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 momento determinado, la época . Utilizando una fórmula de predicción adecuada, el estado (posición y velocidad) en cualquier punto del pasado o del futuro se puede estimar con cierta precisión. La representación de datos TLE es específica de los modelos de perturbaciones simplificados (SGP, SGP4 , SDP4 , SGP8 y SDP8), por lo que cualquier algoritmo que utilice 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 únicamente de objetos en órbita terrestre. Los TLE se utilizan ampliamente como información para proyectar las futuras trayectorias orbitales de los desechos espaciales con el fin de caracterizar "eventos futuros 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 estaba pensado originalmente para tarjetas perforadas , codificando un conjunto de elementos en dos tarjetas estándar de 80 columnas . Este formato finalmente fue reemplazado por archivos de texto a medida que los sistemas de tarjetas perforadas se volvieron obsoletos, con cada conjunto de elementos escrito 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 la 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] frenando 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 de 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 se hace referencia al TLE como un conjunto de elementos de tres líneas ( 3LE ), en lugar de dos líneas. conjunto de elementos ( 2LE ). El título no es obligatorio, ya que cada línea de datos incluye un código identificador de objeto único.
A principios de la década de 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 resistencia, que se ocupaba principalmente de los efectos de la resistencia causados por una atmósfera esféricamente simétrica y no giratoria. [5] Junto con K. Cranford, los dos publicaron un modelo mejorado en 1969 que agregaba varios efectos armónicos debido a las interacciones Tierra-Luna-Sol y varias otras entradas. [6]
Los modelos de Lane fueron ampliamente utilizados por el ejército y la NASA a partir de finales de los años 1960. La versión mejorada se convirtió en el modelo estándar de 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 sólo aquellos elementos que eran sujeto a cambios. [7] Este último ahorró en cartas y produjo 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 detalla la teoría de la Perturbación General de la Fuerza Aérea, o AFGP4. El artículo también describe dos versiones simplificadas del sistema, IGP4, que utiliza un modelo de arrastre simplificado, y SGP4 (Perturbaciones generales simplificadas), que utiliza el modelo de arrastre de IGP4 junto con un modelo de gravedad simplificado. [8] Las diferencias entre los tres modelos fueron leves para la mayoría de los objetos. Un año después, se publicó el Informe Spacetrack #3 , que incluía el código fuente completo de 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 #3 , la NASA comenzó a publicar elementos para una variedad de objetos visibles y otros objetos bien conocidos en sus Boletines de Predicción periódicos de la NASA , que consistían en datos en formato de transmisión en forma impresa. Después de intentar durante algún tiempo convencer a la NASA para 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 tablero de anuncios CelesTrak . Esto reveló un problema en el sistema de suma de comprobación de la NASA , que se remontaba a la falta del carácter más (+) en las máquinas de teletipo utilizadas en la NASA, que finalmente resultó ser un problema de la era de las tarjetas perforadas que ocurrió cuando NORAD actualizó desde el Juego de caracteres BCD a EBCDIC en la computadora que envía las actualizaciones. Este problema desapareció cuando Kelso comenzó a recibir datos directamente de NORAD en 1989. [10]
Posteriormente, el modelo SGP4 se amplió con correcciones para objetos del espacio profundo, creando SDP4, que utilizó los mismos datos de entrada TLE. A lo largo de los años se han creado varios modelos de predicción más avanzados, pero no han tenido un uso generalizado. 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 el modelo mejorado. De manera más sutil, los datos de TLE se manipulan de manera que mejoren los resultados cuando se usan con los modelos de la serie SGP, lo que puede causar que las predicciones de otros modelos sean menos precisas que las de SGP cuando se usan con TLE comunes. El único modelo nuevo que tiene un uso generalizado es SGP8/SDP8, que fueron diseñados para utilizar las mismas entradas de datos y son correcciones relativamente menores del modelo SGP4.
Originalmente se usaban 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 usaba para proporcionar actualizaciones de esos datos.
El formato interno utilizaba tres tarjetas perforadas de 80 columnas. Cada tarjeta comenzaba 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 esencialmente una versión reducida del formato de la tarjeta G, que elimina cualquier dato que no esté sujeto a cambios de forma regular o datos que puedan calcularse utilizando otros valores. Por ejemplo, la altitud del perigeo de la tarjeta G no se incluye, ya que se puede calcular a partir de 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 ajustan en 69 columnas y no incluyen un carácter final. Los TLE son simplemente datos en formato de transmisión representados como texto ASCII.
Un ejemplo de TLE para la Estación Espacial Internacional :
ISS (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 ).
De lo contrario, el TLE es un conjunto de elementos de dos líneas ( 2LE ).
Cuando se suponen puntos decimales, son puntos decimales iniciales. Los dos últimos símbolos en los campos 10 y 11 de la primera línea dan potencias de 10 para aplicar al decimal anterior. Así, por ejemplo, el campo 11 (-11606-4) se traduce en −0,11606E−4 (−0,11606×10 −4 ).
Las sumas de verificación de cada línea se calculan sumando todos los dígitos numéricos de esa línea, incluido el número de línea. Se agrega uno a la suma de verificación por cada signo negativo (-) en esa línea. Todos los demás caracteres que no sean dígitos se ignoran.
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 a los 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. [dieciséis]
La cantidad máxima de números de catálogo de satélites que se pueden codificar en un TLE se está acercando rápidamente con la reciente comercialización del espacio y varios eventos clave de desintegración que han creado una cantidad masiva de objetos de escombros. 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 17ª Conferencia sobre mecánica de vuelos espaciales AAS/AIAA, Sedona, Arizona