CODE TWO LINES ELEMENTS (T.L.E) D'UN SATELLITE |
CONTENU : Mis à jour le 13 janvier 2002, revu sept 2011 |
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Vous
n'avez pas manqué de remarquer que les principaux logiciels du marché, les
grands organismes du domaine spatial, la NASA, le NORAD etc..., utilisent pour
le suivi d'un satellite ou de tout objet spatial volant un codage TLE, qui veut
dire CODAGE EN TWO LINES . En clair tout
satellite, tout débris, étage de lanceur,...,est caractérisé par un code à 2
lignes, appelé code TLE, permettant après exploitation la localisation de
l'objet, avec d'autant plus de précision que ce code est récent ( Ce qui
nécessite une mise à jour régulière).
Ce
chapitre, qui n'est pas un cours, est destiné à expliquer ce que contiennent
ces deux lignes, et comment on peut arriver à créer ces deux lignes quand le
besoin s'en fait sentir, pour une simulation de vol, en particulier.
Voici un site de codes TLE régulièrement actualisés : http://www.amsat.org/amsat/ftp/keps/current/nasa.all
I EXEMPLE D'UN CODE TLE ( Two
Lines Elements ) :
Ci
dessous un fichier, AMATEUR TCE, associé au logiciel STK ( Satellit Tool Kit ),
ou l'on constate sur trois exemples de satellites, pris dans la liste le 20
janvier 1999:
OSCAR 10
1 14129U 83058B 97188.05129933
+.00000088 +00000-0 +10000-3 0 04935
2 14129 026.0138
138.5829 6061202 132.1335 298.2854 02.05879871077795
COSMOS 1861
1 18129U 87054A
97188.14787213 +.00000019 +00000-0 +39328-5 0 03816
2 18129 082.9247 223.9743 0011706 158.7093 201.4551
13.72379752502970
Ce
code très précis est présenté ci-dessous et apparaît sur 3 lignes
LIGNE 1: 11
caractères maximum pour le nom
LIGNE 2 : 69
caractères pour des renseignements généraux
LIGNE 3 : 69
caractères sur les paramètres orbitaux.
Grâce
à ce code il est possible de visualiser les trajectoires des satellites avec
une très grande précision, compte tenu des perturbations gravitationnelles
(dues à J2, J3, J4 , luni-solaire) et du freinage atmosphérique résiduel.
Naturellement
la prédiction est d'autant meilleure que la mise à jour est récente.
1° ) Construction du code de la ligne 2 : 69 caractères :
o
10-11 : 2 derniers chiffres de l'année de tir
o
12-17 :Numéro de lancement dans l'année suivi d'une lettre
pour l'ordre du satellite A=premier B=second etc...
Vous
calculerez la dérivée temporelle de a grâce aux équations des perturbations d'origine
aérodynamique, en
particulier.
2° ) Construction du code de la ligne 3 : 69 caractères :
C'est
vraiment la caractérisation du satellite par ses paramètres orbitaux.
3° ) Modèle de construction du code : 149 caractères :
Voici un exemple
de site à visiter à coup sûr : (http://www.astrosurf.com/simian/satellites_iss5-5.htm ) et concernant ISS ( Station
Spatiale Internationale) et un autre site aussi intéressant pour les
explications du codage et bien d'autres rubriques : http://f6gry.net/main/sats.htm
et http://perso.infonie.fr/f6gry/tlebis.htm sur lequel j'ai pris les 2 images
ci-dessous.
La
forme normale:
Et
la forme découpée en secteurs pour les explications
Vous pourrez aussi trouver le codage AMSAT recopié sur le
site précédent:
Il
existe encore un codage appelé "Charlie" elements pour la marine.
Vous pouvez retrouver les explications de tous les codes aux adresses suivantes
:
http://amsat.org/amsat/keps/formats.html
http://perso.infonie.fr/f6gry/tle.htm
http://perso.infonie.fr/f6gry/tlebis.htm
http://amsat.org/amsat/ftp/docs/spacetrk.pdf
http://satobs.org/tletools.html#two
EXEMPLE DE
BULLETINS ISS : avec les
éléments orbitaux, la position-vitesse et le code TLE expliqué
ISS TRAJECTORY DATA
Lift off time (UTC) : N/A
Area (sq ft) : 7150.0
Drag Coefficient (Cd) : 2.36
90 day mean solar flux (jansky) : 179.0
12 month mean earth geomagnetic index : 2.35
Maneuvers contained within the current ephemeris are as follows:
IMPULSIVE TIG (GMT) M50 DVx(FPS) LVLH DVx(FPS) DVmag(FPS)
IMPULSIVE TIG (MET) M50 DVy(FPS) LVLH DVy(FPS) Invar Sph HA
DT M50 DVz(FPS) LVLH DVz(FPS) Invar Sph HP
------------------------------------------------------------------------
There are no maneuvers.
Coasting Arc #1 (begining on orbit 1076)
---------------------------------------
Vector Time (GMT): 2001/319/19:37:39.000
Vector Time (MET): N/A
Weight (LBS) : 301906.0
M50 Cartesian M50 Keplerian
----------------------------------- --------------------------------
X = 3657454.44 A = 6767924.41 meter
Y = 5468070.10 meter E = .0018118
Z = 1538187.72 I = 51.85850
XDOT = -4807.069245 Wp = 29.16855
YDOT = 1583.781659 meter/sec RA = 45.64221 deg
ZDOT = 5786.894293 TA = 347.65879
MA = 347.70310
Ha = 211.536 n.mi
Hp = 203.743
M50 Cartesian J2K Cartesian
----------------------------------- --------------------------------
X = 11999522.43 X = 3588581.44
Y = 17939862.54 feet Y = 5508573.10 meter
Z = 5046547.64 Z = 1555792.65
XDOT = -15771.224558 XDOT = -4852.535657
YDOT = 5196.134052 feet/sec YDOT = 1529.787577 meter/sec
ZDOT = 18985.873664 ZDOT = 5763.425396
The mean element set is posted at the UTC for which position is
just north of the next ascending node relative to the above
vector time
TWO LINE MEAN ELEMENT SET
ISS
1 25544U 98067A 01319.87879512 .00057998 00000-0 70152-3 0 9009
2 25544 51.6359 45.8276 0009968 339.7333 20.3426 15.61163421 10778
Satellite: ISS
Catalog Number: 25544
Epoch time: 01319.87879512 = yrday.fracday
Element set: 900
Inclination: 51.6359 deg
RA of node: 45.8276 deg
Eccentricity: .0009968
Arg of perigee: 339.7333 deg
Mean anomaly: 20.3426 deg
Mean motion: 15.61163421 rev/day
Decay rate: 5.79980E-04 rev/day^2
Epoch rev: 1077
Checksum: 336
************************************************************************************************
Coasting Arc #12 (begining on orbit 1247)
---------------------------------------
Vector Time (GMT): 2001/330/19:37:39.000
Vector Time (MET): N/A
0 Weight (LBS) : 301906.0
M50 Cartesian M50 Keplerian
----------------------------------- --------------------------------
X = 6306937.93 A = 6764386.43 meter
Y = -2080570.56 meter E = .0019930
Z = -1232972.87 I = 51.60853
XDOT = 2544.263955 Wp = 30.90190
YDOT = 4273.698841 meter/sec RA = 350.20204 deg
ZDOT = 5861.479776 TA = 315.63092
MA = 315.79045
Ha = 211.129 n.mi
Hp = 199.020
M50 Cartesian J2K Cartesian
----------------------------------- --------------------------------
X = 20692053.58 X = 6335718.97
Y = -6826018.89 feet Y = -2009902.19 meter
Z = -4045186.59 Z = -1202256.38
XDOT = 8347.322688 XDOT = 2467.818569
YDOT = 14021.321658 feet/sec YDOT = 4301.714749 meter/sec
ZDOT = 19230.576692 ZDOT = 5873.657102
The mean element set is posted at the UTC for which position is
just north of the next ascending node relative to the above
vector time
TWO LINE MEAN ELEMENT SET
ISS
1 25544U 98067A 01330.82014094 .00057998 00000-0 70152-3 0 9115
2 25544 51.6382 350.6423 0010831 25.7258 334.4436 15.62534188 12487
Satellite: ISS
Catalog Number: 25544
Epoch time: 01330.82014094 = yrday.fracday
Element set: 911
Inclination: 51.6382 deg
RA of node: 350.6423 deg
Eccentricity: .0010831
Arg of perigee: 25.7258 deg
Mean anomaly: 334.4436 deg
Mean motion: 15.62534188 rev/day
Decay rate: 5.79980E-04 rev/day^2
Epoch rev: 1248
Checksum: 301
III UTILISATION DE LOGICIELS DE SIMULATION :
Certains
concepteurs de logiciels voudront bien me pardonner d'avoir oublier de les
citer. Il ne tient qu'à eux, éventuellement de me faire parvenir un exemplaire
d'essai gratuit, que je testerai et que je ne manquerai pas d'ajouter à la
liste déjà commencée. Pour ma défense je dirais que mon but n'est pas d'essayer
des produits du marché, mais simplement de faciliter l'adéquation de ce produit
au but pédagogique poursuivi.
Ce
logiciel shareware, peu onéreux, peut être récupéré auprès de son auteur :
Paul
E TRAUFLER
111
Emerald Drive
HARVEST, AL.35749
Il peut
aussi être téléchargé sur INTERNET sur le site général :
http://softseek.com/Education_and_Science/Astronomy/Review_8520_index.html
Vous
pouvez le télécharger à partir de ce site, en cliquant sur la disquette.
Cependant , vous ne trouverez qu'une version ancienne et notamment, il vous
faudra actualiser les données satellite.
Vous
devrez prendre le plus grand soin pour créer le fichier des caractéristiques
d'un satellite, sous le format NASA-NORAD, expliqué plus haut. Vous le mettrez
dans un répertoire de votre choix à créer ou vous compléterez la liste déjà
existante dans TLE.TXT. Certains répertoires sont intéressants comme:
Une routine est prévue, nommée NASA_NOR.EXE, voir plus loin
TRAKSAT.CTY
qui contient les caractéristiques des stations sol de poursuite et dans lequel vous
placerez vos propres stations.
TRAKSAT.DEF
un fichier de paramétrage par défaut au démarrage.
TLE.TXT
fichier texte qui liste à une époque donnée, un certain nombre de satellites
sous le format TWO LINES. C'est ce fichier qu'il
faut régulièrement actualiser, pour repartir sur de bonnes bases et obtenir une
simulation correcte.
QUE REALISE TRAKSAT?
1°)
Une visualisation très précise de la trace au sol projetée sur une carte du
monde compte tenu des perturbations.
2°)
Une image du terminateur solaire qui sépare sur terre la partie éclairée et
celle dans l'ombre. On assiste au déplacement régulier correspondant au rythme
que vous avez imposé au satellite.
Le
soleil est représenté par une croix au milieu du terminateur, mais avec le
déplacement nord-sud parfaitement simulé , relativement à la terre, au cours de
l'année.
3°)
Une visualisation :
·
De la
station de poursuite que vous avez choisie.
·
De la
zone de couverture sol que le satellite réalise compte tenu de l'angle
d'élévation que vous avez donné. Cette zone se déplace naturellement avec le
satellite.
Vous
pourrez ainsi déterminer les créneaux horaires durant lesquels les
communications avec le satellite seront possible.
4°)
Des sorties visualisées (compteurs) de résultats numériques comme:
5°)
Possibilité de sorties numériques en tableaux des paramètres ci-dessus, à
l'écran
Dans
un fichier nommé SAT.000 ou SAT.XXX, qui rappelle le satellite et donne les
résultats :
Satellite Data Set:
1
101U 91340.00000000 .00000000 000000-0 000000-0 0 1014
2
101 95.7696 0.0000 0000001 0.0000 0.0000 15.55787130 255
Date
Temps (UTC) , Azimut , Elevation , Distance , Latitude , Longitude , Altitude,
Phase , Doppler ,en heures, minutes, secondes, degrés, km, Hertz
EXEMPLE
: Revolution n° # 7576
04Apr93
01:24:00.0 6.5 1.2 2194 62.25 9.66 410 120 1119
04Apr93
01:24:30.0 6.1 3.4 1977 60.35 8.69 410 122 1006
04Apr93
01:25:00.0 5.5 5.9 1761 58.45 7.81 409 123 892
04Apr93
01:25:30.0 4.6 8.7 1546 56.54 7.02 409 124 776
04Apr93
01:26:00.0 3.5 12.2 1333 54.63 6.28 409 126 659
04Apr93
01:26:30.0 1.9 16.7 1124 52.72 5.61 408 127 542
6°)
Visualisation en mode de sortie "vue orthographique": avec
représentation en 3D de la trajectoire du satellite autour de la Terre
parfaitement représentée avec ses continents. La vue est donnée en supposant
l'œil à la verticale de la station de poursuite, avec naturellement la terre
fixe.
7°)
Visualisation sur fond d'étoiles : avec le nom des étoiles visible ou
pas. Cette représentation peut présenter un intérêt pour une recherche de nuit
sur un gros satellite.
Quelle est la précision du modèle adopté dans TRAKSAT ?
En
orbite basse de période inférieure à 225 mn, la précision est de 30 secondes
sur 10 jours. Plus le satellite est bas et moins est précise la prédiction,
surtout à cause de la traînée atmosphérique.
En
orbite plus haute la précision est meilleure de 30 secondes sur 20 jours.
Par
exemple pour le satellite HUBBLE, qui est visible de nuit, la vérification a
été faite à mieux que 1 seconde par jour.
COMMENT ACTUALISER LES TLE :
Grâce
à un site STK.COM dont je parle plus bas, par lequel vous avez accès aux TWO
LINES en particulier
http://www.stk.com/newweb/pages/satdb/satdbpc.cfm
Il
existe certainement de nombreuses autres sources que je n'ai pas eu le temps
d'explorer.
REMARQUE
: si le satellite descend en dessous de 160 km d'altitude, le logiciel arrête
la simulation.
UTILITAIRE CONCU PAR L'AUTEUR :
Vous
trouverez un programme utilitaire:
1- NASA_NOR.PAS (Ecrit en Turbo Pascal 6.0 pour Windows) et son
exécutable NASA_NOR.EXE. Ce programme dialogue avec l'utilisateur et
permet de construire le codage NASA NORAD nécessaire à l'exploitation de
TRAKSAT.
EXECUTER NASA_NOR.EXE pour un codage satellite
Télécharger ---->
NASA_NOR.EXE ou
Télécharger ---->
NASA_NOR.PAS son source en PASCAL
CONSEILS :
En
effet, une fois le codage du satellite réalisé il est possible de faire tourner
TRAKSAT à condition de bien paramètrer ( par le menu ) le lancement. En
particulier si l'intervalle de temps choisi entre 2 impressions est par exemple
de 2 mn, il faut prendre comme temps initial le temps souhaité de début moins 2
mn.
En
général le fichier créé par TRAKSAT s'appelle SAT.xxx où xxx est un numéro du
genre 001 ou 002 etc...
Il est impératif de choisir la ligne de vue AMATEUR RADIO
Ce
logiciel est le dernier de la génération, que l'auteur a essayé. Dans sa
version totale, il est certainement très complet et indispensable à un
spécialiste. La version gratuite que l'on peut obtenir sur Internet, est
beaucoup plus limitée.
Adresse Internet: http://www.stk.com
La
récupération du logiciel demande quelques aller-retour, avec un échange entre
un ID initialement fourni par STK et un "PASSWORD" qui vous est
retourné, moyennant la fourniture d'un certain nombre d'informations,
permettant de vous localiser. Le logiciel, en version réduite, est cependant
gratuit, et l'auteur ignore à quoi peuvent bien servir ces renseignements.
Avant
utilisation le logiciel demandera à être alimenté par des références TLE tout
comme TRAKSAT.
Par
contre le site ou un site dérivé, fournit une actualisation des références
satellites, à l'adresse :
http://www.stk.com/newweb/pages/satdb/satdbpc.cfm
Guiziou Robert février 2003, sept
2011