Bahnelemente

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Satelliten sind Himmelskörper, die den Gesetzten der Physik gehorchen und deren Positionen sich daher berechnen lassen. Um mit geeigneten Programmen den Ort eines Satelliten zu einer bestimmten Zeit zu ermitteln, benötigt man spezifische Daten die seine Bahn beschreiben, die sogenannten Bahnelemente. Ganze Sammlungen von Bahnelementen kann man sich via Internet in Form sogenannter Bahnelementedateien (= TLE-Dateien, s.u.) besorgen. Einige Beispiele für verfügbare Bahnelementedateien:


catalog_3l_yyyy_mm_dd_am.txt (mit yyyy=Jahr, mm=Monat, dd=Tag): Sie ist etwa 1,3 MByte groß (gzip-komprimiert etwa 490 kByte) und enthält die Bahnelemente von ca. 8.500 Objekten. Der größte Teil davon ist allerdings nur mit dem Teleskop zu sehen. Die Datei ist über www.space-track.org nach persönlicher Registrierung zu bekommen (Details dazu).

mccants.tle: Seit Februar 2005 nicht mehr verfügbar (Details dazu). Diese von Mike McCants zusammengestellte Datei hatte etwa 300 kByte Umfang (zip-komprimiert etwa 100 kByte) und enthielt die Bahnelemente von ca. 1.750 Objekten, deren Gemeinsamkeit darin liegt, daß sie mit einfachen Mitteln (dem bloßen Auge oder mit einem Fernglas) beobachtet werden können.
Wie es aussieht, hat Mike McCants ein Programm geschrieben, mit dem man sich aus den Daten von www.space-track.org zukünftig selbst eine mccants.tle zusammenstricken kann. Mehr dazu auf seiner Programme-Seite, oder von mir, sobald ich die Zeit dafür finde.

visible_3l_yyyy_mm_dd_am.txt.gz (mit yyyy=Jahr, mm=Monat, dd=Tag): Diese Datei ist über www.space-track.org nach persönlicher Registrierung zu bekommen (Details dazu). Dort findet sie sich unter "Bulk Catalog Data Downloads", hier "Visible Satellites", von wo aus man sie unter "Three-Line Format (includes object names)" herunterladen kann. Sie läßt sich mit WinZip oder IZArc zur Datei "visible_3l_yyyy_mm_dd_am.txt" entpacken und wird hier auf satellitentracking.de als "visible.tle" angesprochen. Um Verwirrungen zu vermeiden empfehle ich daher, "visible_3l_yyyy_mm_dd_am.txt" in "visible.tle" umzubenennen, man beachte dabei die Änderung der Dateiendigung in *.tle!
Diese Datei ist relativ klein (um 25 kByte; gzip-komprimiert etwa 12 kByte) und enthält nur die Elemente der Satelliten, die unter normalen Umständen mit bloßem Auge sichtbar sind. Sie ist ein geeigneter Kandidat für erste Schritte im Satellitentracking.

Eine nicht dem Militär unterliegende Quelle für Bahnelementedateien ist Celestrak, Dr. T. S. Kelso (Elemente bestimmter Satellitengruppen, z.B. Wettersatelliten, Nachrichtensatelliten etc.; auch historische Bahnelemente bis 1980 und die Elemente leicht sichtbarer Satelliten, die der visible.tle des letzten Absatzes entsprechen), dieser Seite wurde bis März 2006 das Recht zur Weitergabe der Bahnelemente einer gewissen Anzahl von Satelliten eingeräumt.

Die Primärquelle für Bahnelemente ist in allen Fällen www.space-track.org, dort finden sich auch Bahnelemente älterer Epochen.


Die Dateiendigung aller hier vorgestellter Bahnelementdateien, egal welche Dateiendigung sie ursprünglich besitzen (oft *.txt), sollten in "*.tle" geändert werden, da sie sich so besser von Textdateien unterscheiden lassen. "*.tle" steht für "two line (orbital) elements" was sich erklärt, wenn man sich einen Ausschnitt etwa der Datei visible.tle anschaut:

Ausschnitt 1 aus der Datei visible.tle

Jeweils auf eine Zeile mit Text folgen zwei Zeilen die praktisch nur aus Zahlen bestehen, den eigentlichen Bahnelementen, daher "two line". Die Textzeile, "Zeile 0" wenn man so will, kann vorhanden sein, sie ist aber nicht obligatorisch. Im Folgenden werden Bahnelementdateien auch als TLE-Dateien angesprochen, auch der Ausdruck "Elsets" für "Element Sets" wird gebraucht.

Die Beispielsdaten oben zeigen die Bahnelemente der Satelliten Atlas Centaur 2, Agena D, Cosmos 44 Rk und Cosmos 100.

In Zeile 0 steht für gewöhnlich der Name eines Satelliten im Klartext, wenngleich auch meistens abgekürzt. Man kann auf diese Zeile auch verzichten, weil die Identität eines Satelliten in der 1. Datenzeile codiert ist. Nehmen wir den ersten Satelliten als Beispiel:

Ausschnitt 2 aus der Datei visible.tle

"At Cent 2" ist die Abkürzung für "Atlas Centaur 2", es handelt sich dabei um eine Raketenstufe. In der 1. Zeile sind zwei Angaben farbig unterlegt:


Mitunter "fragmentieren" Raketenstufen oder Satelliten im Orbit (etwa durch die Detonation von Treibstoffresten oder das Zerbersten von Batterien) in wenige bis unzählige Teile - das kann sich z.T. noch viele Jahre nach dem Start ereignen. Während NORAD jedem Fragment nach seiner Entdeckung die nächste freie Nummer vergibt, weist das COSPAR den neuen Objekten einfach weitere Buchstaben zu.
Beispiel: Am 27. November 1997 verabschiedete sich der sowjetische Ozeanüberwachungssatellit Cosmos 1869 von seiner strukturellen Integrität und zerfiel in 20 Trümmerstücke. Nach seinem Start am 16. Juli 1987 waren zwei Objekte in den Orbit gelangt: 1. Cosmos 1869 selbst (COSPAR 1987-062A, NORAD 18214) und 2. die Oberstufe der Tsyklon Trägerrakete (COSPAR 1987-062B, NORAD 18215). Das erste detektierte Trümmerstück nach der Fragmentierung wurde zu COSPAR 1987-062C und zu NORAD 25300. Während das COSPAR zur Bezeichnung des ersten Trümmerteils also nur den neuen Buchstaben "C" anhängen mußte, stieg die NORAD Nummer dafür um über 7.000. Eine hohe NORAD-Nummer darf also nicht zu der Annahme verleiten, daß ein Objekt erst jüngst in den Orbit gelangt ist (wenngleich es natürlich als individuelles Objekt neu ist).

Kennt man von einem Satelliten nur COSPAR- oder NORAD-Nummer - kein Problem - Jonathan McDowell hält eine (etwa 5 MByte große) Liste mit beiden Nummern und den entsprechenden (gebräuchlichen) Klartextnamen aktuell.

Allerdings Vorsicht mit Klartextnamen: Es gibt viele Satelliten die gleich mehrere davon besitzen. So kann man den Erderkundungssatelliten 1972-058A sowohl als "Landsat 1" wie auch als "ERTS 1" ansprechen. Der Wettersatellit 1968-118A heißt gewöhnlich "ESSA 8", ihn "TOS F" zu nennen wäre aber auch nicht falsch. Die Namen chinesischer Satelliten werden oft unterschiedlich transkribiert wiedergegeben und stiften so Verwirrung. Oder aber Satelliten werden verkauft und vom neuen Eigentümer umbenannt. Es gibt noch viele weitere Beispiele. Daneben kommt es vor, daß NORAD Satelliten falsche Klartextnamen zuweist. NORAD 24905 z.B. wird zur Zeit des Verfassens dieses Textes von NORAD als Iridium 24 ausgewiesen, vom Besitzer allerdings Iridium 46 genannt. Daher sollte man sich im Zweifelsfall nur an die NORAD-, oder besser noch nur an die COSPAR-Nummer (weil international verbindlich) halten, denn damit ist bei der Wiedersichtung eines Satelliten dessen Identität gesichert.
Raketenstufen werden in "Zeile 0" gelegentlich als Typ angesprochen, z.B. "SL-12", dem NATO-Code für die sowjetische Proton-Rakete. Das ist insofern praktisch, als man sich als Tracker ja gerade für das eigentliche Objekt interessiert: im Falle der SL-12 ist das eine "Blok DM" Oberstufe. Der Nachteil: Es gibt unzählige SL-12 Blok DM im Orbit, daher wird zur Unterscheidung meistens der Namen des Satelliten der mit der betreffenden Rakete gestartet wurde genannt, verbunden mit dem Zusatz "R/B" (für rocket body), "Rk", "R" oder "r". "OAO 2 R/B" bedeutet also, daß es sich um die Raketenoberstufe handelt, mit der der Astronomiesatellit OAO 2 gestartet wurde. Den Typ der Oberstufe muß man dann an anderer Stelle ermitteln.
Einen Namenszusatz der einem auch oft über den Weg läuft, ist "deb" oder "DEB" - für "debris" - Trümmer. Etwa in "Titan 3C deb". Gemeint ist ein Trümmerstück einer Titan 3C Raketenoberstufe.

Im Zusammenhang mit Bahnelementen muß man eine Sache unbedingt beachten: Es handelt sich bei ihnen um Parameter, die durch Messungen (Radar, optisch) ermittelt werden. Sie sind aber nur für einen begrenzten Zeitraum anwendbar. Denn Satellitenbahnen unterliegen etlichen Störungen, die nicht berechenbar sind - die Bahnelemente verändern sich also im Laufe der Zeit. Wenn NORAD daher heute die Elemente des Satelliten XY mißt und veröffentlicht, so wird man ihn damit genau lokalisieren können. Mit fortschreitender Zeit kann man dann aber beobachten, daß die errechnete Soll-Position (-Zeit) immer mehr von der beobachteten Ist-Position (-Zeit) abweicht. Irgendwann ist der Punkt erreicht, an dem man nicht mehr in der Lage sein wird den Satelliten am Himmel mit Sicherheit zu identifizieren. Spätestens dann benötigt man neue Bahnelemente. Wann dieser Punkt erreicht wird, ist von Satellit zu Satellit verschieden, denn es gibt stabilere und weniger stabile Orbits.

Der Zeitpunkt für den die Bahnelemente eines Satelliten bestimmt wurden, nennt sich die Epoche. Sie ist dezimal in den TLE-Daten niedergelegt und zwar in der vierten Zahl der 1. Zeile der Bahnelemente, z.B.:

Ausschnitt 3 aus der Datei visible.tle

Die Epoche ist farbig markiert. Die ersten zwei Ziffern (00) stehen für das Jahr (2000), die folgenden für den Tag, also den 007.03757743ten Tag, das entspricht dem 08. Januar 00 Uhr 54 Minuten 6,7 Sekunden (der 08. Januar, nicht der 07. - denn die Datumszählung beginnt in der Astronomie, anders als im "Alltagsleben", bei Null). Im Prinzip gelten die Bahnelemente also nur für genau dieses Datum.

Die Bahnelemente der einzelnen Satelliten einer TLE-Datei haben übrigens sehr unterschiedliche Epochen. Als Beispiel die Zahlen der Datei mccants.tle, die ich zum Zeitpunkt der Niederschrift aktuell heruntergeladen habe. Im einzelnen verteilen sich die Epochen der 1692 aufgelisteten Satelliten wie folgt:

Epochenverteilung in einer TLE-Datei

Die Epoche der jüngsten Bahnelemente ist gerade um 0,79 Tage verstrichen, die der ältesten um 1317 Tage. Die meisten Bahnelemente besitzen aber ein Epochenalter zwischen etwa 2 und 9 Tagen. "Frisch" heißt bei einer TLE-Datei also nicht gleich "vom Tage". Wichtig ist nur, daß die Genauigkeit ausreicht um zumindest die meisten Satelliten eindeutig identifizieren zu können. Unter Umständen gelingt dies für einige wenige Objekte nicht, mögliche Gründe dafür sind z.B.:

Im allgemeinen sollte man TLE-Dateien die regelmäßig aktualisiert werden noch verwenden können, wenn ihr Download nicht länger als ein, zwei Wochen her ist (im Zweifelsfall werden diese Dateien ohnehin nur alle paar Tage aktualisierte). Nur für den Fall, daß ein Satellit einmal nicht am Himmel zu sehen war, obwohl er eigentlich hätte erscheinen sollen, wären veraltete Bahnelemente eine mögliche Erklärung und man sollte einen Blick auf die Epoche werfen.

Alle weiteren Zahlenwerte eines Bahnelementsatzes werde ich hier nicht besprechen, da sie für diese Einführung irrelevant sind. Bei Interesse informiere man sich darüber unter www.satobs.org.


Jetzt kann man sich, falls noch nicht geschehen Bahnelementedateien aus dem Netz herunterladen, sollte diese Anleitung aber trotzdem weiterlesen. Denn im Rahmen dieser Einführung sollen die TLE-Dateien ja noch von weiteren Programmen - Astrosat und/oder Quicksat und Home Planet sowie Findsat - verarbeitet werden, was zuvor weitere Schritte verlangen kann.

Versucht man z.B. eine TLE-Datei in Quicksat oder Astrosat zu öffnen, so kann es passieren, daß das nicht funktioniert, obwohl Home Planet dieselbe Datei anstandslos annimmt. In Microsoft Word wird man niemals Probleme haben, sich irgendeine TLE-Datei anzuschauen, was man angezeigt bekommt, sieht gut aus:

Ausschnitt 4 aus der Datei visible.tle

Nimmt man statt dessen den Windows-Editor "Notepad", dann könnte das Ergebnis aber auch so aussehen:

Ausschnitt 5 aus der Datei visible.tle

An was liegt das? Am Ende jeder Zeile einer TLE-Datei befindet sich ein nicht auf dem Bildschirm angezeigtes Zeichen, das den Computer anweist, einen Zeilenumbruch vorzunehmen. Manche Rechner auf denen Bahnelemente zusammengestellt werden laufen unter dem Betriebsystem UNIX. Und UNIX-Rechner verwenden für den Zeilenumbruch ein anderes Zeichen als PCs unter Windows oder DOS dies tun. Es gibt zwar Windows/DOS-Programme, die das UNIX-Zeilenumbruchzeichen richtig interpretieren. Daher werden (fast) alle TLE-Datei von Home Planet ohne Murren geladen und in Word korrekt dargestellt. Quicksat, Astrosat oder Notepad beherrscht dieses Kunststück jedoch nicht und folglich resultiert auch der Mist, der oben dargestellt ist. Wohlgemerkt: Die meisten TLE-Datei verwenden DOS-Zeilenumbrüche, es kann einem aber durchaus auch eine Bahnelementedatei mit UNIX-Zeilenumbrüchen begegnen.

Es gibt zwei Lösungen des Problems:


weiter... Der Windows Element Manager

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Letzte Aktualisierung: 31.05.2006   Kontakt