Two-line element set

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.^[1][2]

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,^[3][4] 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.

في أوائل الستينيات، طوّر ماكس لين نماذج رياضية للتنبؤ بمواقع الأقمار الصناعية بالاعتماد على مجموعة بيانات أساسية. وقدّم في ورقته البحثية الأولى حول هذا الموضوع، المنشورة عام ١٩٦٥، نظرية السحب التحليلية، التي ركّزت بشكل أساسي على تأثيرات السحب الناتجة عن غلاف جوي كروي متناظر غير دوّار. ^{[ ٥ ]} وانضم إليه ك. كرانفورد، ونشر الاثنان نموذجًا مُحسّنًا عام ١٩٦٩ أضاف تأثيرات توافقية متنوعة ناتجة عن تفاعلات الأرض والقمر والشمس، بالإضافة إلى مدخلات أخرى. ^{[ ٦ ]}

استُخدمت نماذج لين على نطاق واسع من قِبل الجيش ووكالة ناسا بدءًا من أواخر الستينيات. وأصبح الإصدار المُحسّن منها النموذج القياسي لقيادة الدفاع الجوي لأمريكا الشمالية (نوراد) في أوائل السبعينيات، مما أدى في النهاية إلى ابتكار تنسيق TLE. في ذلك الوقت، كان هناك تنسيقان مُصممان للبطاقات المثقبة : "تنسيق داخلي" يستخدم ثلاث بطاقات لتشفير التفاصيل الكاملة للقمر الصناعي، بما في ذلك الاسم وبيانات أخرى، و"تنسيق إرسال" ببطاقتين يسرد فقط العناصر القابلة للتغيير. ^{[ 7 ]} وقد وفّر هذا الأخير مساحة على البطاقات، وأنتج مجموعات أصغر عند تحديث قواعد البيانات.

واصل كرانفورد العمل على النمذجة، مما أدى في النهاية إلى نشر لين لتقرير سبيس تراك رقم 2 الذي يشرح بالتفصيل نظرية الاضطراب العام للقوات الجوية، أو AFGP4. وصف التقرير أيضًا نسختين مبسطتين من النظام، IGP4 التي استخدمت نموذجًا مبسطًا للسحب، وSGP4 (الاضطرابات العامة المبسطة) التي استخدمت نموذج السحب الخاص بـ IGP4 بالإضافة إلى نموذج مبسط للجاذبية. ^{[ 8 ]} كانت الاختلافات بين النماذج الثلاثة طفيفة بالنسبة لمعظم الأجرام. بعد عام واحد، صدر تقرير سبيس تراك رقم 3 ، متضمنًا شفرة المصدر الكاملة بلغة فورتران لنموذج SGP4. ^{[ 9 ]} سرعان ما أصبح هذا النموذج هو النموذج القياسي الفعلي ، سواء في الصناعة أو في مجال علم الفلك.

بعد فترة وجيزة من نشر التقرير رقم 3 ، بدأت وكالة ناسا بنشر بياناتٍ لمجموعة متنوعة من الأجرام السماوية المرئية وغيرها من الأجرام المعروفة في نشراتها الدورية للتنبؤات ، والتي كانت تتضمن بيانات تنسيق الإرسال مطبوعةً. بعد محاولاتٍ عديدة لإقناع ناسا بنشر هذه البيانات إلكترونيًا، تولى تي إس كيلسو زمام الأمور بنفسه وبدأ بنسخ القوائم يدويًا إلى ملفات نصية قام بتوزيعها عبر نظام لوحة إعلانات CelesTrak الخاص به . كشف هذا عن مشكلة في نظام التحقق من المجموع الاختباري الخاص بناسا ، والتي تبيّن لاحقًا أنها ناجمة عن تغيير في تمثيل رمز الجمع (+) على البطاقات المثقبة عندما قامت قيادة الدفاع الجوي لأمريكا الشمالية (نوراد) بترقية حواسيب UNIVAC الخاصة بها لاستخدام مجموعة أحرف EBCDIC بدلًا من BCD . اختفت هذه المشكلة عندما بدأ كيلسو بتلقي البيانات مباشرةً من نوراد في عام 1989. ^{[ 10 ]}

تم لاحقًا توسيع نموذج SGP4 بإضافة تصحيحات لأجرام الفضاء السحيق، مما أدى إلى إنشاء نموذج SDP4 الذي استخدم نفس بيانات TLE المدخلة. على مر السنين، تم تطوير عدد من نماذج التنبؤ الأكثر تقدمًا، لكنها لم تُستخدم على نطاق واسع. ويعود ذلك إلى أن بيانات TLE لا تحتوي على المعلومات الإضافية التي تحتاجها بعض هذه النماذج، مما يصعب معه العثور على العناصر اللازمة للاستفادة من النموذج المُحسَّن. وبشكل أدق، يتم تعديل بيانات TLE بطريقة ما لتحسين النتائج عند استخدامها مع نماذج سلسلة SGP، مما قد يؤدي إلى انخفاض دقة تنبؤات النماذج الأخرى مقارنةً بنموذج SGP عند استخدامها مع بيانات TLE الشائعة. النموذج الجديد الوحيد الذي انتشر استخدامه على نطاق واسع هو SGP8/SDP8، والذي صُمِّم لاستخدام نفس بيانات الإدخال، وهو عبارة عن تصحيحات طفيفة نسبيًا لنموذج SGP4.

في الأصل، كان هناك نوعان من تنسيقات البيانات المستخدمة مع نماذج SGP، أحدهما يحتوي على تفاصيل كاملة عن الكائن المعروف باسم "التنسيق الداخلي"، والآخر يُعرف باسم "تنسيق الإرسال" والذي كان يستخدم لتوفير التحديثات لتلك البيانات.

استخدم النظام الداخلي ثلاث بطاقات مثقبة، كل منها تحتوي على 80 عمودًا. تبدأ كل بطاقة برقم، 1 أو 2 أو 3، وتنتهي بالحرف "G". ولهذا السبب، عُرف النظام غالبًا باسم "نظام بطاقة G". بالإضافة إلى العناصر المدارية، تضمنت بطاقة G علامات متنوعة مثل بلد الإطلاق ونوع المدار (مستقر بالنسبة للأرض، إلخ)، وقيمًا محسوبة مثل ارتفاع الحضيض والقدر الظاهري، وحقلًا للتعليقات يتسع لـ 38 حرفًا.

يُعدّ تنسيق الإرسال نسخةً مُصغّرةً من تنسيق بطاقة G، حيث يسمح بنقل المعلومات المهمة إلى بطاقتين، مع حذف أي بيانات لا تخضع للتغيير بشكل دوري، أو البيانات التي يُمكن حسابها باستخدام قيم أخرى. على سبيل المثال، لا يتم تضمين ارتفاع نقطة الحضيض من بطاقة G، إذ يُمكن حسابه من العناصر الأخرى. ما يتبقى هو مجموعة البيانات اللازمة لتحديث بيانات بطاقة G الأصلية عند إجراء قياسات إضافية. تُقسّم البيانات إلى 69 عمودًا، ولا تتضمن حرفًا زائدًا في نهايتها.

تُعدّ ملفات TLE ببساطة بيانات تنسيق الإرسال مُحوّلة إلى نص ASCII بدلاً من البطاقات المثقبة. تتضمن معظم ملفات TLE الآن سطرًا ثالثًا مُبسّطًا يحتوي على الاسم فقط، وتُعرف هذه الملفات باسم "3LE"، بينما تُعرف الملفات التي لا تحتوي على سطر الاسم باسم "2LE". أما المعلومات الأخرى من تنسيق G الأصلي فهي غير موجودة في ملفات TLE الحديثة.

مثال على نظام إدارة الوقت (TLE) لمحطة الفضاء الدولية :

محطة الفضاء الدولية (زاريا) 1 25544U 98067A 08264.51782528 -.00002182 00000-0 -11606-4 0 2927 2 25544 51.6416 247.4627 0006703 130.5360 325.0288 15.72125391563537

معنى هذه البيانات هو كما يلي: ^{[ 2 ]}