Введение
Формат орбитальных данных
Набор элементов с двумя строками (TLE, или реже 2LE) или набор элементов с тремя строками (3LE) — это формат данных, кодирующий список элементов орбиты объекта, вращающегося вокруг Земли, для определенного момента времени, называемого эпохой. Используя подходящую формулу предсказания, положение и скорость объекта в любой момент в прошлом или будущем могут быть оценены с определенной точностью. Представление данных TLE специфично для упрощенных моделей возмущений (SGP, SGP4, SDP4, SGP8 и SDP8), поэтому любой алгоритм, использующий TLE в качестве источника данных, должен реализовывать одну из моделей SGP для корректного вычисления состояния в интересующий момент времени. TLE могут описывать траектории только объектов, вращающихся вокруг Земли. TLE широко используются в качестве входных данных для прогнозирования будущих орбитальных траекторий космического мусора с целью характеристики "будущих событий, связанных с мусором, для поддержки анализа рисков, анализа сближений, маневрирования для предотвращения столкновений" и проведения форензического анализа. Формат изначально предназначался для перфокарт, кодирующих набор элементов на двух стандартных картах с 80 столбцами. Этот формат со временем был заменен текстовыми файлами, поскольку системы перфокарт устарели, при этом каждый набор элементов записывался в две 69-столбцовые строки ASCII, предваряемые строкой заголовка. Космические силы США отслеживают все обнаруживаемые объекты на орбите Земли, создавая соответствующий TLE для каждого объекта, и публикуют TLE для многих космических объектов на веб-сайтах Space Track и Celestrak, скрывая или искажая данные о многих военных или засекреченных объектах. Формат TLE является де-факто стандартом для распространения орбитальных элементов объекта, вращающегося вокруг Земли. Набор TLE может включать строку заголовка, предшествующую данным элементов, поэтому каждая запись может занимать три строки в файле, в этом случае TLE называется набором элементов с тремя строками (3LE), а не набором элементов с двумя строками (2LE). Заголовок не обязателен, поскольку каждая строка данных содержит уникальный идентификатор объекта.
A two line element set (TLE, or more rarely 2LE) or three line element set (3LE) is a data format encoding a list of orbital elements of an Earth orbiting object for a given point in time, the epoch. Using a suitable prediction formula, the state (position and velocity) at any point in the past or future can be estimated to some accuracy. The TLE data representation is specific to the simplified perturbations models (SGP, SGP4, SDP4, SGP8 and SDP8), so any algorithm using a TLE as a data source must implement one of the SGP models to correctly compute the state at a time of interest. TLEs can describe the trajectories only of Earth orbiting objects. TLEs are widely used as input for projecting the future orbital tracks of space debris for purposes of characterizing "future debris events to support risk analysis, close approach analysis, collision avoidance maneuvering" and forensic analysis. The format was originally intended for punched cards, encoding a set of elements on two standard 80 column cards. This format was eventually replaced by text files as punch card systems became obsolete, with each set of elements written to two 69 column ASCII lines preceded by a title line. The United States Space Force tracks all detectable objects in Earth orbit, creating a corresponding TLE for each object, and makes publicly available TLEs for many of the space objects on the websites Space Track and Celestrak, holding back or obfuscating data on many military or classified objects. The TLE format is a de facto standard for distribution of an Earth orbiting object's orbital elements. A TLE set may include a title line preceding the element data, so each listing may take up three lines in the file, in which case the TLE is referred to as a three line element set (3LE), instead of a two line element set (2LE). The title is not required, as each data line includes a unique object identifier code.
История
В начале 1960-х годов Макс Лейн разработал математические модели для предсказания местоположения спутников на основе минимального набора элементов данных. Его первая работа по этой теме, опубликованная в 1965 году, представила аналитическую теорию сопротивления, которая касалась прежде всего эффектов сопротивления, вызванных сферически симметричной не вращающейся атмосферой. Вместе с К. Кранфордом они опубликовали улучшенную модель в 1969 году, которая добавила различные гармонические эффекты, обусловленные взаимодействием Земли, Луны и Солнца, а также различные другие входные данные. Модели Лейна широко использовались военными и НАСА, начиная с конца 1960-х годов. Улучшенная версия стала стандартной моделью для NORAD в начале 1970-х годов, что в конечном итоге привело к созданию формата TLE. В то время существовало два формата, предназначенных для перфокарт: "внутренний формат", который использовал три карты для кодирования полных данных о спутнике (включая имя и другие данные), и двухкарточный "формат передачи", который содержал только те элементы, которые подлежали изменению. Последний позволял экономить перфокарты и создавать меньшие наборы при обновлении баз данных. Кранфорд продолжил работу над моделированием, что в конечном итоге привело Лейна к публикации "Отчета о космическом треке №2", в котором подробно описывается теория общих возмущений ВВС, или AFGP4. В статье также были описаны две упрощенные версии системы: IGP4, которая использовала упрощенную модель сопротивления, и SGP4 (Упрощенные общие возмущения), которая использовала модель сопротивления IGP4 вместе с упрощенной моделью гравитации. Различия между тремя моделями были незначительными для большинства объектов. Год спустя был выпущен "Отчет о космическом треке №3", включавший полный исходный код на FORTRAN для модели SGP4. Это быстро стало де-факто стандартной моделью как в отрасли, так и в области астрономии. Вскоре после публикации отчета №3 НАСА начало публиковать элементы для различных видимых и других известных объектов в своих периодических бюллетенях прогнозов НАСА, которые представляли собой данные формата передачи в печатном виде. После нескольких попыток убедить НАСА выпустить их в электронном виде, Т. С. Келсо взял дело в свои руки и начал вручную копировать списки в текстовые файлы, которые он распространял через свою систему досок объявлений CelesTrak. Это выявило проблему в системе контрольных сумм НАСА, которая была связана с отсутствием знака плюс (+) на телетайпных машинах, используемых в НАСА. В конечном итоге оказалось, что это проблема эпохи перфокарт, возникшая, когда NORAD обновил набор символов с BCD на EBCDIC на компьютере, отправляющем обновления. Эта проблема исчезла, когда Келсо начал получать данные непосредственно от NORAD в 1989 году. Модель SGP4 позже была расширена с учетом поправок для объектов дальнего космоса, что привело к созданию SDP4, которая использовала те же входные данные TLE. За прошедшие годы было создано множество более продвинутых моделей прогнозирования, но они не получили широкого распространения. Это связано с тем, что TLE не содержит дополнительной информации, необходимой для некоторых из этих форматов, что затрудняет поиск элементов, необходимых для использования преимуществ улучшенной модели. Более тонко, данные TLE подвергаются обработке, чтобы улучшить результаты при использовании моделей серии SGP, что может привести к тому, что прогнозы других моделей будут менее точными, чем прогнозы SGP при использовании стандартных TLE. Единственной новой моделью, получившей широкое распространение, являются SGP8/SDP8, которые были разработаны для использования тех же входных данных и представляют собой относительно незначительные корректировки модели SGP4.