Un conjunto de elementos de dos líneas ( TLE , o más raramente 2LE ) o un conjunto de elementos de tres líneas ( 3LE ) es un formato de datos que codifica una lista de elementos orbitales de un objeto en órbita terrestre para un punto dado en el tiempo, la época . Usando una fórmula de predicción adecuada, el estado (posición y velocidad) en cualquier punto en el pasado o futuro puede estimarse con cierta precisión. La representación de datos TLE es específica para los modelos de perturbaciones simplificadas (SGP, SGP4 , SDP4 , SGP8 y SDP8), por lo que cualquier algoritmo que use un TLE como fuente de datos debe implementar uno de los modelos SGP para calcular correctamente el estado en un momento de interés. Los TLE pueden describir las trayectorias solo de objetos en órbita terrestre. Los TLE se usan ampliamente como entrada para proyectar las futuras trayectorias orbitales de desechos espaciales con el propósito de caracterizar "futuros eventos de desechos para respaldar el análisis de riesgos , el análisis de aproximación cercana, las maniobras para evitar colisiones " y el análisis forense . [1] [2]
El formato fue originalmente pensado para tarjetas perforadas , codificando un conjunto de elementos en dos tarjetas estándar de 80 columnas . Este formato fue eventualmente reemplazado por archivos de texto cuando los sistemas de tarjetas perforadas se volvieron obsoletos, con cada conjunto de elementos escritos en dos líneas ASCII de 69 columnas precedidas por una línea de título. La Fuerza Espacial de los Estados Unidos rastrea todos los objetos detectables en órbita terrestre, creando un TLE correspondiente para cada objeto, y pone a disposición del público TLE para muchos de los objetos espaciales en los sitios web Space Track y Celestrak, [3] [4] reteniendo u ofuscando datos sobre muchos objetos militares o clasificados . El formato TLE es un estándar de facto para la distribución de los elementos orbitales de un objeto en órbita terrestre.
Un conjunto TLE puede incluir una línea de título que precede a los datos del elemento, por lo que cada listado puede ocupar tres líneas en el archivo, en cuyo caso el TLE se denomina conjunto de elementos de tres líneas ( 3LE ), en lugar de conjunto de elementos de dos líneas ( 2LE ). El título no es obligatorio, ya que cada línea de datos incluye un código de identificación de objeto único.
A principios de los años 1960, Max Lane desarrolló modelos matemáticos para predecir la ubicación de los satélites basándose en un conjunto mínimo de elementos de datos. Su primer artículo sobre el tema, publicado en 1965, introdujo la teoría analítica de la fricción, que se ocupaba principalmente de los efectos de la fricción causados por una atmósfera esféricamente simétrica y no rotatoria. [5] Junto con K. Cranford, los dos publicaron un modelo mejorado en 1969 que añadía varios efectos armónicos debidos a las interacciones Tierra-Luna-Sol y a varios otros factores de entrada. [6]
Los modelos de Lane fueron ampliamente utilizados por el ejército y la NASA a partir de finales de la década de 1960. La versión mejorada se convirtió en el modelo estándar para NORAD a principios de la década de 1970, lo que finalmente condujo a la creación del formato TLE. En ese momento, había dos formatos diseñados para tarjetas perforadas : un "formato interno" que utilizaba tres tarjetas que codificaban detalles completos del satélite (incluido el nombre y otros datos) y el "formato de transmisión" de dos tarjetas que enumeraba solo aquellos elementos que estaban sujetos a cambios. [7] Este último ahorraba en tarjetas y producía barajas más pequeñas al actualizar las bases de datos.
Cranford continuó trabajando en el modelado, lo que finalmente llevó a Lane a publicar el Informe Spacetrack #2, que detallaba la teoría de perturbación general de la Fuerza Aérea, o AFGP4. El documento también describía dos versiones simplificadas del sistema, IGP4, que utilizaba un modelo de arrastre simplificado, y SGP4 (Perturbaciones generales simplificadas), que utilizaba el modelo de arrastre de IGP4 junto con un modelo de gravedad simplificado. [8] Las diferencias entre los tres modelos eran leves para la mayoría de los objetos. Un año después, se publicó el Informe Spacetrack #3 , que incluía el código fuente completo en FORTRAN para el modelo SGP4. [9] Este se convirtió rápidamente en el modelo estándar de facto , tanto en la industria como en el campo de la astronomía.
Poco después de la publicación del Informe n.° 3 , la NASA comenzó a publicar elementos de una variedad de objetos visibles y otros objetos conocidos en sus boletines periódicos de predicción de la NASA , que consistían en datos de formato de transmisión en forma impresa. Después de intentar durante algún tiempo convencer a la NASA de que los publicara en formato electrónico, TS Kelso tomó el asunto en sus propias manos y comenzó a copiar manualmente los listados en archivos de texto que distribuyó a través de su sistema de tablón de anuncios CelesTrak. Esto reveló un problema en el sistema de suma de comprobación de la NASA , que finalmente se determinó que se debía a un cambio en la representación del carácter más (+) en las tarjetas perforadas cuando NORAD actualizó sus computadoras UNIVAC para usar el conjunto de caracteres EBCDIC en lugar de BCD . Este problema desapareció cuando Kelso comenzó a recibir datos directamente de NORAD en 1989. [10]
El modelo SGP4 se amplió posteriormente con correcciones para objetos del espacio profundo, creando el SDP4, que utilizaba los mismos datos de entrada TLE. A lo largo de los años se han creado varios modelos de predicción más avanzados, pero no se han utilizado de forma generalizada. Esto se debe a que el TLE no contiene la información adicional que necesitan algunos de estos formatos, lo que dificulta encontrar los elementos necesarios para aprovechar las ventajas del modelo mejorado. De forma más sutil, los datos TLE se modifican de forma que mejoran los resultados cuando se utilizan con los modelos de la serie SGP, lo que puede provocar que las predicciones de otros modelos sean menos precisas que las de SGP cuando se utilizan con TLE comunes. El único modelo nuevo que se ha utilizado de forma generalizada es el SGP8/SDP8, que se diseñaron para utilizar los mismos datos de entrada y son correcciones relativamente menores del modelo SGP4.
Originalmente, se utilizaban dos formatos de datos con los modelos SGP: uno que contenía detalles completos sobre el objeto, conocido como "formato interno", y un segundo conocido como "formato de transmisión", que se utilizaba para proporcionar actualizaciones a esos datos.
El formato interno utilizaba tres tarjetas perforadas de 80 columnas. Cada tarjeta empezaba con un número de tarjeta, 1, 2 o 3, y terminaba con la letra "G". Por este motivo, el sistema se conocía a menudo como "formato de tarjeta G". Además de los elementos orbitales, la tarjeta G incluía varias banderas como el país de lanzamiento y el tipo de órbita (geoestacionaria, etc.), valores calculados como la altitud del perigeo y la magnitud visual, y un campo de comentarios de 38 caracteres.
El formato de transmisión es básicamente una versión reducida del formato de la tarjeta G, en la que se eliminan todos los datos que no están sujetos a cambios de forma regular o los datos que se pueden calcular utilizando otros valores. Por ejemplo, no se incluye la altitud del perigeo de la tarjeta G, ya que se puede calcular a partir de los otros elementos. Lo que queda es el conjunto de datos necesarios para actualizar los datos originales de la tarjeta G a medida que se realizan mediciones adicionales. Los datos se colocan en 69 columnas y no incluyen un carácter final. Los TLE son simplemente los datos del formato de transmisión representados como texto ASCII.
Un ejemplo de TLE para la Estación Espacial Internacional :
Estación Espacial Internacional (Zarya)1 25544U 98067A 08264.51782528 -.00002182 00000-0 -11606-4 0 29272 25544 51.6416 247.4627 0006703 130.5360 325.0288 15.72125391563537
El significado de estos datos es el siguiente: [11]
Si está presente, el TLE es un conjunto de elementos de tres líneas ( 3LE ).
En caso contrario, el TLE es un conjunto de elementos de dos líneas ( 2LE ).
Cuando se supone que hay puntos decimales, se trata de puntos decimales iniciales. Los dos últimos símbolos de los campos 10 y 11 de la primera línea indican potencias de 10 que se aplican al decimal precedente. Así, por ejemplo, el campo 11 (-11606-4) se traduce en −0,11606E−4 (−0,11606×10 −4 ).
Las sumas de comprobación de cada línea se calculan sumando todos los dígitos numéricos de esa línea, incluido el número de línea. Se suma uno a la suma de comprobación por cada signo negativo (-) de esa línea. Se ignoran todos los demás caracteres que no sean dígitos.
Para un cuerpo en una órbita terrestre baja típica , la precisión que se puede obtener con el modelo de órbita SGP4 es del orden de 1 km dentro de unos pocos días de la época del conjunto de elementos. [15] El término "órbita baja" puede referirse a la altitud (mínima o global) o al período orbital del cuerpo. Históricamente, los algoritmos SGP definen la órbita baja como una órbita de menos de 225 minutos.
Los años de época de dos dígitos del 57 al 99 corresponden a 1957-1999 y los del 00 al 56 corresponden a 2000-2056. [16]
La comercialización reciente del espacio y varios eventos de fragmentación clave que han creado una cantidad masiva de objetos de desecho están acercándose rápidamente al número máximo de números de catálogo de satélites que se pueden codificar en un TLE. Se han imaginado futuras adaptaciones del TLE para ampliar el número de satélites codificables dentro del TLE. [17]
Documento AAS 07-127, presentado en la 17.ª Conferencia de mecánica de vuelos espaciales AAS/AIAA, Sedona, Arizona.