Um ein Raumfahrzeug um einen Asteroiden herum zu positionieren, muss man die Bahnparameter und die Ausrichtung des Asteroiden und des Raumfahrzeugs kennen. Der Formationsflug wird in Bezug auf die Positionierung relativ zu einem Asteroiden komplexer sein. Beim Formationsflug in LEO verwendet man GPS, um die Position des Raumfahrzeugs genau zu bestimmen. Da GPS im Weltraum nicht sinnvoll ist, ist Formationsfliegen mit lokalem Navigationssystem / Ortungssystem wichtiger.
Betrachtet man zwei oder mehr Körper, die in einer Schwarmkonfiguration relativ zueinander fliegen, welche Möglichkeiten gibt es, drahtlose Ad-hoc-Netzwerke oder andere bekannte ähnliche Technologien zu verwenden, die nützlich sein können, um das Raumfahrzeug autonom zu positionieren?
Teilen wir Ihre Frage in einzelne Aufgaben auf:
Sagen wir es von Anfang an: Sie können sich nicht auf andere Schiffe im Schwarm verlassen, um Ihre Mission zu erfüllen, da der Verlust eines Schiffs bestenfalls eine Verschlechterung der Fähigkeiten aller anderen und im schlimmsten Fall das Scheitern der Mission bedeutet.
Daher können Sie sich nicht auf kooperative Methoden verlassen, um herauszufinden, wo zum Teufel sich Ihr eigenes Fahrzeug befindet, und das bedeutet, dass das Extrahieren von Informationen zu Reichweite, Reichweite, Fluglage und Fluglage aus Kommunikationsverbindungen ein Bonus ist, aber niemals eine primäre Methode zum Ausführen des Show. Es gibt einige mildernde Faktoren, aber sie sind bestenfalls marginal.
Die autonome Bahnbestimmung hat mit Unsicherheiten zu kämpfen bei:
Um all dies und mehr zu bewältigen, müssen Sie mehrere physikalische Prinzipien anwenden (ich kenne die Mission, die Sie im Sinn haben, nicht wirklich, daher interessiert mich das genaue Massenbudget nicht) und Daten von allen in einem verschmelzen intelligenter Weg (möglicherweise, um systematische Fehler aufzudecken und Geräteausfälle zu kompensieren):
Für die autonome Lagebestimmung gibt es hier nichts Neues: Stern- und Sonnentracker, Laserkreisel und MEMS-Beschleunigungsmesser.
Für den Formationsflug und die Kollisionsvermeidung müssen Sie an Eckfälle denken, wenn einer der Sats im Schwarm die Lagekontrolle verloren hat und ausgast und droht, mit anderen zu kollidieren. Sie können optische Reflektoren und Ziele verwenden, um kombinierte Lidar-/Kameramessungen durchzuführen.
Wenn die Satelliten in Ihrer Formation über Kommunikationsverbindungen verfügen, können Sie zusätzliche Informationen erhalten, die Sie in Ihren Fusionsalgorithmus aus den Low-Level-Parametern einspeisen können, die von der Kommunikationskarte gelesen werden:
Es versteht sich von selbst, dass gewöhnliche Wireless-Protokolle und -Karten für Industrie und Einzelhandel dieses Nischensegment normalerweise nicht bedienen. Sie müssen Ihr eigenes Protokoll entwerfen und Wege finden, es in Hard- (FPGA) und Software (SDR) zu implementieren.
Grelieret al. Formationsflug-Hochfrequenzinstrument: Erste Flugergebnisse der PRISMA-Mission. 5. ESA-Workshop zu Satellitennavigationstechnologien und Europäischer Workshop zu GNSS-Signalen und Signalverarbeitung (NAVITEC). 2010. DOI (Paywall).
Ein weiterer Blick auf die PRISMA-Mission: http://issfd.org/ISSFD_2009/FormationFlyingI/Delpech.pdf
Kommerzielle Standard-WLANs werden Schwärmen, die in der Nähe eines Asteroiden operieren, keine Navigationsdaten liefern können
Speziell entworfene drahtlose Kommunikationsnetzwerke werden in der Lage sein, autonome Navigations- und Lagebestimmungsausrüstung zu ergänzen, aber nicht zu ersetzen
Optische, Radar- und drahtlose Kommunikationstechnologien können und sollten in Synergie verwendet werden, um die Genauigkeit der Navigation und des Formationsflugs zu verbessern.
Mit den richtigen Sensoren und der richtigen Software könnte eine Sonde autonom eine „Umlaufbahn“ um einen Asteroiden herstellen. Ich setze das in Anführungszeichen, da das Gravitationsfeld die Flugbahn je nach Entfernung vom Asteroiden komplizierter macht als die Umlaufbahn, an die Sie vielleicht denken.
Es könnte eine breite Palette von Sensoren eingesetzt werden, darunter Dinge wie LIDARs und RADARs. Obwohl es nur mit Kameras und einer IMU möglich wäre. Kameras können Lageinformationen unter Verwendung von Sternen, Umlaufbahnbestimmung unter Verwendung des Zielasteroiden und anderer Asteroiden sowie Entfernung und Position relativ zu Form und Oberflächenmerkmalen auf dem Zielasteroiden liefern.
Die Software ließ die Sonde zunächst entfernte Vorbeiflüge und dann im Laufe der Zeit näher kommen, um das Gravitationsfeld und die Rotationsgeschwindigkeit abzubilden und Bilder des Asteroiden aufzunehmen. Während diese Karten erstellt werden, kann die Sonde die Entfernung der Vorbeiflüge sicher verringern und in orbitähnliche Bahnen eintreten.
Wenn Sie viele Sonden auf vielen Asteroiden haben, wäre es sinnvoll, die gesamte Software und Intelligenz an Bord zu haben. Zunächst würden Sie jedoch Software für diese Aufgaben hauptsächlich vor Ort verwenden und entwickeln, während Sie lernen, wie Sie dies zuverlässig und effizient tun. Später würden Sie die Software auf die Sonden migrieren.
Mehrere Sonden auf demselben Asteroiden könnten ihn viel schneller kartieren, indem sie angesammelte Karten- und Gravitationsfeldinformationen zwischen den Sonden austauschen. Jetzt haben Sie jedoch die zusätzliche Komplikation der Kollisionsvermeidung mit anderen Sonden.
Ich weiß nicht, ob es viel Wert hätte, Datentypen zwischen Sonden zu sammeln, z. B. Doppler oder Entfernung zwischen Sonden. Sie können jeweils ihre eigene Navigation mithilfe von Karten des Asteroiden durchführen und sich gegenseitig ihre Flugbahnen nur zum Zwecke der Kollisionsvermeidung melden. ( TCAS um den Asteroiden.)
Wenn eine der Sonden stirbt, müssen Sie anhand ihrer letzten gemeldeten Position und Geschwindigkeit vorhersagen, wo sich diese befinden könnte. Hoffentlich verlässt es bald das System oder stürzt in den Asteroiden. Andernfalls wird die Unsicherheit über seine Position mit der Zeit zunehmen. Dann müssen Sie sich nur auf die Big Sky Theory verlassen , um Kollisionen mit diesem zu vermeiden.
Kim Halter
Kim Halter
AKU m
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