داده های دو خطی ماهواره

ماهواره های مصنوعی یکی از دستگاههای ساخت دست بشر بوده ودارای اهداف وکاربری های متفاوتی مانند هواشناسی،نظامی،جاسوسی ،مخابراتی و......هستند.از آنجاییکه این ماهواره ها در جو اطراف زمین که بعنوان عامل اصطحکاک می باشدحرکت می کنند همین طور بر اثر گرانش سیارات بزرگ منظومه شمسی ، ماه ،خورشید ،تغییرات فشارتابشی خورشید وبسیاری عوامل دیگر همواره دارای  تغییرات ناچیز مداری هستند. ردیابی و کنترل این ماهواره ها توسط مراکزی بین المللی بطور روزانه وحتی ساعتی انجام شده و نتایج مشاهدات مکان یابی به شکل داده های TLE علاوه بر ارسال به مراکز دولتی وشرکتهای صاحب ماهواره بر روی شبکه اینترنت هم قرار می گیرد(البته آنهایی که جزء ماهواره های طبقه بندی شده نظامی و سری نیستند).در کنار فعالیتهای حرفه ای وکاربردی ردیابی ومکان یابی ، ردیابی و مشاهده این ماهواره ها یکی از فعالیتهای  جالب آماتوری هم به حساب می آید.علاقه مندان به مشاهده ماهواره ها می توانند بکمک نرم افزارها وآدرسهای اینترنتی ویژه ای  از عبور آنها از بالای افق دیدشان باخبر شوند.از آنجاییکه ماهواره ها دارای سطوح فلزی بوده و بدلیل انعکاس نور خورشید در آسمان دیده می شوند بین یک تا دو ساعت بعد از غروب خورشید و یک تا دو ساعت قبل از طلوع خورشید می توان آنها  را در صورتیکه آسمان صاف باشد مشاهده نمود. در این بازه های زمانی  رصدگر در  ساعات تاریک بوده و ماهواره نیز در معرض نور خورشید بوده و در سایه کره زمین قرار ندارد.در خارج از این زمانها ، یا ساعات روز و درخشندگی  خیره کننده  آسمان مانع از دیده شدن ماهواره شده ویا در سایه تاریک زمین ناپدید می شود.ماهواره ها  به شکل ستاره ای با حرکت آرام مشاهده می شوند که از گوشه ای از آسمان طلوع کرده،بعد از گذشت 2 تا 3 دقیقه در گوشه ای دیگر از افق ناپدید می شوند.با توجه به اندازه و خصوصیات سطحی متفاوت و زاویه قرار گیری نسبت به خورشید و ناظر و عوامل دیگر ، نورانیت ماهواره ها بسیار متفاوت است.بعضی با چشم غیر مسلح دیده می شوند(قدر بین 0 تا 5) و برای دیدن بعضی احتیاج به دوربین دو چشمی (قدر تا حدود 9)ویا حتی تلسکوپ (قدر های ضعیف تر)دارید.برای بیان نورانیت ماهواره ها مانند ستاره ها از کمیتی به نام قدر استفاده می شود.

                                 آشنایی با داده های TLE

دو ردیف اطلاعات مداری ماهواره ها (Two Line Elements)که با نام TLE   شناخته شده و به شکل دو خط اطلاعات عددی مانند نمونه زیر می باشد و با نام ماهواره تعداد خطوط اطلاعات به سه می رسد. با توجه به تغییرات مداری ناچیز ناشی از عواملی که در بالا به آنها اشاره شده همواره تعدادی از  ارقام  این سریها با گشت زمان تغییر می کنند. با دریافت آخرین اطلاعات TLE  از شبکه اینترنت وجایگذاری این اعداد درون نرم افزار و بعضی برنامه های ویژه می توان به رد یابی ماهواره ها در آسمان پرداخت. فایلهای TLE  دارای حجم کم و با پسوند txt  بوده وبا Note Pad  باز می شوند.گفتنی است داده های tle  ماهواره هایی که در ارتفاع پایین حرکت می کنند حتی تا دوبار در روز نیز آپدیت می شوند.

                                                معرفی ارقام TLE

اعداد  1 و2 که در سمت چپ سری اعداد بالا قرار دارد نشان دهنده شماره ردیف است.

۱-نام  ماهواره: نشان میدهد که اطلاعات مربوط به کدام ماهواره است، برای نمونه نام ایستگاه بین المللی ISS  ماهواره NOAA  ماهواره IRIDIUM .   قابل ذکر است این نام  حتما" باید بدون تغییر در بالای دو ردیف اطلاعات در سمت چپ وجود داشته باشد تا اطلاعات  جهت استفاده دارای ارزش باشند.حداکثر تعداد حروف نام ماهواره نباید بیشتر از 11 حرف یا کاراکتر باشد.

2- شماره ماهواره هم در هر دو ردیف بالا وپایین بصورت یکسان نوشته می  شود ولی در ردیف اول یک حرف انگلیسی برای نمونه حرف U  یا حرف A  که حرف U  مخفف کلمه Unclassified  به معنای  غیر طبقه بندی شده (نظامی وجاسوسی)در سمت راست نوشته می شود.این شماره نشان دهنده شماره ماهواره  در فهرست تهیه شده توسط USSPACECOM   می باشد.

3-شناسه بین المللی: در این شناسه دو رقم سمت چپ بیانگر دو رقم سمت راست سال پرتاب ماهواره وسه رقم سمت راست نشان دهنده تعداد پرتابهای ماهواره ای در آن سال تا قبل از پرتاب این ماهواره می باشد.برای نمونه عدد 84123 نشان دهنده این است که ماهواره در سال 1984 میلادی به فضا پرتاب شده و123 امین پرتاب این سال بوده است.آشکار است که دو رقم سمت چپ  شناسه در مورد پرتاب هایی که در سال 2010 انجام شده اند  10 می باشد.حروف لاتین که در کنار این رقم درج می شود نشان دهنده شماره  پرتاب مربوط به همان پروژه بوده است.برای نمونه دردو ردیف اطلاعات بالا حرف A  نشان دهنده اولین پرتاب  ماهواره از سری ماهواره ای NOAA   می باشد.

 4-تاریخ دوره وکسر تاریخ ژولینی: در نمونه بالا  عدد 8650.28438588

دو رقم سمت چپ نشان دهنده یک سال (میلادی) بعنوان  شروع دوره یا Epochمی باشد. یعنی سال 1986 میلادی .بقیه ارقام  نیز نشان دهنده مدت زمان گذشته از شروع  تاریخ  مورد نظر (1986)می باشند.این تاریخ در واقع نشان دهنده تاریخی  است که پارامترهای مداری ماهواره( آنهایی که با گذشت زمان تغییر می کنند)  در آن اندازه گیری شده اند.توجه داشته باشید زمان شروع یک دوره از نیمه شب بوده و تعداد ارقام اعشار این عدد هشت می باشد که به معنای دقت زمان تا کسر صدم ثانیه است.علاوه بر این زمان آن بر حسب زمان بین المللی UTC  می باشد.

برای نمونه در مثال بالا عدد 50.28438588 نشان دهنده  گذشت 50 روز و 6 ساعت و49 دقیقه و30 ثانیه و94 صدم ثانیه از تاریخ اول ژانویه 1986 میلادی می باشد.این اعداد چگونه محاسبه شده اند:

عدد 50 خودش نشان دهنده گذشت 50 روز است.

50.28438588 - 50=0.28438588 روز

0.28438588*24=6.8253 ساعت======6 ساعت

6.8253 - 6=0.8253 ساعت

0.8253*60=49.5157 دقیقه=========49 دقیقه

49.5157 - 49=0.5157  دقیقه

0.5157*60=30.94  ثانیه==========30.94 ثانیه

  مثال دوم :عدد 98000.00000000  نشان دهنده چه زمانی است؟ جواب:آخرین لحظه 31 دسامبر سال 1997 و اولین لحظه 1 ژانویه سال 1998 یعنی درست در نیمه شب آغاز سال 1998 میلادی.در ضمن این اعداد بر حسب زمان خورشید متوسط محاسبه می شوند ونه روز نجومی

                                           نکته بسیار مهم

در اطلاعات TLE  ماهواره ها هرچه این تاریخ بالاتر و به زمان کنونی نزدیکتر باشد نشان دهنده دقیق  تر وبروز تر بودن اطلاعات می باشد.اگر در جایی دو سری اطلاعات TLE  ماهواره ای را یافتید  اطلاعاتی که سال آن جدیدتر است  به واقعیت نزدیک تر است.بطور کلی بدلیل انحرافات  مداری  ناشی از اثرات گرانشی ماه  وخورشید و حتی بعضی تغییرات ظریف در گرانش زمین (بویژه ماهواره هایی که در مدار های پایینتر حرکت می کنند)و.........وحتی بعضی از مانورهایی که در جهت تصحیح مدار ماهواره اعمال می شوند اطلاعات دو خطی ماهواره تغییر می کنند. در ردیابی  ماهواره ها که همواره دارای تغییرات مداری( به هر دلیل) هستند اگر از اطلاعات قدیمی در نرم افزارهای مربوطه استفاده کنید احتمال اینکه با کمک آن نرم افزار بتوانید به پش بینی موقعیت ماهواره بپردازید بسیار ناچیز خواهد بود. در مورد بسیاری از ماهواره ها اگر تاریخ ردیابی بیشتر از یک هفته با تاریخ دوره فاصله داشته باشد  اطلاعات دیگر  جهت ردیابی دارای ارزش نیستند.

برای نمونه می توان گفت  در دو سری اطلاعات دو خطی زیر که هردو مربوط به  ماهواره  ون گارد 1    هستند  دقت سری اول بهتر از دومی ودر نتیجه قابل استفاده تر می باشد.

سری اول مربوط به اطلاعات ماهواره  در تاریخ 185 روز گذشته از اول سال میلادی 2010 می باشد در حالی که سری دوم اطلاعات  به اندازه دو روز قدیمی تر ودر نتیجه  کم ارزشتر  هستند.بنابراین با COPY  وpaste  کردن  سری اول اطلاعات در نرم افزارهای مربوطه می توان به دقت بیشتری در ردیابی مکان ماهواره  ون گارد 1 پرداخت.برای دستیابی به آخرین اطلاعات دو خطی ماهواره ها می توان به آدرسهای ویژه ای ( آدرسهایی که در ادامه مقاله آمده )مراجعه کرد.

۴- مشتق اول حرکت متوسط یا ضریب بالستیک:     این عدد آهنگ تغییر روزانه تعداد چرخش های ماهواره تقسیم بر عدد 2 می باشد.واحد این عدد دور در روز (revs/day )است.این عدد  در ارتباط با اختلالات عمومی ساده شده یا SGP4   در USSPACECOM می باشد.

۵- مشتق دوم حرکت متوسط :    این عدد نیز در ارتباط با میرا بودن مدار در SGP4  می باشد مقدار آن برابر با مشتق دوم زمان در حرکت روزانه متوسط تقسیم بر عدد 6 بوده و واحد آن دور در روز (revs/day )  می باشد.بطور کلی هر دو مشتق اول و دوم نشان دهنده آهنگ تغییر حرکت متوسط با گذشت زمان است.توجه نمایید:

0-00000 به معنای 0.00000 و اعدادی مانند 5 - 12345  به معنای عدد 0.0000012345 می باشد.این عدد را در واقع باید به شکل اعشاری 12345در نظر گرفت و عددی که بصورت منفی نوشته می شود  نشان دهنده تعداد صفرهای بعد از اعشار می باشد.در بسیاری موارد  این عدد  معمولا" صفر در نظر گرفته می شود.

۶- جمله درگ(Drag term)یا ضریب فشار تابشی:   این پارامتر که با نام BSTAR  هم شناخته می شود یکی دیگر از پارامترهای SGP4  می باشد.توجه داشته باشید عددی که به تنهایی در سمت راست نوشته شده تعداد صفرها بعد از اعشار می باشد برای نمونه 4 - 67960 به معنای مقدار واقعی 0.000067960 می باشد.واحداین عدد  شعاع زمین می باشد.

7- عدد عنصر و چک سام:  عدد عنصر سه رقم ماقبل آخر از سمت راست نشان دهنده تعداد دفعاتی است که پارامترها برای ماهواره اندازه گیری شده اند.در مثال بالا 529 نشان دهنده تعداد می باشد.عدد چک سام  با توجه به مجموع تمام ارقام ردیف اول سری اعداد بدست می آید.از این رقم برای تعیین درستی یا خرابی اعداد سری در ردیف اول TLE استفاده می شود.

اعداد ردیف دوم  همگی از اندازه گیری های دقیق مداری بدست می آیند.

8-کشیدگی مداری :   زاویه بین استوای سماوی زمین وصفحه مداری ماهواره بوده و واحد آن درجه می باشد.اندازه آن بین 0 تا 180 درجه متغییر است.

9- میل گره صعودی :  زاویه بین نقطه اعتدال بهاری و  نقطه ای است که مدار ماهواره صفحه استوایی را قطع می کند وبه سمت شمال صفحه می رود.

10- خروج از مرکز مدار:   این پارامتر در واقع نشان دهنده شکل مدار ماهواره میباشد.خروج از مرکز صفر به معنای دایره کامل واعداد کمتر از یک نشان دهنده مدار نزدیک بیضی می باشند. دقت داشته باشید باید یک علامت اعشار در سمت چپ عدد در نظر بگیرید یعنی عدد 0012788 نشان دهنده مقدار 0.0012788 می باشد.

11- آرگومان حضیض:  زاویه بین گره صعودی و نقطه ای از مدار که در نزدیکترین نقطه به زمین (Perigee یاحضیض )است.واحد آن درجه می باشد.

12- آنومالی متوسط:   زاویه اندازه گیری شده بین نقطه حضیض مدار ومکان ماهواره  در مداری که دایروی در نظر گرفته شده وقطر آن  برابر با اندازه  نیم قطر مدار (semi-major )است.

13- حرکت متوسط:    تعداد متوسط  چرخش روزانه ماهواره بدور زمین در یک روز و حداکثر تعداد ارقام اعشار آن 8 می باشد.

14- تعداد چرخش ها طی دوره:    این عدد نشان دهنده تعداد دورهای چرخش ماهواره دور زمین از ابتدای پرتاب است مبدا هر چرخش نیز لحظه عبور ماهواره از گره صعودی در نظر گرفته می شود.از لحظه پرتاب تا لحظه رسیدن به اولین گره صعودی مدار دور  1 نامیده شده و دومین رسیدن به نقطه گره صعودی مدار نیز دور 2 می باشد الی آخر. حداکثر تعداد ارقام این عدد 5 می باشد.

آخرین عدد سمت راست هم با نام check sum  شناخته می شود ونشان دهنده  رقم یکان مجموع تمام ارقام ردیف دوم اعداد سریTLE می باشد.از این عدد می توان برای بررسی درستی یا خرابی اعداد سری در ردیف دوم استفاده نمود.

برای دستیابی به آخرین اطلاعات دو خطی( TLE)ماهواره ها می توان به آدرسهای ویژه ای در شبکه اینترنت مراجعه کرد.

1-       یکی ازسایتهایی که دارای  آخرین ودقیق ترین اطلاعات TLE  می باشد سایت http://www.space-track.org/ می باشد که البته وابسته به سازمانهای دولتی آمریکا بوده وجهت استفاده از آن باید  دارای یوزر نیم و پسورد بود.در این سایت علاوه بر تفکیک دسته های مختلف ماهواره ای، فایلی دربرگیرنده آخرین اطلاعات TLE  تمام ماهواره ها هم وجود دارد.(Bulk  Catalog  Data  Download)

2-       در  سایت http://celestrak.com/NORAD/elements/ نیز می توان  به اطلاعات TLE  دست یافت.با کپی کردن نام ماهواره و دو ردیف اطلاعات که به شکل بالا می باشد  و جایگذاری آن در نرم افزارهای ویژه می توان به ردیابی مکان ماهواره در آسمان پرداخت.

3-       بکمک سایت www.n2yo.com  هم می توان به جستجوی نام ماهواره در آرشیو پرداخته وعلاوه بر ردیابی((Tracking ماهواره در نقشه زمین (بکمک google map )به آخرین اطلاعات TLE هم دست یافت.در این سایت بعد از تعیین مکان ناظر می توان به فهرستی از ماهواره  هایی که در آسمان ناظر هستند وبکمک گزینه 5 DAY PREDICTION  به پیش بینی عبور ماهواره برفراز افق ناظر (به شکل ساعت،سمت نقطه شروع ،بیشترین ارتفاع از افق ،سمت نقطه پایان عبور، قدر و.....)دست یافت.

4-       بکمک سایت http://www.tle.info/joomla/index.php نیز می توانید به آخرین اطلاعات TLE  بصورت تجمعی و یا دسته بندی شده دست بیابید.

5-       بکمک سایت معروف www.heavens-above.com   می توان به اطلاعات دقیقی درباره عبور ماهواره ها(مانند تلسکوپ فضایی هابل، ایستگاه بین المللی،ماهواره های خاص و......)،پیش بینی درخشش های ماهواره های ایریدیوم،معرفی سیارکها و دنباله دار های  پرنور آسمان وبسیاری اطلاعات مفید دیگر دست یافت.

 آشنایی با نرم افزارهای مخصوص ردیابی ماهواره ها در آسمان

در سایت http://www.celestrak.com/software/satellite/sat-trak.asp   چند نرم افزار مناسب معرفی شده است.

1-       نرم افزار  Heavensat   :برای دریافت این نرم افزار می توانید به طور مستقیم به  آدرس http://www.heavensat.ru/english/ مراجعه نمایید.برای کسب اطلاعات کامل اینجا را کلیک نمایید.

2-       نرم افزار STSPLUS  که در محیط DOS  کار می کند و از آدرس http://www.celestrak.com/software/dransom/stsplus.html قابل دستیابی است.

3-       نرم افزار ORBITRON  با حجم 2 مگابایت که از طریق آدرس http://www.stoff.pl/ قابل دستیابی است.

 جدولی از داده های قابل توجه در اطلاعات مربوط به ماهواره ها