Tracking and Data Relay Satellite System

Satelit TDRS generasi pertama.

TDRSS Satellite.

Satelit TDRS generasi kedua

Konfigurasi konstelasi satelit TDRS tahun 2016 (dalam bahasa Perancis)

Sistem Pelacakan dan Data Relay Satelit atau Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS) adalah sebuah jaringan komunikasi satelit Amerika (masing-masing disebut Tracking and Data Relay Satellite (TDRS)) dan stasiun bumi yang digunakan oleh NASA untuk komunikasi ruang angkasa. Sistem ini dirancang untuk menggantikan jaringan yang ada dari stasiun bumi yang telah mendukung semua misi penerbangan berawak NASA. Tujuan desain utama adalah untuk meningkatkan waktu pesawat ruang angkasa berada dalam komunikasi dengan tanah dan meningkatkan jumlah data yang dapat ditransfer. Banyak Tracking and Data Relay Satellites yang diluncurkan pada tahun 1980 dan 1990 dengan Space Shuttle dan membuat penggunaan Inertial Upper Stage, dua-tahap solid rocket booster dikembangkan untuk pesawat ulang-alik. TDRS lain diluncurkan oleh roket Atlas IIa dan Atlas V.

Generasi terbaru dari satelit memberikan resepsi tanah dari 300 Mbit/s dalam Ku-band dan Ka-dan 800 Mbit/s dalam S-band.

Asal Usul

Untuk memenuhi persyaratan komunikasi antariksa-ke-darat yang berdurasi panjang dan sangat tersedia, NASA menciptakan Jaringan Pelacakan dan Akuisisi Data Antariksa (STADAN) pada awal tahun 1960-an. Terdiri dari antena parabola dan peralatan pengalihan telepon yang disebarkan di seluruh dunia, STADAN menyediakan komunikasi antariksa-ke-darat selama sekitar 15 menit dari periode orbit 90 menit. Periode kontak terbatas ini cukup untuk wahana antariksa tanpa awak, tetapi wahana antariksa berawak memerlukan waktu pengumpulan data yang jauh lebih lama.

Jaringan berdampingan yang didirikan tepat setelah STADAN pada awal tahun 1960-an, yang disebut Manned Space Flight Network (MSFN), berinteraksi dengan wahana antariksa berawak di orbit Bumi. Jaringan lain, Deep Space Network (DSN), berinteraksi dengan wahana antariksa berawak yang berada lebih dari 10.000 mil dari Bumi, seperti misi Apollo, selain misi utamanya yaitu pengumpulan data dari wahana antariksa dalam.

Dengan terciptanya Pesawat Ulang Alik pada pertengahan tahun 1970-an, muncul kebutuhan akan sistem komunikasi berbasis ruang angkasa dengan kinerja yang lebih tinggi. Di akhir program Apollo, NASA menyadari bahwa MSFN dan STADAN telah berevolusi hingga memiliki kemampuan yang serupa dan memutuskan untuk menggabungkan kedua jaringan tersebut guna menciptakan Jaringan Pelacakan dan Data Pesawat Ruang Angkasa (STDN).

Bahkan setelah konsolidasi, STDN memiliki beberapa kekurangan. Karena seluruh jaringan terdiri dari stasiun darat yang tersebar di seluruh dunia, lokasi-lokasi ini rentan terhadap keinginan politik negara tuan rumah. Untuk mempertahankan tingkat keandalan yang tinggi yang dipadukan dengan kecepatan transfer data yang lebih tinggi, NASA memulai sebuah studi untuk melengkapi sistem dengan simpul komunikasi berbasis ruang angkasa.

Segmen ruang angkasa dari sistem baru akan bergantung pada satelit di orbit geostasioner. Satelit-satelit ini, berdasarkan posisinya, dapat mengirimkan dan menerima data ke satelit yang mengorbit lebih rendah dan tetap berada dalam jarak pandang stasiun darat. Konstelasi TDRSS operasional akan menggunakan dua satelit, yang diberi nama TDE dan TDW (untuk timur dan barat), dan satu satelit cadangan di orbit.

Setelah studi selesai, NASA menyadari bahwa diperlukan sedikit modifikasi sistem untuk mencapai cakupan global 100%. Area kecil tidak akan berada dalam jangkauan satelit mana pun – yang disebut Zona Pengecualian (ZOE). Dengan ZOE, tidak ada satelit TDRS yang dapat menghubungi wahana antariksa di bawah ketinggian tertentu (646 mil laut). Dengan penambahan satelit lain untuk mencakup ZOE dan stasiun darat di dekatnya, cakupan 100% dapat terwujud. Studi jaringan berbasis ruang angkasa menciptakan sistem yang menjadi rencana untuk desain jaringan TDRSS saat ini.

Sejak awal tahun 1960-an, program Satelit Teknologi Aplikasi (ATS) dan Satelit Teknologi Komunikasi Lanjutan (ACTS) NASA membuat prototipe banyak teknologi yang digunakan pada TDRSS dan satelit komunikasi komersial lainnya, termasuk akses jamak pembagian frekuensi (FDMA), stabilisasi pesawat ruang angkasa tiga sumbu, dan teknologi komunikasi berkinerja tinggi.

Pada bulan Juli 2009, manajer proyek TDRS adalah Jeff J. Gramling, NASA Goddard Space Flight Center. Robert P. Buchanan, Wakil Manajer Proyek, pensiun setelah 41 tahun di NASA dengan TDRS sebagai salah satu misi terakhirnya. Boeing bertanggung jawab atas pembangunan TDRS K.

Jaringan

TDRSS serupa dengan sebagian besar sistem antariksa lainnya, yang terdiri dari tiga segmen:

• segmen darat,
• antariksa, dan
• pengguna.

Ketiga segmen ini bekerja sama untuk menyelesaikan misi. Keadaan darurat atau kegagalan di salah satu segmen dapat berdampak buruk pada sistem lainnya. Karena alasan ini, semua segmen memiliki redundansi yang diperhitungkan.

Segmen darat

Diagram komunikasi relai dalam sistem TDRS NASA

GRS, yang berlokasi di Guam di Naval Computer and Telecommunications Area Master Station (NCTAMS), memiliki satu terminal darat, GRGT yang berisi SGLT 6 dan SGLT 7. GRGT adalah terminal darat yang dioperasikan dari jarak jauh yang dilengkapi dengan dua SGLT yang identik dengan yang ada di WSGT/STGT. GRGT mendukung TDRS yang berlokasi di 275°W.

White Sands Complex

Guam TDRSS Ground Station.

Pemandangan dari kutub utara Bumi, yang menunjukkan bidang pandang lokasi antena utama NASA Deep Space Network. Setelah misi mencapai jarak lebih dari 30.000 km dari Bumi, misi tersebut selalu terlihat oleh setidaknya satu stasiun.

Segmen darat TDRSS terdiri dari tiga stasiun darat yang terletak di

• White Sands Complex (WSC) di selatan New Mexico,
• Guam Remote Ground Terminal (GRGT) di Naval Computer and Telecommunications Station Guam, dan
• Network Control Center yang terletak di Goddard Space Flight Center di Greenbelt, Maryland.

Ketiga stasiun ini merupakan jantung jaringan, yang menyediakan layanan komando & kontrol. Berdasarkan peningkatan sistem yang telah selesai, terminal baru telah dibangun di Blossom Point, Maryland.[1][2]

WSC, yang terletak di dekat Las Cruces, terdiri dari:

• White Sands Ground Terminal (WSGT) 32.5007°N 106.6086°W / 32.5007; -106.6086
• Second TDRSS Ground Terminal (STGT) 32.5430°N 106.6120°W / 32.5430; -106.6120
• Extended TDRS Ground Terminal (ETGT)

Selain itu, WSC mengendalikan GRGT di Guam dari jarak jauh.

WSC memiliki pintu keluarnya sendiri dari Rute AS 70 yang hanya diperuntukkan bagi staf fasilitas. NASA memutuskan lokasi terminal darat menggunakan kriteria yang sangat spesifik. Yang terpenting adalah pandangan stasiun darat terhadap satelit; lokasinya harus cukup dekat dengan ekuator untuk melihat langit, baik timur maupun barat. Cuaca merupakan faktor penting lainnya – New Mexico, rata-rata, memiliki hampir 350 hari cerah per tahun, dengan tingkat curah hujan yang sangat rendah.

WSGT mulai beroperasi dengan peluncuran TDRS-A tahun 1983 oleh Pesawat Ulang Alik Challenger. STGT mulai beroperasi pada tahun 1994, menyelesaikan sistem setelah pemeriksaan di orbit Flight-6 di awal tahun. Selain itu, setelah penyelesaian terminal kedua, NASA mengadakan kontes untuk menamai kedua stasiun tersebut. Siswa sekolah menengah setempat memilih Cacique (kah-see-keh), yang berarti pemimpin untuk WSGT, dan Danzante yang berarti penari untuk STGT. Nama-nama ini tampaknya hanya untuk tujuan publisitas, untuk dokumentasi resmi NASA gunakan WSGT dan STGT atau WSC sebagai penunjuk.

WSGT dan STGT terpisah secara geografis dan sepenuhnya independen satu sama lain, sambil tetap mempertahankan tautan serat optik cadangan untuk mentransfer data antar lokasi jika terjadi keadaan darurat. Setiap stasiun darat memiliki antena parabola 19 meter, yang dikenal sebagai Terminal Tautan Antariksa-Tanah (SGLT), untuk berkomunikasi dengan satelit. Tiga SGLT terletak di STGT, tetapi hanya dua yang terletak di WSGT. Arsitek sistem memindahkan SGLT yang tersisa ke Guam untuk menyediakan dukungan jaringan penuh bagi satelit yang mencakup ZOE. Dianggap sebagai bagian terpencil dari WSGT, jarak dan lokasi SGLT transparan bagi pengguna jaringan.

Terminal Darat Jarak Jauh Guam (GRGT) 13.6148°N 144.8565°E merupakan perluasan dari WSGT. Terminal tersebut berisi SGLT 6, dengan Pengendali Layanan Komunikasi (CSC) yang berlokasi di Pusat Kontrol Operasi TDRS (TOCC) STGT. Sebelum GRGT beroperasi, sistem tambahan berlokasi di Diego Garcia.

Penggabungan ke dalam STDN

Bagian utama dari Jaringan Pelacakan dan Data Penerbangan Luar Angkasa (STDN) adalah:

• Jaringan Layanan Terpadu NASA (NISN),
• pusat kendali jaringan (NCC),
• pusat operasi misi (MOC),
• fasilitas pemrosesan data pesawat ruang angkasa (SDPF), dan
• laboratorium dinamika penerbangan multimisi (MMFD).

NISN menyediakan tulang punggung transfer data untuk misi antariksa. Ini adalah layanan telekomunikasi jaringan area luas yang hemat biaya untuk transmisi data, video, dan suara untuk semua perusahaan, program, dan pusat NASA. Bagian dari STDN ini terdiri dari infrastruktur dan komputer yang didedikasikan untuk memantau aliran lalu lintas jaringan, seperti tautan serat optik, router, dan sakelar. Data dapat mengalir melalui NISN dengan dua cara: menggunakan Internet Protocol Operational Network (IPONET) atau High Data Rate System (HDRS). IPONET menggunakan protokol TCP/IP yang umum untuk semua komputer yang terhubung ke Internet, dan merupakan cara standar untuk mengirimkan data. High Data Rate System mengangkut kecepatan data dari 2 Mbit/s menjadi 48 Mbit/s, untuk misi khusus yang memerlukan kecepatan transfer data yang tinggi. HDRS tidak memerlukan infrastruktur router, sakelar, dan gateway untuk mengirimkan datanya ke depan seperti IPONET.

NCC menyediakan perencanaan, kontrol, jaminan, dan akuntabilitas layanan. Perencanaan layanan menerima permintaan pengguna dan menyebarkan informasi ke elemen SN yang sesuai. Kontrol dan jaminan layanan mendukung fungsi penggunaan waktu nyata, seperti penerimaan, validasi, tampilan, dan penyebaran data kinerja TDRSS. Akuntabilitas layanan menyediakan laporan akuntansi tentang penggunaan NCC dan sumber daya jaringan. NCC awalnya berlokasi di Goddard Space-flight Center, di Greenbelt, Maryland hingga tahun 2000, ketika dipindahkan ke WSC.

MOC merupakan titik fokus operasi wahana antariksa. MOC akan menjadwalkan permintaan dukungan, memantau kinerja wahana antariksa, dan mengunggah informasi kendali ke wahana antariksa (melalui TDRSS). MOC terdiri dari penyelidik utama, perencana misi, dan operator penerbangan. Penyelidik utama mengajukan permintaan dukungan SN. Perencana misi menyediakan dokumentasi untuk wahana antariksa dan misinya. Dan operator penerbangan merupakan penghubung terakhir, yang mengirimkan perintah ke wahana antariksa dan melaksanakan operasi.

Lab MMFD menyediakan dukungan proyek penerbangan dan jaringan pelacakan. Dukungan proyek penerbangan terdiri dari penentuan dan kontrol orbital dan sikap. Parameter orbital dilacak melalui orbit wahana antariksa misi yang sebenarnya dan dibandingkan dengan orbit yang diprediksi. Penentuan sikap menghitung serangkaian parameter yang menggambarkan orientasi wahana antariksa relatif terhadap objek yang diketahui (Matahari, Bulan, bintang, atau medan magnet Bumi). Dukungan jaringan pelacakan menganalisis dan mengevaluasi kualitas data pelacakan.

Goldstone

Madrid

Canberra

NASA Deep Space Network (Bumi)

Segmen ruang angkasa

Segmen ruang angkasa konstelasi TDRSS merupakan bagian paling dinamis dari sistem tersebut. Bahkan dengan sembilan satelit di orbit, sistem tersebut menyediakan dukungan dengan tiga satelit utama, sementara sisanya digunakan sebagai cadangan di orbit yang dapat segera digunakan sebagai satelit utama.

Desain TDRSS asli memiliki dua satelit utama, yang diberi nama TDE, untuk timur , dan TDW, untuk barat, serta satu cadangan di orbit. Lonjakan kebutuhan pengguna selama tahun 1980-an memungkinkan NASA untuk memperluas jaringan dengan penambahan lebih banyak satelit, dengan beberapa ditempatkan bersama di slot orbit yang sangat sibuk.

Segmen pengguna

Segmen pengguna TDRSS mencakup banyak program NASA yang paling menonjol. Program seperti Teleskop Luar Angkasa Hubble dan LANDSAT menyampaikan pengamatan mereka ke pusat kendali misi masing-masing melalui TDRSS. Karena penerbangan luar angkasa berawak merupakan salah satu alasan utama pembangunan TDRSS, komunikasi suara pesawat ulang-alik dan Stasiun Luar Angkasa Internasional disalurkan melalui sistem tersebut.

Operasi

Sistem TDRSS telah digunakan untuk menyediakan layanan relai data ke banyak observatorium yang mengorbit, dan juga ke fasilitas Antartika seperti Stasiun McMurdo melalui Relai Kutub Selatan TDRSS. Bagian Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS) yang dibangun AS menggunakan TDRSS untuk relai data. TDRSS juga digunakan untuk menyediakan relai data peluncuran untuk pendorong sekali pakai.

Aplikasi militer

Sejak tahun 1989, dilaporkan bahwa fungsi penting TDRSS adalah menyediakan relai data untuk satelit pengintaian pencitraan radar Lacrosse yang dioperasikan oleh Kantor Pengintaian Nasional.

Hampir dua puluh tahun kemudian, pada tanggal 23 November 2007, sebuah publikasi perdagangan on-line mencatat, "Sementara NASA menggunakan satelit (TDRSS) untuk berkomunikasi dengan pesawat ulang-alik dan stasiun luar angkasa internasional, sebagian besar bandwidth mereka dikhususkan untuk Pentagon, yang mencakup bagian terbesar dari biaya operasi TDRSS dan mendorong banyak persyaratan sistem, beberapa di antaranya diklasifikasikan."

Pada bulan Oktober 2008, NRO mendeklasifikasi keberadaan stasiun darat misi di AS yang disebut Aerospace Data Facility (ADF)-Colorado, ADF-East dan ADF-Southwest dekat Denver, Colorado, Washington, DC, dan Las Cruces, New Mexico, masing-masing. DF-Colorado dan ADF-East diketahui berlokasi di Buckley AFB, CO dan Fort Belvoir, Virginia; ADF-Southwest berlokasi di White Sands Missile Range, diasumsikan berada di stasiun White Sands TDRSS.

Produksi

Tujuh satelit TDRSS pertama dibangun oleh perusahaan TRW (sekarang bagian dari Northrop Grumman Aerospace Systems) di Redondo Beach, California, dan semua satelit sejak saat itu oleh Hughes Space and Communications, Inc., di El Segundo, California, (sekarang bagian dari perusahaan Boeing).

Lihat pula

• Pusat Pengendali Misi
• Stasiun Bumi
• Stasiun Bumi Jatiluhur
• Pengawas lalu lintas udara
• Telemetri
• Manufaktur aerospace
• Penerbangan luar angkasa
• Tracking and Data Relay Satellite
• Spacecraft Tracking and Data Acquisition Network
• Indian Space Research Organisation Telemetry, Tracking and Command Network
• European Data Relay System
• Laser Communications Relay Demonstration
• Network Control Center Data System
• NASA Deep Space Network
• Space Communications and Navigation Program
• Near Earth Network
• Indian Deep Space Network
• Deep space bands
• Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS)
• Chinese Deep Space Network
• Soviet Deep Space Network
• Universal Space Network
• TERCOM, adalah sistem navigasi yang digunakan terutama oleh rudal jelajah.

Referensi

• Baker, D. (Ed.) (2001) Jane’s Space Directory: 2001-2002. Alexandria, Virginia: Jane’s Information Group.
• Consolidated Space Operations Contract (CSOC). (2000) Certification & Training Course 880 & 882: TDRSS Orientation & System Data Flow.
• Kraft, C. (2002) Flight: My Life in Mission Control. New York: Plume Books.
• Kranz, G. (2000) Failure is Not an Option. New York: Plume Books
• NASA. (1996) 2nd TDRSS Workshop: 25-26 Jun 1996. Retrieved from Internet 25 Aug 2003. http://nmsp.gsfc.nasa.gov/TUBE/pdf/infopack.pdf Diarsipkan 2005-01-26 di Wayback Machine.
• NASA Spacelink. (1993) News Release 13 May 1993. Retrieved from Internet 25 Aug 2003. http://spacelink.nasa.gov/NASA.News/NASA.News.Release/Previous.News.Release/93.News.Releases/93-05.News.Releases/93-05-13
• NASA. (2000) Guam Remote Ground Terminal. Retrieved from Internet 25 Aug 2003. http://nmsp.gsfc.nasa.gov/tdrss/Guam.html Diarsipkan 2005-02-14 di Wayback Machine.
• Sellers, J. (2000) Understanding Space: An Introduction to Astronautics. New York: McGraw-Hill Companies, Inc.
• Thompson, T. (1996) TRW Space Log. Redondo Beach, California: TRW Space & Electronics Group.
• Wertz, J. & Larson, W. (1999) Space Mission Analysis and Design, Third Edition. Torrance, California: Microcosm Press.

Pranala luar

• NASA's Goddard Space Flight Center Space Network Official Page Diarsipkan 2010-08-27 di Wayback Machine.
• NASA's TDRSS program overview page Diarsipkan 2009-03-20 di Wayback Machine.
• NASA's Goddard Space Flight Center TDRS K/L Project Official Page