Parallele Umlaufbahnen um die Erde – effektiv?

Bearbeiten: Für die Zwecke dieser Übung könnte man erwägen, drei oder vier identische Raumfahrzeuge zu verwenden und zu jedem beliebigen Zeitpunkt die "besten zwei von drei (oder vier)" für die Interferometrie zu verwenden.

1994 flogen STS-59 und STS-68 Spaceborne Imaging Radar , eine Art Synthetic Aperture Radar (SAR). SAR ist eine Art interferometrisches Radar, bei dem Phaseninformationen (in Bezug auf den lokalen Oszillator an Bord) aufgezeichnet und die Interferenzphänomene während der Analyse offline berechnet/simuliert werden. Anstelle mehrerer Antennen werden mehrere Datensätze mit dem Shuttle oder Raumfahrzeug an verschiedenen, aber nahegelegenen Positionen in seiner Umlaufbahn aufgezeichnet.

Zwei aufeinanderfolgende Messungen im Abstand von Millisekunden liefern die Trennung in Richtung der Orbitalspur, aber nahezu zufällige Boden-Spur-Umlaufbahnen, die durch lange Zeiträume getrennt sind, sind erforderlich, um Verschiebungen in der senkrechten Richtung zu erhalten.

So wurde im Jahr 2000 STS-99 mit der Shuttle Radar Topography Mission gestartet . Durch das Ausfahren einer zweiten Antenne 60 Meter vom Shuttle entfernt senkrecht zur Orbitspur konnte eine Interferenz in dieser Richtung mit herkömmlicher Interferometrie realisiert werden, während für die Orbitrichtung weiterhin die SAR-ähnliche Datenanalyse verwendet wurde. unten: von hier .

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Ohne die mechanische Verlängerung würde die 2. Antenne, wenn sie sich auf der gleichen Höhe wie das Shuttle befände und sich parallel bewegt, in einem Viertel einer Umlaufbahn mit dem Shuttle kollidieren. Dies liegt daran, dass sich ihre Umlaufebenen schneiden würden. Herkömmliche parallele Umlaufbahnen um einen kugelsymmetrischen Körper existieren nicht. (Überlassen wir die Diskussion über exotische Umlaufbahnen um zigarrenförmige Körper anderen Fragen.)

Als Übung, welche Arten von Orbitallösungen gibt es, wenn das Erweiterungsgerüst nicht verwendet würde? Nehmen wir an, dass es für ein hypothetisches System der nächsten Generation mit kürzerer Wellenlänge zu stark wackelte oder dass eine längere Basislinie erwünscht war. Angenommen, Sie könnten mehr als eine Antenne verwenden.

Frage: Welche orbitalen "Tricks" könnten verwendet werden, um mindestens eine Antenne bereitzustellen, die zu jeder Zeit ungefähr parallel zu einem primären Raumfahrzeug kreist? Die Trennung muss nicht konstant sein, sie muss nur bekannt/vorhersehbar sein und sollte mindestens einige Wochen lang funktionieren.

Hinweis: Jetzt, da wir unabhängig fliegende Antennen haben, könnte eine zusätzliche Einheit problemlos vor der primären fliegen. Dies kann die Notwendigkeit einer SAR-Analyse beseitigen oder auch nicht, es kann andere Vorteile geben, wie beispielsweise die viel großen effektiven Basislinien. Nehmen Sie auch optische Verbindungen zwischen Raumfahrzeugen an, also keine Koaxialkabel mehr.

unten: "Space Shuttle Radar Topography Mission Canister, Antenna" aus dem Smithsonian National Air and Space Museum A20040261000d20 .

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Wie wäre es, wenn Sie die Antenne einfach in die gleiche Umlaufbahn nach vorne oder hinten bringen? Der Trennungsabstand bleibt konstant (mit sehr kleinen Lagekorrekturen) und die Richtung wird im oberflächenrelativen Rotationsrahmen konsistent sein.
Die 2D-Bildgebung benötigt Daten in beide Richtungen. Ich habe versucht, dies in der Frage zu behandeln; Der Boom ist eine Verbesserung gegenüber den Nähdaten aus verschiedenen Durchgängen.
Spielt es eine Rolle, ob sich diese zweite Antenne ein wenig bewegt, solange ihre Position relativ zum Shuttle sehr gut bekannt ist?
@Steve für die Zwecke meiner aktuellen Frage zu Orbitaltechniken, nein!. " Die Trennung muss nicht konstant sein, sie muss nur bekannt/vorhersagbar sein ..." In einer realen Radar-Mapping-Anwendung wird das auch bis zu einem gewissen Grad zutreffen, aber es kann von der Rate und/oder dem Frequenzspektrum abhängen die Relativbewegung. Aber das wäre eine andere Frage. Nehmen wir für diese Frage an, dass alle Satelliten über eine Reihe von Navigationsinstrumenten verfügen, einschließlich einer Kombination aus relativem GPS, empfindlichen Beschleunigungsmessern / Kreiseln und Laserinterferometern zwischen jedem Paar von Raumfahrzeugen.
Unter der Annahme von LEO beträgt das Delta-V-Budget für die Stationshaltung etwa 0,5 m/s pro Woche, um den atmosphärischen Luftwiderstand zu kompensieren. Mit einem ähnlich überschüssigen Delta-V-Budget könnten Sie es wahrscheinlich in Position halten. Wahrscheinlich mit intermittierenden Zündungen zwischen den Messungen.
"Herkömmliche parallele Umlaufbahnen um einen kugelsymmetrischen Körper gibt es nicht." Eine unkonventionelle Lösung ist ein kontinuierlich angetriebener Orbit. Raketen geht der Treibstoff aus, aber einem Sonnensegel nicht. CR McInnes diskutiert Offset Orbits in seinem Text "Solar Sailing". Ich habe ein Beispiel erstellt, konnte aber die Zeichnung nicht dazu bringen, mit dem Text zu posten.
@MBM das klingt wirklich interessant! Bitte erwägen Sie, die Antwort zu posten, auch wenn es sich nur um Text handelt. Wenn Sie einen Link zum Speicherort des Bildes oder eine Beschreibung angeben, wo jemand anderes helfen kann, es zu bekommen, werden wir sicher einen Weg finden, Ihnen beim Hinzufügen zu helfen. Wenn es überzeugt, füge ich ein neues Kopfgeld für Sie hinzu. Vielen Dank!

Antworten (2)

Sie könnten einen Hauptsatelliten mit 2 Tochterunternehmen verwenden. Die Tochtergesellschaften verwenden Umlaufbahnen mit der gleichen Form wie die Hauptumlaufbahn, jedoch in einer Ebene, die relativ zur Hauptumlaufbahn einen leichten Winkel aufweist (plus einem minimalen Höhenunterschied, um Kollisionen zu vermeiden). Der Punkt, an dem U-Boot 1 die Umlaufbahn des Hauptflugzeugs kreuzt, sollte 90 Grad von dem Punkt entfernt sein, an dem U-Boot 2 die Umlaufbahn des Hauptflugzeugs kreuzt.

Mit 2 Subs hat man immer einen, der mehr als die Hälfte des maximalen Abstands vom Main entfernt ist.

Wenn Sie senkrecht zur Orbitalebene statt radial nach außen schauen, können Sie Ihren sekundären Sensor um den von Ihnen gewählten Abstand d auf einer niedrigeren Umlaufbahn haben . Bei jeder Umlaufbahn driftet es dem Fahrzeug um etwa 3 pi d voraus. Bei LEO bewegt er sich nur um etwa eine Zehntelsekunde pro Umlauf fort. Also die Bilder vom sekundären Sensor etwas früher, damit die Positionen im Orbit übereinstimmen.

Für eine Umlaufbahn von 7000 km haben Sie ~ 100 Umlaufbahnen pro Woche. Bei 60 m Abstand sind das 7,5 Sekunden Abstand pro Woche. Sie können zwischen den Messungen jederzeit mit Korrekturverbrennungen kompensieren oder einen neuen Sensor starten, wenn der erste zu weit entfernt ist. wahrscheinlich wäre die ideale Konfiguration jedoch eine gezeitengesperrte Leine, aber das beantwortet die Frage nicht.

Der offensichtliche Nachteil dieser Konfiguration ist, dass Sie eine eingeschränktere Sicht auf den Himmel haben.

Ich gebe dem aber etwas, es ist eine großartige Idee! Das Problem ist, dass eine radiale Trennung interferometrisch möglicherweise keine hochaufgelösten transversalen Informationen liefert. Normalerweise ist es die Trennung senkrecht zur Richtung der Strahlen, die es der Interferometrie ermöglicht, zu arbeiten. Ich werde es prüfen. Ich mag die Methode, die Sie in Ihrem Kommentar beschreiben, sehr - können Sie die Mathematik überprüfen und, wenn sie funktioniert, vielleicht erwägen, sie hier oder als zweite Antwort hinzuzufügen?
Soweit ich das beurteilen kann, hilft hier ein radialer Versatz nicht. Eine kleine radiale Verschiebung (zig Meter) bei 400.000 Metern erzeugt ein nahezu identisches reflektiertes Signal. Aus diesem Grund ist die in der Frage gezeigte Verschiebung quer zur Spur (seitwärts).
Ich glaube du missverstehst meinen Vorschlag. In der Originalversion befinden sich alle vier Punkte innerhalb derselben Kugel und somit ist Ihr 'Bohrblick' radial nach außen gerichtet. In meiner vorgeschlagenen Konfiguration befinden sich die vier Punkte innerhalb derselben Orbitalebene, sodass Ihr „Bohrungsvisier“ senkrecht zur Orbitalebene oder äquivalent parallel zur Rotationsachse ist. Daher habe ich die eingeschränktere Sicht auf den Himmel erwähnt, da das Teleskop entlang der gesamten Umlaufbahn auf dieselben zwei Vektoren beschränkt ist, anstatt um 360 Grad herumzuschwingen.
Wie ich in der Frage beschrieben habe, speichert das Raumfahrzeug bereits Messungen entlang der Spur digital und führt in der Software eine synthetische Interferenz benachbarter Punkte entlang der Spur durch , daher der Name "Radar mit synthetischer Apertur". Ich frage nach der Aufzeichnung von Daten in einer zweiten Richtung; von einem nahe gelegenen Ort über die Strecke oder aus dem Flugzeug.
Ihnen fehlt immer noch, was ich zu sagen versuche. Ich kann mir keine Möglichkeit vorstellen, es ohne Diagramme besser zu kommunizieren, die sehr schwer freihändig zu zeichnen wären, also glaube ich, ich gebe auf. Es sieht so aus, als hätte die andere Antwort die Dinge zufriedenstellend beantwortet, daher ist es sowieso nicht so wichtig, diese Antwort zu verstehen.
Es tut mir leid, dass ich Ihre Idee nicht verstehe. Ich möchte noch einmal überprüfen, ob Sie verstehen, dass "voraus" nicht hilft, da SAR bereits Daten verwendet, die manchmal Sekunden davor und danach als Standardfunktion aufgezeichnet wurden, und es sind die "zur Seite"-Daten, die ich bin frage hier nach.
Ja ich verstehe. Sei X ein Vektor in Fahrtrichtung, Y ein Vektor, der vom Erdmittelpunkt wegzeigt, und Z orthogonal zu beiden. In der Standardeinstellung erhalten Sie eine Verschiebung entlang X mit Zeitverzögerung und eine Verschiebung entlang Z mit Crosstrack-, Boom- oder Hobbes-Lösung. Dies gibt Ihnen ein "Teleskop", das in Richtung Y zeigt. In meinem Vorschlag erhalten Sie eine Verschiebung entlang X mit Zeitverzögerung und eine Verschiebung entlang Y mit einem Satelliten in einer niedrigeren / höheren Umlaufbahn. Dadurch erhalten Sie ein "Teleskop", das in Richtung Z zeigt.
OK, das Problem hier ist, dass das Radar in Z-Richtung nichts sehen kann. Hier sind zwei Punkte zu beachten; 1) Dies ist Radar, also muss dort und relativ nahe etwas sein, um das gesendete Radarsignal zurückzureflektieren. Es ist kein Teleskop, das externe Signale empfängt. 2) Die Verwendung von Radar dient hier dazu, die Erdoberfläche in hoher Auflösung abzubilden, sodass bei diesen Koordinaten nur die negative Y-Richtung von Interesse ist. Deshalb heißt es die Shuttle-Radar - Topografie - Mission . Es ist die Topographie der Erde, die von zurückreflektierten Radarsignalen kartiert wird.
Entschuldigung, diese ganze Verwirrung war damals mein Fehler, ich dachte stattdessen an Radioteleskope mit synthetischer Apertur.
Ok, kein Problem! Es ist immer gut, über solche Dinge zu diskutieren, du hast mich auch dazu gebracht, intensiver darüber nachzudenken! :-)
Parallele Umlaufbahnen um die Erde – effektiv?
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