Wie finden Cubesat-Besitzer zuerst die anfängliche Flugbahn ihres Cubesats heraus? Wie richten sie Antennen darauf, bevor offizielle TLEs erscheinen?

Wenn CubeSats zum ersten Mal bereitgestellt werden, kann es manchmal mehrere Tage dauern, bis sie in offiziellen TLE-Distributionen erscheinen, und selbst dann, wenn viele bereitgestellt wurden, kann es viel mehr Arbeit erfordern, zu entscheiden, welche welche ist.

Andere Probleme beim Verfolgen von Satelliten:

Soweit ich weiß, haben Cubesats (noch) keine digitalen Nummernschilder, die vom Boden aus (leicht) gelesen werden können. Daher kann es in manchen Fällen notwendig sein, einige Daten auszutauschen, bevor einige TLEs einem bestimmten Satellitennamen zugeordnet werden können. Eine Möglichkeit, dies festzustellen, besteht darin, Funkkontakt mit einem bestimmten Cubesat herzustellen.

Es kann auch andere betriebliche Gründe geben, warum Sie so schnell wie möglich versuchen sollten, mit Ihrem cubesat zu sprechen.

Frage: Wie finden Cubesat-Besitzer zuerst die anfängliche Flugbahn ihres Cubesats heraus? Wie richten sie Antennen darauf, bevor offizielle TLEs erscheinen? Geben die Startanbieter Flugbahninformationen weiter? Wenn ja, wie ist das Format?

Antworten (4)

Dafür gibt es meiner Erfahrung nach gerade für Laien, Bastler oder kleine Gewerbetreibende derzeit keine gute Lösung. Diese Gruppen fliegen oft kleine Satelliten bei Mitfahrgelegenheiten. Für kleine Mitfahrgelegenheiten gibt es so viele Unsicherheiten, dass es wirklich wichtig ist, die Unsicherheit bei der Verfolgung zu beseitigen

Unsicherheiten

  • Ist mein Satellit Dead-on-Arrival (DOA)?
  • Wenn mein Satellit kein DOA ist, überlebt er dann im Weltraum?
  • Sind meine Antennen ausgefahren?
  • Funktioniert mein Raumfahrzeug-Kommunikationssystem im Orbit richtig?
  • Funktioniert meine Bodenstation ordnungsgemäß auf der Frequenz meines Raumfahrzeugs?
  • Wird mein Link geschlossen? Direkt darüber? Am Horizont?
  • Wo ist mein Satellit? Welcher der von der Mitfahrgelegenheit eingesetzten Satelliten gehört mir?

Zum letzten Punkt dachte ich zuerst, die offiziellen TLEs würden in der Reihenfolge der Bereitstellung organisiert, aber das ist nicht der Fall. Während die Masse definitiv bekannt ist, ist der Luftwiderstandsbeiwert wahrscheinlich nicht bekannt, und die Dichte der Atmosphäre, durch die der Satellit zum richtigen Zeitpunkt fliegt, ist definitiv nicht gut charakterisiert. Infolgedessen stimmt die Reihenfolge der Satelliten im Orbit möglicherweise nicht mit der Reihenfolge des Einsatzes überein.

Satellitenverfolgung

Bei so vielen Ungewissheiten ist es wirklich wichtig, die Ungewissheit in Bezug auf die Satellitenverfolgung zu verringern, insbesondere für Mitfahrgelegenheiten. Der beste Weg, dies zu tun, besteht darin, direkt nach dem Start mit dem Kommunikationsversuch zu beginnen, wenn die Satelliten noch relativ nahe beieinander sind. Auf diese Weise können Sie auf einen zeigen und ziemlich sicher sein, dass Sie auf alle zeigen. Im Laufe der Tage trennen sich die Satelliten und das gesamte Suchgebiet wird unüberschaubar.

Ich war bisher an zwei separaten CubeSat-Starts beteiligt und beide Male haben wir nach dem Start Zustandsvektoren erhalten. Ich war lose in die Startoperationen der BYU PICs involviert (ich hatte vorher meinen Abschluss gemacht und das Team verlassen) und meine Firma, Care Weather , startete kürzlich ihren ersten Satelliten, Hatchling Veery . Am Ende dieses Beitrags füge ich einige Beispiele hinzu. Beide Male stellten wir unmittelbar nach dem Start TLEs her. Beide Male hatten unsere TLEs Fehler aufgrund irrsinniger Komplexitäten in den Definitionen der verwendeten Koordinatensysteme oder Epochen.

Jeder, den ich kenne, der an der Satellitenkommunikation beteiligt ist, produziert TLEs aus staatlichen Vektoren zwischen dem Start und der Ausgabe offizieller TLEs. Bei der ELaNa XX-Mission mit Virgin Orbit hatten wir eine umfangreiche E-Mail-Kette, als Leute versuchten, Probleme mit ihrer TLE-Berechnung auszubügeln, und das SatNogs-Forum teilte auch hergestellte TLEs für die frühzeitige Verfolgung .

An diesem Punkt des Prozesses gibt es viel verschwendete Mühe und ineffiziente Zusammenarbeit, und es trägt zum Weltraumschrott bei, da einige Satelliten nie identifiziert werden können. Das BYU-Team hatte tatsächlich die Bestätigung, dass PIC-A und/oder PIC-B kein DOA war, da der Kamerablitz der Satelliten von der Raketenkamera gesehen wurde. Das PICs-Team hat sich jedoch mit all diesen Unsicherheiten (und mehr) auseinandergesetzt und konnte in der frühen Phase keinen Kontakt herstellen. Sie versuchen immer noch, Kontakt aufzunehmen, aber mehr als die Hälfte der ELaNa XX-Satelliten wurde nie identifiziert, also besteht nur eine Wahrscheinlichkeit von 25 %, dass sie an der richtigen Stelle suchen. Kombinieren Sie dies mit den meisten Pässen, die tief am Horizont liegen, und die Chance, dass jetzt Kontakt hergestellt wird, ist gering, selbst wenn die Satelliten noch in Betrieb sind.

Potentielle Lösungen

Zustandsvektoren

Hier sind ein paar Beispiele für Zustandsvektoren, wie sie vom Startanbieter für jede Mission angegeben werden. Es gibt keinen Standard für den Inhalt von Zustandsvektoren, daher war es einfacher, mit einigen zu arbeiten als mit anderen, aber einige Aspekte der Lieferung verursachten bei beiden Missionen Kopfschmerzen bei der TLE-Generierung.

Virgin Orbit ELaNa XX

Das Polar-Cube-Team teilte seine Zustandsvektoren direkt nach dem Einsatz im SatNogs-Forum.

Rocket Lab "Sie gehen so schnell hoch"

Rocket Lab gab uns kurz nach der Bereitstellung seine offiziellen TLEs. Sie hatten uns lange vor dem Start vorhergesagte Zustandsvektoren und ein Dokument zur Flugbahnanalyse gegeben.

Von RocketLab an Care Weather gelieferte Zustandsvektoren

+1Danke für deine Antwort! Es ist großartig, einen Bericht aus erster Hand zu haben, um die eher spekulativen „Oh, es ist einfach“-Antworten zu ergänzen. :-) Es ist auch sehr aufschlussreich zu sehen, wie sehr sich verschiedene Startanbieter in ihrem Angebot unterscheiden.

Ein antriebsloser CubeSat, der aus der zweiten Stufe der Rakete mit schwachen mechanischen Kräften ausgebracht wird, folgt nur knapp der Flugbahn der zweiten Stufe. Die Unterschiede zwischen den Flugbahnen der eingesetzten CubeSats und der zweiten Stufe sind sehr gering.

Daher können die Cubesat-Besitzer die neuesten Flugbahninformationen vom Launcher als anfängliche Flugbahn ihres Cubesat verwenden, bevor offizielle TLEs erscheinen.

Ein Diagramm von EXOLAUNCH über den EXOpod- Cubesat-Deployer.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Aus dem CarboNix Benutzerhandbuch Seite 19:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Toleranz der Federenergie von 25 % ergibt einen Geschwindigkeitsfehler von ca. 12 %. Bei einer Trenngeschwindigkeit von etwa 1,5 m/s beträgt dieser Fehler 0,17 m/s, der Fehler nach einem 90-minütigen Orbit beträgt 0,92 km. Über eine Entfernung von 1000 km ist dies ein Richtungsfehler von nur 3,2 Bogenminuten.

Wie David Hammen kommentierte, ist der Einsatzvektor nicht zufällig, der CubeSat-Launcher ist für Richtung und Geschwindigkeit des Einsatzes verantwortlich. Die tatsächliche Einsatzgeschwindigkeit des Cubesat hängt von seiner Masse ab, aber die Masse des Cubesat ist genau bekannt.

"Wie richten sie Antennen darauf, bevor offizielle TLEs erscheinen?" Verschiedener Meinung sein. Wenn es mit 1 Meter pro Sekunde ausgebracht wird, kann es 24 Stunden später bis zu 85 km entfernt sein. Wenn es 400 km Höhe ist und Sie eine Richtantenne ausrichten, dann sind Sie um 11° daneben. Wenn es 2 m / s sind, sind es bis zu 22 ° pro Tag. Empfehlungen sagen 5 m/s. Wenn Sie nur ein oder zwei Minuten Sichtbarkeit haben, ist die Suche wirklich schwierig.
Das ist richtig. Beachten Sie, dass die Betreiber den Bodenstationen auch ein Verfolgungsprofil und ein Abtastmuster für die Antenne zur Verfügung stellen, falls sich das Raumfahrzeug nicht dort befindet, wo sie es erwarten. Darüber hinaus wird diese Technik auch für CubeSats mit Antrieb verwendet: Die Bediener berechnen eine Navigationslösung und lokalisieren das Raumfahrzeug, bevor sie die Triebwerke einschalten.
@ChrisR, welche Bodenstationen, die Cubesat-Besitzern zur Verfügung stehen, liefern tatsächlich Scanmuster für sie? Ist das wirklich wahr? Wäre es in den ersten Tagen nicht selten, dass eine bestimmte Bodenstation überflogen wird und alle CubeSats ungefähr zur gleichen Zeit überfliegen? Klingt für mich nach einem sehr unwahrscheinlichen Szenario.
Hängt vom Cubesat ab, denke ich. Der DSN wird für CAPSTONE verwendet ;-)
@ChrisR werden die DSN-Gerichte sehr oft im "LEO-Suchmodus" betrieben? Diese winzigen FOVs und langsamen Schwenkraten müssen das zu einer ziemlichen Herausforderung machen!
-1weil 1) dies reine Spekulation ist, gibt es hier nichts darüber, welche Informationen Startanbieter tatsächlich liefern. 2) selbst wenn es möglich ist, die Relativgeschwindigkeit abzuleiten, ist sie nutzlos, bis eine genaue TLE für die 2. Stufe bereitgestellt wird. Können Sie einige Fakten hinzufügen, wann das tatsächlich passiert? 3) Um eine Einsatzgeschwindigkeit zu verwenden, müssen Sie ihre Richtung kennen. Sogar 1 m/s bedeutet, dass es in 24 Stunden bis zu 30 Sekunden vor oder hinter der 2. Stufe sein kann (retrograder/prograder Einsatz), und sie werden normalerweise absichtlich rückwärts/vorwärts eingesetzt, um die Ausbreitung zu maximieren und die frühzeitige Verfolgung zu erleichtern.
Dieses Zeug über "Bogenminuten" ist zumindest irreführend. Es sind zig Grad pro Tag bei 1 m/s.
@uhoh Das Diagramm von EXOLAUNCH ist reine Spekulation? Der kleine Unterschied zwischen der Flugbahn der zweiten Stufe und der Flugbahn des Cubesat ist Spekulation?
@Uwe das ist eine "es könnte möglich sein"-Antwort. Ich habe gefragt: "Wie können Cubesat-Besitzer ...?" Wie können sie ...?" Sie haben spekuliert, wie sie könnten oder wie sie könnten , und geantwortet "Wäre es möglich ...?" Wenn Sie konkrete Beispiele von Cubesat-Besitzern nennen können, die ihre Antennen ausrichten und vor dem Cubesat kommunizieren eine TLE hat, dann wäre das eine Antwort.
@uhoh - Ich stimme Ihrer Meinungsverschiedenheit aus zwei Gründen nicht zu. Einer ist, dass die Bereitstellung nicht zufällig ist. Es wird in einer ziemlich gut bekannten Richtung und mit einer ziemlich gut bekannten Größe durchgeführt. Die ziemlich gut bekannte Entfaltungszeit und das Verhalten des Entfaltungsmechanismus in Kombination mit der ziemlich gut bekannten Umlaufbahn der zweiten Stufe bieten die Möglichkeit, einen erwarteten Zustand vorherzusagen. Darin liegt eine Ungewissheit, und darüber hat Uwe geschrieben.
Der zweite Grund ist, dass der CubeSat-Operator mit der Suche nach dem CubeSat beginnt, kurz nachdem er zum ersten Mal über dem Horizont erscheint, und nicht, wenn er direkt über ihm ist. Der Winkelunterschied ist bei dieser viel größeren Entfernung viel kleiner und manifestiert sich meistens in einem Fehler in der Erfassungszeit. Sobald er eingerastet ist, folgt eine Tracking-Antenne dem Ort, an dem sich der Satellit befindet, und nicht an dem Ort, an dem er vorhergesagt wurde.
@DavidHammen Ich verstehe, also beginnt der gesamte "Raumschiff-Cluster" seinen Pass tief am Horizont beim 3- bis 5-fachen der Mindestreichweite. Solange Sie die Verstärkung haben, können Sie möglicherweise genug Signal empfangen, um die Identität zu bestätigen. Wenn Ihre "Cubesat-Bodenstation" dann über eine Art konisches Scannen oder einen anderen gut funktionierenden Algorithmus verfügt, ist es möglich, die Verfolgung fortzusetzen. Meine Frage ist also so formuliert, dass sie danach fragt, was tatsächlich passiert, nicht, was passieren könnte. Ist es möglich, ein Beispiel dafür zu nennen, dass dies tatsächlich passiert? Die Bodenstation muss einen Pass haben, bevor das Raumschiff eine TLE erhält, um eine gute Antwort zu sein
@DavidHammen zu 'bekannt, nicht zufällig', ich habe nicht gesagt, dass es zufällig ist. Aber der Startanbieter muss Ihnen sagen, in welche Richtung, wie schnell usw. Meine Frage zielt darauf ab. Sagen sie Ihnen diese Informationen? Wenn das so ist, wie? Wenn? Telefonisch? Email? Ich habe danach gefragt, was tatsächlich passiert, nicht, was theoretisch oder prinzipiell passieren könnte oder könnte.
@uhoh, versuche hier wieder auf den richtigen Weg zu kommen: "Aber der Startanbieter muss dir sagen, in welche Richtung, wie schnell usw." Ja, und das wird kommuniziert. Es gibt monatelangen Austausch per E-Mail oder Dateiübertragungen zwischen dem Launch-Team und den Betreiberteams. Modelle sind Übereinstimmungen, Fehlerspannen, die anhand ihrer Auswirkungen auf die Mission bewertet werden usw. Und Gott sei Dank, sonst würden wir die Dinge mit einer großen Unsicherheit starten. Viele Missionen erfordern auch, dass die Trennung in Sichtweite ihrer Bodenstationen erfolgt, wobei die Station das Fahrzeug verfolgt, um eine schnelle Navigationslösung zu gewährleisten.
@ChrisR ist das alles streng geheim, privilegiert und "nur für Augen", oder ist es möglich, einen Blog oder eine Geschichte oder etwas Zitierfähiges zu finden, wo wir darüber lesen können?
Eine Quelle ist das PDF-Dokument „DSN Mission Service Interfaces, Policies, and Practices (MSIPP)“, das alle Praktiken und Schnittstellen zwischen dem DSN und den Betreibern auflistet: deepspace.jpl.nasa.gov/files/875-0001-G1. pdf . Für andere Bodenstationen, wie SSC, wenden Sie sich am besten direkt an sie: sscspace.com/ssc-worldwide/ground-station-network .
@uhoh Was vermisst du? Informationen von anderen CubeSat-Launchern?
Kommentare sind nicht für längere Diskussionen gedacht; diese Konversation wurde in den Chat verschoben .
Diese Antwort ist spekulativ und stimmt nicht mit meiner Erfahrung überein.

Ich habe das schon einmal gemacht, beim letzten Start von Falcon Heavy. Obwohl die Satelliten, mit denen wir arbeiteten, ein gutes Stück größer waren als die meisten CubeSats.

Im Wesentlichen gibt Ihnen der Startanbieter Zustandsvektoren, und dann benötigt jemand in der Kette das STK ODTK, um die Zustandsvektoren in TLEs umzuwandeln. Leider denke ich, dass die Lizenz dafür ungefähr 60.000 $ beträgt. Ich wäre sehr an einer Open-Source-Lösung interessiert, um dasselbe zu tun, da Bodensysteme fast immer TLEs als Eingabe verwenden.

Danke für deine Antwort! Eine Möglichkeit, damit anzufangen, wäre, eine Frage zu stellen, etwa „Was sind die Herausforderungen beim Schreiben eines Open-Source-Konverters für LEO-Zustandsvektoren in TLE?“ Wenn Sie es auf diese Weise fragen, werden alle Arten von Herausforderungen abgedeckt, informatorische, mathematische, regulatorische (falls vorhanden) usw.
Ihre Frage, wie TLEs basierend auf einer Reihe von Beobachtungspunkten (Standort, Azimut, Höhe … keine Entfernung) generiert werden, ist etwas übergeordnet, aber schlecht, da die Antworten sowohl die Umwandlung einer kurzen Spanne von Bodenbeobachtungen (60 Sekunden) in a erfordern Zustandsvektor und dann Umwandlung eines Zustandsvektors geringer Genauigkeit in eine TLE unvermeidlich geringer Qualität. Hier erhalten Sie viel, viel genauere Zustandsvektoren, sodass die Herausforderung für den TLE-Konverter viel größer ist.

Der Startanbieter stellt die Zustandsvektoren bereit, basierend auf der Einsatzkraft, dem Winkel und dem Zustandsvektor der Raketenstufe, als der Cubesat eingesetzt wurde. Das genaue Format kann variieren, es könnte ein TLE oder ein Zustandsvektor oder ähnliches sein, in jedem Fall wird es etwas sein, auf das sich sowohl der Anbieter als auch der Kunde lange im Voraus einigen werden.

Gibt es eine Möglichkeit, dies anhand von Quellen als wahr zu belegen? Kommt das aus eigener Erfahrung? Gibt es irgendwo einen Blogpost oder Artikel oder eine Erwähnung davon?
Dies ist aus persönlicher Erfahrung. Ich kann nicht mit allen Anbietern sprechen, aber ich kenne diejenigen, von denen ich gearbeitet habe, dass dies der Fall ist.
Wenn ein CubeSat-Kunde die Mission sorgfältig plant, muss er sich unmittelbar nach dem Einsatz um die Kommunikation mit dem CubeSat kümmern. Er muss also über die vom Launcher bereitgestellten Zustandsvektoren des Cubesat und das Austauschformat nachdenken. Natürlich sollte die Unsicherheit der Zustandsvektoren berücksichtigt werden.
@PearsonArtPhoto Haben Sie schon einmal eine TLE von einem Startanbieter erhalten? Ich habe noch keinen Launch-Provider gesehen, der das tut. Es würde viel Kopfzerbrechen bei der Arbeit mit gpredict ersparen.
Ein Unternehmen, mit dem ich in der Vergangenheit zusammengearbeitet habe, hat vom Startanbieter entsprechende Informationen erhalten. Ich habe es mir nicht persönlich angesehen, aber ich war mir bewusst, dass es empfangen wurde. Mehr kann ich dazu eigentlich nicht sagen, aber...
Wie finden Cubesat-Besitzer zuerst die anfängliche Flugbahn ihres Cubesats heraus? Wie richten sie Antennen darauf, bevor offizielle TLEs erscheinen?
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