TDRSとは? わかりやすく解説

TDRS

分類:人工衛星


名称:追尾・データ中継衛星「TDRS」/Tracking and Data Relay Satellite
小分類:通信放送衛星
開発機関・会社:アメリカ航空宇宙局(NASA)
製造会社:TRW
運用機関会社:アメリカ航空宇宙局(NASA)/ゴダード宇宙飛行センター
打ち上げ年月日:1983年4月4日(1号)/1986年1月28日(チャレンジャー号とともに爆発2号)/1988年9月29日(3号)/1989年3月13日(4号)/1991年8月2日(5号)/1993年1月13日(6号)/1995年7月13日(F7号)
打ち上げ国名機関:アメリカ/アメリカ航空宇宙局(NASA)
打ち上げロケット:スペースシャトル/IUS(慣性上段ロケット)
打ち上げ場所:ケープカナベラル空軍基地
国際標識番号:1983026B(1号)、1988091B(3号)、1989021B(4号)、1991054B(5号)1993003B(6号)、1995035B(F7号)

地球軌道打ち上げられ衛星や、惑星間空間旅する探査機は、地上管制センターからの指令受け取りまた、観測データを送らなければなりません。このうち月や惑星向けた探査機との連絡には、ジェット推進研究所(JPL)を本拠地とする深宇宙(ディープ・スペース)ネットワークが、軌道上衛星用には、ゴダード宇宙飛行センター管理する宇宙追尾データ・ネットワーク(STDN)が使われきました
しかし、STDNの場合は、軌道上衛星、特に低軌道から中軌道にかけての衛星管理するためには、その衛星直進する電波視界でとらえるための通信局を、世界中に14カ所も設置する必要がありました。しかも、14もの基地使っても、衛星連絡がとれるのは軌道公転時間15%どまりでした。おまけに、この地上局メリーランド州にあるゴダード宇宙飛行センター管制局との間でさらに地上通信線通信衛星使ってデータやりとりしなければなりません。
こうした二重手間三重手間をなんとか省けないかということ考え出されたのがTDRS(追尾データ中継衛星)システムでした。
現在、TDRSシステム6つ衛星と、ニューメキシコ州ホワイトサンズ受信施設、そして、ゴダード宇宙飛行センター管制本部構成されています。
6つ衛星はいずれも、地球と同じ速度公転しているため、地上からは静止しているように見える、高度地球静止軌道置かれ、うち3つ運用状態に、3つバックアップ体制あります
TDRSは、高い軌道位置にあるため、3基を使えば1,200から5,000kmの高度の軌道になる、つまり、TDRSからは見下ろす位置にある人工衛星スペースシャトルとは、ほとんどいつでも交信することができます(実際に軌道公転時間85%から100%の間)。15%という従来数字比べれば、これは驚異的な性能です。
そこで、多数人工衛星統合的に、しかも、ほぼリアル・タイム管理するために配備されたのが、TDRシステムでした。

1.どんな形をして、どんな性能持っているの?
軌道定置時の重量は2,120kg、発射時の重量は2,270kgです。アンテナ太陽電池パネルを展した際には、17.4m×14mもの大きさなります。3軸安定で、太陽電池パネルから得られる1,800Wの電力で、5つアンテナ運用しますシステム全体では、24もの衛星宇宙船現状追尾、これを管理する仲介役をつとめるとともに観測データなどを地上に送る役割もはたします
6つ衛星のうち、3つ運用状態にあり、残り3つバックアップするという体制がとられ、ホワイト・サンズ地上局隣接して2つ設けられています。

2.どんな目的使用されるの?
1号IUSがうまく作動せず、軌道制御ロケット静止軌道へたどりつきはしたものの、限定的に使用され、現在はコンプトン・ガンマ線観測衛星(GRO)との交信用に使われています。また、2号チャレンジャー号爆発事故によって失われました。7号はこの事故による損失カバーするための衛星です。
6つのTDRSは計画どおりの成果をあげ、現在もNASAのみならず世界各国、また民間衛星の運用役立てられています。

3.宇宙でどんなことをし、今はうなっているの?
現在、TDRSシステム使って運用されている衛星は、スペースシャトルハッブル宇宙望遠鏡ランドサットなど多数あり、日本参加するISS国際宇宙ステーションでも利用されることが決まってます。

4.このほかに、同じシリーズでどんな機種があるの?
TDRSには、その役割を受けつぐ、より高性能のATDRS(発展型TDRS)の配備予定されています。新し衛星では、中継する電波もS/Kuの2帯域Ka帯域追加され太陽電池パネルを含む全体大きさも21m×14mへと拡充され、その出力も2040Wに増大燃料を除く全重量は2,910kgに及ぶことになります

5.どのように地球を回るの?
いずれも、高度35,888kmの地球静止軌道新し衛星の打上げにともない衛星位置何度移されています。現在の位置は、1号西経49度の南米上空に、3号東経85度のインド洋上に、4号西経41度のアフリカ沖合に、5号西経174度、7号西経141度のともに太平洋上に、6号西経47度の大西洋上に定置されています。


TDRS

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2023/09/10 07:49 UTC 版)

TDRS (Tracking and Data Relay Satellite、追跡・データ中継衛星) は、NASAおよびアメリカ合衆国政府機関によって、スペースシャトル国際宇宙ステーション (ISS)、人工衛星 (ハッブル宇宙望遠鏡、ランドサット、TRMM、EOS、NASAの多数の天体観測衛星など)との通信に使用されるデータ中継衛星のシリーズであり、またその衛星を使ったネットワークである。

スペースシャトルの退役に伴い、一時的にTDRSの通信需要は減少したが、欧州補給機(ATV)、日本の宇宙ステーション補給機(HTV)、米国の商業補給船ドラゴン、シグナスとの通信にも使われているほか、ISSの実験活動拡大に伴い通信容量拡大の要求は増加している。

概要

TDRS(第1世代)
TDRS(第2世代)

システムはNASAの運用する全ての有人宇宙ミッションにおける通信をおこなう地上局による既存のネットワークを置換できるよう設計されている。その第一の目標は、宇宙機が地上と交信できる時間を増加させ、転送できるデータ量を改善することにある。第3世代のTDRSは以下のサービスを提供する。[1]

Sバンドマルチプルアクセス(S-band Multiple Access)
機体側面に搭載されたフェーズドアレイアンテナにより、一度に5つの衛星からのデータ受信と1つの衛星への送信を行う。第2世代までの衛星よりも通信速度は上昇している。
Sバンドシングルアクセス(S-band Single Access)
2つの直径15フィートの高利得アンテナにより、ISSやハッブル宇宙望遠鏡といった人工衛星のデータ転送を行う。
Kuバンドシングルアクセス(Ku-band Single Access)
2つの高利得アンテナは、より周波数の高いKuバンドを使用して双方向の動画配信や、データサイズの大きい人工衛星のサイエンスデータを送信できる。
Kaバンドシングルアクセス(Ka-band Single Access)
同様に、2つの高利得アンテナはさらに周波数の高いKaバンドを使用して800Mbpsという高い通信速度を実現している。これにより、より大容量のデータを転送することが可能である。Kaバンドの周波数については、日本およびヨーロッパのデータ中継衛星との互換性が維持されている。

初期の7つの衛星はTRW社によって開発された。それ以降の機体はボーイング・サテライト・システムズによる。合計11機が打ち上げられており、うち8機が現在稼働中である。

初号機は1983年スペースシャトル・チャレンジャーによる最初のミッションであるSTS-6により宇宙に運ばれた。チャレンジャー号の軌道から静止軌道に衛星を運ぶための慣性上段ロケットはボーイング社が開発したが、これが正常に働かなかったため、やむを得ず衛星に搭載されたスラスタを使用した。このため衛星の運用上の寿命が縮まると思われたが、実際には予定運用期間10年の2.5倍にあたる25年を2008年5月に迎えた。TDRS-1は、2009年10月に利用を終え、2010年6月に静止軌道から外され運用を終了した。TDRS-4は2012年5月に運用を終了した。

二号機は1986年にチャレンジャー号の10番目のミッションであるSTS-51-Lで打ち上げられたが、打ち上げ直後の爆発事故により失われた。その後の5機は別のシャトルにより正常に打ち上げられた。残りの3機はアトラスIIAにより2000年2002年に打ち上げられた。

TDRSの地上局は、ホワイトサンズ複合施設に設置されており、アメリカ大陸の西側と東側上空の静止軌道に位置しているTDRSと通信を行っている。その他、インド洋上空のTDRSとはグアム局を通じて衛星で通信を中継している。これにより、ほぼ軌道1周回の通信をカバーできる。ただし、インド洋上空のTDRSはシャトルミッションなど、優先度の高い運用にしか準備されない。これら2つの地上局の指揮/管理はゴダード宇宙飛行センターで行われている。また、2016年までのシステム更新に伴い、メリーランド州ブロッサムポイントに新たな地上局が設置される予定である。

衛星の種類

  • 第1世代TDRS TRW社開発
  • 第2世代TDRS ボーイング社開発
  • 第3世代TDRS ボーイング社開発

打ち上げ履歴

機種 衛星名 打ち上げ日 打ち上げ機(ミッション名) 備考
第1世代 TDRS-A 1983年4月4日 チャレンジャー (STS-6)/IUS 2009年10月引退、2010年6月停波
TDRS-B 1986年1月28日 チャレンジャー (STS-51-L)/IUS 打ち上げ失敗
TDRS-C 1988年9月29日 ディスカバリー (STS-26)/IUS
TDRS-D 1989年3月13日 ディスカバリー (STS-29)/IUS 2011年12月引退、2012年5月停波
TDRS-E 1991年8月2日 アトランティス (STS-43)/IUS
TDRS-F 1993年1月13日 エンデバー (STS-54)/IUS
TDRS-G 1995年7月13日 ディスカバリー (STS-70)/IUS TDRS-Bの代替
第2世代 TDRS-H 2000年1月20日 アトラスIIA
TDRS-I 2002年3月8日 アトラスIIA
TDRS-J 2002年12月10日 アトラスIIA
第3世代 TDRS-K 2013年1月31日 アトラス V
TDRS-L 2014年1月24日 アトラスV
TDRS-M 2017年8月3日(予定) アトラスV 2011年11月に追加調達を決定[1]

利用コスト

TDRSは米軍や、米国以外の宇宙機関、商業企業も使用しており、ULA社のアトラスVロケットなどの追跡にも使われている。 TDRSのバンド幅いっぱい(すなわち300Mbps)を1分間使用した場合の費用は$139で、現金での取引ではなく、科学データと引き換えにする場合もある。NASAは現在、1分間当たりのコストで課金するプロセスを廃止しようとしており、使用パーセントに移行する方向。2014年からは軍事使用での経費の支払いは廃止された。これは年間約$70 million から$80 millionに相当する[2]

注釈

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