REALISATION DU CODAGE TWO LINES D'UN SATELLITE OU DE TOUT OBJET SPATIAL VOLANT

CODE TWO LINES ELEMENTS (T.L.E) D'UN SATELLITE

	CONTENU : Mis à jour le 13 janvier 2002 I Exemple de code TLE II Explication du code TLE III Logiciels de simulation Traksat STK

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:

Une ligne avec le nom du satellite ( en rouge )
Deux lignes de codage du satellite ( en rose )

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

II EXPLICATION DU CODE :

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 :

01-01 Champ 1 : numéro de la ligne 1

03-07 Champ 2 : numéro identifiant le satellite 21426

08-08 une lettre U=Unclassified C=Classified S=Secret

10-17 Champ 3 : il n'est pas obligatoire, et la NASA le laisse souvent en blanc, mais si on le détaille, les conventions internationales sont:

10-11 : 2 derniers chiffres de l'année de tir

12-17 :Numéro de lancement dans l'année suivi d'une lettre pour l'ordre du satellite A=premier B=second etc...

19-20 Champ 4 : 2 derniers chiffres de l'année : par exemple 92 année de l'exemple

21-32 Champ 5 : date actuelle ( jour julien de l'année en partie entière et partie fractionnaire), en temps UTC naturellement. Exemple : Le 29/9/1990 à 19 h 47 mn 18 s correspond au jour n° 272 de l'année 90 et l'heure donne la fraction 0.82451929 de jour solaire moyen, donc la date est : 272.82451929. Ici, dans l'exemple le nombre entier est 140 et la partie fractionnaire 0.50095348

34-43 Champ 6 : Relatif au freinage atmosphérique résiduel : La valeur prise en compte dépend du type d'éphémérides choisi 0 ou 1( voir 62-63).

NB1avec le type d'éphémérides 0: soit la valeur désigne la demi dérivée première du moyen mouvement , c'est à dire de n, dérivée exprimée en révolutions par rev/(jour)2. Nous lisons 223 10^-8 rev/jour².

Vous calculerez la dérivée temporelle de a grâce aux équations des perturbations d'origine aérodynamique, en particulier.

NB 2: soit la valeur de ce champ désigne le coefficient balistique SC_D/M

REMARQUE : Si vous prenez ce champ nul, alors a est une constante, notamment en hypothèse képlérienne

45-52 Champ 7 : Terme provenant du freinage résiduel et égal à 1/6 de la dérivée seconde par rapport au temps du moyen mouvement n.Il s'exprime en rev/(jour)³. Tellement faible en général que nous le prenons nul. C'est souvent le cas

54-61 Champ 8 : Terme de traînée BSTAR dans la théorie générale des perturbations GP4 ou alors le coefficient de pression de radiation. Prendre ce champ nul revient à négliger la pression de radiation . Sinon le champ 54 est le signe, de 55 à 59 la mantisse, 60 est un signe et 61 la puissance

63-63 : type d'éphémérides, en général choisi 0

65-68 Champ 9 : "Element number" , numéro d'élément, incrémenté à chaque parution et remis à 0 lorsqu'il atteint 9999.

69-69 Champ 10 : vérification de la somme de tous les éléments de la ligne, avec ( lettres ou case vide ou points= 0 ; signe - = 1; signe + = 2, chiffre =valeur ); cette somme est prise modulo 10. Ici 2

2° ) Construction du code de la ligne 3 : 69 caractères :

C'est vraiment la caractérisation du satellite par ses paramètres orbitaux.

01-01 :Champ 1 : Numéro de la ligne: 2

03-07 Champ 2 : Numéro de satellite l'identifiant, sans la lettre: 21426 comme plus haut

09-16 Champ 3 : Inclinaison en degrés, le point a une place précise en 4ème position, ici i =63°.1767

18-25 Champ 4 : Longitude vernale W de la ligne des nœuds, le point décimal en 4ème position, ici dans l'exemple on lit W=300°.4622 . On l'appelle aussi RAAN ( Right Ascension of Ascending Node )

27-33 Champ 5 : Excentricité d'une ellipse uniquement ,donnée sans point décimal, implicitement supposée <1 : exemple 7344533 pour e = 0.7344533

35-42 Champ 6 : Argument nodal du périgée, point décimal en 4ème position w = 282°.4809

44-51 Champ 7 : Anomalie moyenne exprimée en degrés, correspondant à la date indiquée ligne 1. On rappelle que l'anomalie moyenne est M = j - e sinj = n ( date - t_P ) , modulo 2p ; M = 110°.7275, là encore le point décimal est en 4ème position. t_P désigne la date du dernier passage au périgée

53-63 Champ 8 : Moyen mouvement exprimé en révolutions par jour, c'est la valeur de n ( de l'ordre de 15 en orbite basse et 1 en géosynchrone). n = 12.00655532 revs/jour. C'est l'équivalent à la donnée du demi grand axe a à la date fournie en ligne 2. Il doit donc être actualisé régulièrement.

64-68 Champ 9 : Nombre de révolutions réalisées à la date actuelle, depuis le tir, indiquée en ligne 2 par exemple 677

69-69 Champ 10 : Vérification modulo 10 de la somme comme plus haut en ligne 2: ici1.

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.

1°) TRAKSAT ou PCTRACK:

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:

Heure UTC ou heure locale (avec le décalage que vous aurez donné)
Jour
Latitude, longitude altitude, azimut, élévation du satellite
Distance à la station
Modification de la fréquence Doppler à cause de la vitesse relative station-satellite

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

2°) STK (Satellit Tool Kit)

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