时间序列在太空领域独领风骚：太空行业的数据库

作者：Jason Myers / 用例，开发者
2023年9月18日

本文最初发表在The New Stack上，在此经授权转载。

虽然时间序列数据对航天工业至关重要，但管理这些数据并不总是那么简单。

尽管人类尚未开发出光速旅行、传送或电影或书籍中看到的许多其他酷炫事物，但这并不意味着我们不是在取得进步。技术的发展正逐渐模糊科幻与现实在太空领域的界限。

有许多不同类型的技术使航天工业“运转”，但它们几乎都依赖于某种形式的时间序列数据。本文重点介绍了航天领域内使用时间序列数据的几个行业。然后，我们将探讨为这些组织生成数据的某些来源。最后，我们将考虑在太空领域关注商业利益时存在的挑战。

太空领域时间序列数据的用途

卫星通信

我们长期以来一直依赖卫星在全球范围内传递通信。无论是电话通话还是电视上的现场直播，每个人都曾从基于卫星的通信中受益。

Thales Alenia Space设计和交付卫星系统，为电信、导航、地球观测、环境管理、探索、科学和轨道基础设施提供动力。

就像你可能去过手机信号差的地区一样，通信公司会监控其卫星的信号质量。使用时间序列数据，这些组织可以跟踪信号强度和质量随时间的变化，并利用这些数据优化性能。

卫星运营商还需要时刻了解其设备的物理位置。将时间序列数据与雷达、信号多普勒和激光反射器数据相结合有助于确定卫星随时间的位置和运动。

此外，时间序列数据对于预测信号干扰和太空天气的影响至关重要。能够预测像太阳耀斑或流星雨这样的太空现象，可以显著影响卫星的性能。

地球观测和遥感

仅关注守望者是不够的。虽然确保太空设备（如卫星）处于良好工作状态很重要，但这些设备执行的工作也大量使用时间序列数据。 Loft Orbital提供太空基础设施作为服务，并对其所有在轨设备收集遥测数据，以确保一切正常运行。

遥感设备可以监控环境变化。无论是海平面、极地冰盖面积还是地球森林大小变化，都有几乎无限的环境要素需要跟踪。

时间序列数据的一个常见用途是研究气候模式和天气预报。准确及时的临床数据可以影响人类安全。这就是为什么这些数据在评估自然灾害以及在危机发生时制定应急响应和恢复努力时也很有用。

太空探索和导航

科幻小说让我们想到的外太空最常见的事情就是探索。任务规划和执行高度依赖于准确的数据和监控系统。

首先，我们需要实际的航天器来进入轨道。时间序列数据对于轨迹规划、设置阈值以及航天器发射的遥测至关重要。当然，成功发射后对数据的需求并没有结束。数据流使得我们能够监测航天器的健康状态以及空间任务的多项性能指标。

最近部署的韦伯太空望远镜突出了时间序列数据在太空中的另一种用途，即分析和预测天体事件。科学家们不仅能以前所未有的细致程度看到事物，还能更详细地追踪这些事件。

虽然这些例子并不全面，但它们描绘了一幅关于数据对于监测和理解太空行业方面的重要性的连贯画面。

太空行业中的时间序列数据来源

我们已稍微触及数据来源的话题，但深入探讨一下有助于突出太空行业所使用的各种工具和技术。

卫星传感器和仪器是我们最常见的几种数据来源。无论是公共还是私人组织，都使用各种设备来跟踪太空和地球上的事件。来自成像传感器（如光学或红外传感器）的数据帮助我们可视化和追踪现象。光谱学传感器有助于太空探索的许多方面，例如测量太阳辐射以了解太阳事件。这些传感器还可以跟踪遥远物体的运动，为我们提供对宇宙遥远边缘的更全面视角。

雷达和激光雷达传感器分别使用无线电波和激光来测量距离。宇航员使用激光雷达来绘制月球表面。这些传感器在面向外太空的倡议以及面向地球的目标方面有广泛的应用。例如，气象监测系统依赖于这些和其他传感器来监测太空环境，预测和减轻太空天气对航天器的影响，以及监测和预测太空中的辐射水平。

许多地面数据来源也有助于太空探索。望远镜和观测站收集关于太空中的物体和事件的数据并进行监测。例如，维拉·C·鲁宾天文台使用时间序列数据来保持其设备的良好运行。这些基于地球的设备和系统补充了轨道上的设备，甚至更远处的设备，以扩大人类可以监测的宇宙区域。它们还帮助追踪太空碎片并识别潜在的碰撞。

在太空行业中处理时间序列数据的挑战

虽然时间序列数据对太空行业至关重要，但管理这些数据并非总是简单直接。这在地球轨道上或其之外的设备尤其如此。由于将维修人员送上太空的费用几乎会超出任何公司的预算，因此对卫星进行常规维护是不可能的。因此，这些产生数据设备的需要内置冗余和自动化数据处理流程。

时间序列数据的一个挑战是，来源会产生大量数据。当您拥有云基础设施时，大量数据是可以接受的，但如果您需要在设备上收集数据并传输，您需要确保您有足够的资源来处理这些数据。

您不能简单地在卫星上更换更大的硬盘。因此，组织需要确保他们的设备有足够的存储和计算能力。后者是关键，因为尽管您可能希望从轨道来源将数据传输到地球上的存储，但您很可能希望处理这些数据以进行清洁和优化后再进行传输。这可以减少总的数据吞吐量。

当然，设备故障或太空天气事件可能会影响设备传输数据的能力。在这些事件中，组织需要确保他们在设备和他们的中央数据中心有工具来处理传输延迟和迟到数据。InfluxDB这样的时间序列数据库为许多这些挑战提供了解决方案。

InfluxDB可用于设备部署，可以在数据源头收集和处理数据。例如，边缘数据复制功能创建了一个持久的队列，以确保连接问题不会导致您丢失数据。相反，一旦连接恢复，数据会自动推送到数据库的云实例。InfluxDB会更新迟到数据，以确保您拥有尽可能完整的数据库集。

在利用空间方面，企业刚刚开始触及表面。随着越来越多的公司探索空间的可能性，InfluxDB将提供使宇宙观测和地球观测成为可能的工具和能力。