem besser lesbaren Format (sowohl für Menschen als auch für moderne Software).

OEM "ist für Austauschvorgänge geeignet, die eine höhere Wiedergabetreue oder eine dynamische Modellierung mit höherer Präzision erfordern, als dies mit dem OPM möglich ist" und "ermöglicht die dynamische Modellierung einer beliebigen Anzahl von Gravitations- und Nichtgravitationsbeschleunigungen". Es enthält optionale Raumfahrzeugparameter wie Masse, Sonneneinstrahlungsfläche und Luftwiderstandsflächen, sodass es mit einem ausgefallenen Propagator verwendet werden kann, der diese Effekte modelliert.

Der Celestrak-Post-You-Link besagt, dass Celestrak OMMs bereitstellen wird, sodass es keine funktionale Verbesserung bei der Ausbreitung gegenüber TLE bietet, OEMs jedoch möglicherweise.

Dies ist eine gute Zusammenfassung der Formate selbst. Um die Frage von @uhoh vollständig zu beantworten, könnten Sie auch hinzufügen, dass eine SPG4-Ausbreitung überhaupt keine hohe Wiedergabetreue ist. Für eine High-Fidelity-Ausbreitung eines LEO-Fahrzeugs muss man die sphärischen Harmonischen der Erde (z. B. EMG2008), SRP, Drag und die Bewegung von Sonne, Jupiter und Mond (mindestens) berücksichtigen. SPG4 funktioniert möglicherweise gut genug, um Raumfahrzeuge über sehr kurze Zeiträume zu verfolgen, ist jedoch nicht gut genug für jedes Missionsdesign.
Meine Güte. Kilogramm und Kilometer! Wie werden die Menschen zurechtkommen?
Als jemand, der viel Software und astrodynamische Simulationstools geschrieben hat, würde ich mich gerne mit dem unterhalten, der das OEM-Format erstellt hat. Es scheint das Schlimmste aus beiden Welten zu sein: schwer lesbar für Menschen und schwer lesbar für Maschinen. Ganz zu schweigen davon, dass es textbasiert ist und keine Interpolationsdaten verwendet, sodass es nicht so präzise sein kann wie ein BSP-Kernel ...
@RusselBorogove +1, interessant, aber was ist der Unterschied zwischen einem OPM und einem OMM, da beide ähnlich wie TLEs klingen. Ist ein OMM eine Teilmenge eines OPM; kann entweder die alten TLEs im SGP4-Stil aus Gründen der Abwärtskompatibilität ausgeben?
@Puffin Sie können gerne die Spezifikation für weitere Details lesen. OMM und OPM sind Nachrichtenformate , keine Tools; Es macht keinen Sinn zu fragen, ob sie andere Formate ausgeben.

Nur die Daten zu ändern, würde nicht viel bringen, wenn sie nur in das gleiche alte SGP4 eingespeist würden, das wir seit Jahrzehnten verwenden. Zu meiner freudigen Überraschung hat die US-Regierung jedoch endlich einen neuen Propagator für den öffentlichen Gebrauch bereitgestellt! Ich habe es nirgendwo angekündigt gesehen, aber wenn Sie zu https://www.space-track.org/documentation#/sgp4 gehen und die ZIP-Datei herunterladen, sagen die Versionshinweise darin:

Der Simplified General Perturbations Version 4 (SGP4) Propagator enthält jetzt wichtige neue Funktionen in Form von Extended Perturbations (XP), die erhebliche Genauigkeitsverbesserungen gegenüber früheren Versionen von SGP4 für alle Orbitregime bewirken. Diese neue erweiterte Version des SGP4-Propagators wird als „SGP4-XP“ bezeichnet.

Um die Abwärtskompatibilität zu gewährleisten, gibt es jetzt einen neuen Ephemeris-Typ 4 (XP), der jetzt von der TLE unterstützt wird und es Benutzern ermöglicht, ältere SGP4-Ephemeris-Typen 0 oder 2 oder SGP4-XP-Ephemeris-Typ-4-TLEs zu verwenden, ohne die Eingaben in die SGP4prop-Bibliothek zu ändern. Dadurch wird verhindert, dass sich Schnittstellen aufgrund des XP-Upgrades ändern.

Die jetzt von SGP4-XP verfügbare Ausbreitungsgenauigkeit wird durch die Einbeziehung erweiterter Störungen erheblich verbessert, die durch die Verwendung des neuen TLE-Ephemeridentyps 4 abgegriffen werden können, der den alten n ̈⁄6-Term in den Spalten 45-52 von Zeile 1 durch den des Objekts ersetzt Parameter des Sonnenstrahlungsdruckmodells, AGOM [m^2/kg]. Für den AGOM-Wert in den Spalten 45-52 wird der führende Dezimalpunkt angenommen. Wie zuvor in Abbildung 3 zusammengefasst, umfassen erweiterte Störungen eine bessere Mondstörungsmodellierung, neue und mehr Resonanzmodellierung, Sonnenstrahlungsdruckmodellierung (zusätzlich zur Widerstandsmodellierung), und das Geopotentialmodell wurde um den J5-Zonalterm und das alte WGS- erweitert. 72 Terme werden durch EGM-96-Terme ersetzt, um mit der SP-Ausbreitung durch die operative ASW konsistent zu sein. Zusätzlich, Das statische statische Atmosphärenmodell wird durch das Jacchia-70-Modell ersetzt, das einen generischen Sonnenfluss und einen geomagnetischen Index verwendet, der den zukünftigen Fluss auf der Grundlage von Flussperioden vorhersagt, die mehr als 40 Jahre zurückreichen. Daher ist es nicht mehr erforderlich, F10.7- und Ap-Werte für den Betrieb des SGP4-XP-Propagators beizubehalten.

Da dies eine neue Funktion ist, ist es aus Vorsicht äußerst wichtig, weiterhin die aktuellste Version der SGP4-Bibliothek zu verwenden, falls sich SGP4-XP ändert. Wenn aus irgendeinem Grund Änderungen erforderlich sind, sind die Änderungen möglicherweise nicht abwärtskompatibel mit früheren Versionen von SGP4-XP. Zukünftige Versionsaktualisierungen können Fehlerbehebungen sowie Verbesserungen enthalten und sind möglicherweise nicht abwärtskompatibel mit früheren Versionen von SGP4-XP. Experimente und parallele Läufe werden empfohlen, um einen Einblick in die Modellierungsverbesserungen zu geben.

Die Versionshinweise beschreiben tatsächlich Änderungen an jedem Teil der Astrodynamics Standards-Bibliothek, was für diejenigen unter Ihnen von Interesse sein könnte, die mehr über die zugehörige Software wissen möchten, die nur für die Verwendung durch die US-Regierung bestimmt ist. Allerdings finde ich das jetzt viel weniger interessant als früher, weil wir endlich eine große Verbesserung zu SGP4 haben. Ich habe keine Zahlen darüber, wie viel besser es ist, aber die Versionshinweise behaupten, dass "die neue SGP4-XP-Genauigkeit statistisch gleichwertig ist" mit dem hochpräzisen numerischen Special Perturbations-Propagator, den sie für reale Operationen verwenden. Dies ist möglicherweise das Beste, was sie für die Öffentlichkeit getan haben, seit sie überhaupt TLEs veröffentlicht haben.

Das sind großartige Neuigkeiten, danke, dass Sie nach unten geblickt und die Neuigkeiten dann hier bereitgestellt haben. Müssen wir jetzt alle auf Windows XP umsteigen, um SGP4-XP auszuführen? (Humor)
@uhoh Ich sehe es gerne als Anspielung auf Rollenspiele --- SGP4 hat endlich genug XP verdient, um ein Level aufzusteigen!