Satellitenposition

Die Voyager 1 machte 1990 ein letztes Foto und danach wurde die Kameraausrüstung zum Energiesparen abgeschaltet. Die Schätzungen darüber, wo das Foto im Weltraum aufgenommen wurde, variieren jedoch um viele Hunderttausend Kilometer – kein exakter Punkt im Weltraum. Die Voyager-Sonde ist jedoch alt, und ich frage mich, wie gut wir heute einen Punkt im 3D-Raum schätzen können? Würde ein heute gebautes Raumschiff genau sagen können, wo es war, als es ein Bild gemacht hat?

Hier ist etwas Lektüre zum Thema: scientificamerican.com/article/how-do-space-probes-navig und sbir.nasa.gov/printpdf/53085 und Trends in Space Navigation - IEEE Xplore Document ... am besten, um die Frage zu verschieben Dann. Neue Ausrüstung beruht wahrscheinlich auf der visuellen Korrelation der bekannten Himmelskarte und Planetenpositionen, die heute viel genauer sind, mit einer an Bord befindlichen Himmelskarte, so dass sich die Ausrüstung anpassen kann, ohne tagelang auf das Senden und Empfangen von Kontrollen vom Kontrollzentrum warten zu müssen.
Um ein aktuelles Beispiel zu nennen: Das auf der Erde befindliche DSN-Deep-Space-Netzwerk kann die Satellitenbewegung sehr gut auf mm/s und Meter Richtung zwischen zwei Empfängern abschätzen. Die Position ist weniger genau. Vor der Cassini-Mission betrug der Positionsfehler von Saturn 100 km, gemessen an Bodenteleskopen. Cassini wurde relativ zum Saturn mit einem Unsicherheitsfaktor von 1 km navigiert und nicht relativ zum Sonnensystem. Sonden werden mit einem Koordinatengitter programmiert, das auf der festen Position des Sterns und dem Schwerpunkt der Sonne als Ursprung basiert. Sie verwendeten Cassini, um die Saturnposition von 100 km Genauigkeit im Jahr 2010 auf heute 2 km Genauigkeit zu reduzieren.
Ich denke, diese Frage stellt sich wirklich: "... wie gut können wir heute einen Punkt im 3D-Raum schätzen?" und nicht primär nach der Ungewissheit der Position der Voyager fragen.

Antworten (2)

Die Positionsgenauigkeit der Raumsonden hängt hauptsächlich von der Geldsumme ab, die für die Navigationssensoren und die Navigationsausrüstung ausgegeben wird.

Heute können wir in jeder Entfernung des Weltraums in Röntgenpulsar-basierte Navigation investieren , für die ein Testsystem auf dem Neutron Star Interior Composition Explorer, NICER, gestartet wurde. Es bietet eine Genauigkeit von 5 km unter Verwendung von Pulsarperioden und erfordert eine leichtere und kleinere Antenne, um die Röntgenstrahlen einzufangen.

Andere fortschrittliche Ausrüstungen sind eigenständige Navigationssysteme an Bord, die aus Sensoren und Himmelsmodellen bestehen, die den Kurs mithilfe optischer Messungen und einer an Bord befindlichen Himmelskarte mit vorgegebener Genauigkeit selbst korrigieren können. Sie werden zusammen mit einem festen Raumkoordinatensystem mit Ursprung auf dem Sonnenschwerpunkt verwendet und relativ zu den Sternbildern fixiert.

Vor 2017 war die Position im Weltraum ungenau, und die Feinsteuerung wurde relativ zum angenäherten Objekt mit Kameras durchgeführt, wobei das angenäherte Objekt bis zu mehreren km / 100ds von km unbekannt war. es besteht aus 1/Geschwindigkeit 2/Position 3/Bewegungsvektor 4/Raumobjektkarte ... all diese Faktoren werden ständig massiv verbessert, und die Genauigkeit hängt nur vom Budget der Navigationsgeräte ab.

Die Radio-Doppler-Messung des verschobenen Radiosignals ergibt eine sehr gute Genauigkeit der radialen Bewegung von den terrestrischen Empfängern bis auf 1 mm/s, und zwei um den Planeten herum angeordnete Radioempfänger können den Bewegungsvektor ziemlich gut bestimmen.

Die Position ist schwieriger, zum Beispiel war Cassinis Position relativ zu Saturn 1 km und Saturn relativ zur Erde 100 km bekannt. (nach Cassini wurde dies auf 2km relativ zu uns verfeinert).

Sie prüfen alle Arten von neuen Geräten, um die Präzision zu erhöhen, zum Beispiel Laser-Doppler zwischen Satelliten mit optischen Costas-Schleifen und Helium-Neon-Laser und anderen präzisen Wellenlängen. Ein Test des optischen Dopplers wurde auf einer früheren Mondmission durchgeführt, um die Positionierung und Datenkommunikation bis zu einer Entfernung von 250.000 Meilen (> Erde-Mond-Entfernung) zu verbessern.

Wenn Voyager eine 30-Megapixel-Kamera und eine sehr gute Zoom- und bewegliche Kamera verwendet, könnte sie ihre Position um ein Vielfaches feiner bestimmen als die Version aus den 1970er Jahren. Die Himmelskarte ist auch besser. der Radiodoppler wird heute noch verwendet, ist aber präziser, und der optische Doppler geht nicht so weit. Seine Position relativ zu besuchten Objekten war viel höher aufgelöst als die Position der besuchten Objekte.

Die Bordnavigation kann nur die Lage bestimmen, nicht die Position innerhalb des Sonnensystems.
@Hobbes, abgesehen von einigen ganz besonderen Fällen, z. B. wenn New Horizons eine Ephemeride hatte, könnte es zumindest für eine Weile eine ziemlich gute Vorstellung davon bekommen, wo es nach dem Pluto-Vorbeiflug war. (Teleskop+Ephemeriden+Uhr+Vorbeiflug)
@Hobbes, warum sagst du das? Könnte eine Bordnavigation nicht in der Lage sein, ihre Position anhand der scheinbaren Größe der Sonne/Planeten und ihrer bekannten Positionen zu bestimmen?
Die Bordnavigation von einem der Links, die ich gepostet habe, soll in der Lage sein, ein statisches Koordinatensystem basierend auf den Hintergrundsternen zu zeichnen, und kann eine Karte des Sonnensystems enthalten. Vielleicht haben Sie an Kommunikationssatelliten gedacht. Ich habe vor 2 Tagen gelesen, dass sie derzeit neue Satelliten aussenden, um das Deep-Space-Netzwerk zu ersetzen, weil es etwas überlastet und ungenau ist.
Alle von Ihnen erwähnten Optionen haben eines gemeinsam: Sie werden bei keiner aktuellen interplanetaren Mission verwendet.

Gegenwärtige interplanetare Raumfahrzeuge haben keine Möglichkeit, ihre eigene Position zu bestimmen. Ihre Position wird von der Erde aus zB mit dem DSN gemessen. Dies ergibt eine Position, die auf der Erde-Raumfahrzeug-Achse sehr genau ist ( ~1 m Auflösung ), aber eine geringere Auflösung in den anderen beiden Achsen hat.

Systeme zur Unterstützung der autonomen Positionierung werden untersucht, aber noch keines davon ist im operativen Einsatz.