Warum zeigen diese beiden Sternkameras des Hubble-Weltraumteleskops in fast dieselbe Richtung, und wofür ist das andere Fenster?

Die drei "Fixed Head Star Tracker" zeigen nicht in die "fast gleiche Richtung", sie sind fast * orthogonal.

Sie bieten eine Lageerkennung von etwa 60 Bogensekunden, um das Observatorium in ziemlich genau die richtige Richtung zu lenken.

Warum diese Anordnung verwendet wird, liefert sie eine ausreichende Genauigkeit, während sie gut für das Raumfahrzeugdesign funktioniert. (Ich vermute, die Ausschnitte in der hinteren Verkleidung sind ein starker Treiber für das Design)

* Ja, fast ist eine Übertreibung, aber da Trigonometrie verwendet wird, um die Haltung zu bestimmen, sind 44,4 Grad 70% des Weges zur Orthogonalität, verglichen mit den 18% für (großzügige) 10 Grad für etwas, das "in fast die gleiche Richtung zeigt".

Und was ist das große schwarze rechteckige „Erkerfenster“?

Das ist einer von Hubbles radialen Instrumentenbuchten . Es enthält derzeit die Wide Field Camera 3. Dieses DOUG- Rendering zeigt die Kamera, die aus der Bucht "herausgesprungen" ist.

warum zeigen die beiden unteren fast in die gleiche richtung?

Wie diese Antwort sagt, sind die drei Öffnungen unter dem "Erkerfenster" die Öffnungen für Hubbles Fixed Head Star Tracker. Dieses DOUG-Rendering zeigt die FHSTs, und ein Foto davon befindet sich in der verknüpften Antwort.

Die Blickwinkel auf den beiden unteren FHSTs sind in der "1-2"-Ebene von Hubble um 60 Grad getrennt. Der Blickwinkel zwischen den unteren und oberen FHSTs ist in der "1-3"-Ebene um 45 Grad getrennt. Die Achsen sind wie hier gezeigt.

Die Einheitsvektoren für die FHSTs sind hier angegeben.

Die Einheitsvektoren und das Bild des Koordinatensystems stammen aus diesem Papier , das eine nützliche Diskussion darüber enthält, wie die FHSTs im allgemeinen Zeigeschema von Hubble verwendet werden. Hier ein Auszug:

Die FHSTs sind Vintage Star Tracker der NASA Standard 1970, hergestellt von Ball Brothers. ⁷ Sie verwenden eine elektronische Such- und Verfolgungstechnik unter Verwendung einer analogen Bildzerlegungsröhre und eines Photomultiplier-Detektors zusammen mit unterstützender Elektronik. Die FHSTs haben ein FOV von 8° x 8° und sind in der Lage, Sterne zwischen 2,0 und 6,5 visueller Größe (mv) zu erfassen und zu verfolgen. Die Tracker liefern digitale horizontale und vertikale Sternpositionsausgaben an den HST-Flugcomputer mit einer Abtastrate von 10 Hz. Der FHST-Rauschäquivalentwinkel beträgt 16 s RSS. Im Gegensatz zu modernen Sterntrackern haben die FHSTs keine interne Verarbeitung zur Ausgabe von Lagequaternionen, und Lagefehler von den FHSTs werden an Bord des HST-Flugcomputers berechnet.

nur als ergänzende Antwort aktualisiert . Es gab eine Frage zu den beiden Kameras auf beiden Seiten der Symmetrielinie und ob sie in "fast dieselbe" Richtung oder näher an orthogonale Richtungen zeigten.

Die Frage stellt sich:

...warum zeigen die beiden unteren fast in die gleiche Richtung?

Wenn ich das verknüpfte Dokument richtig verstehe, stellt sich heraus, dass der Winkel zwischen den beiden weniger als 45 Grad beträgt und zwar nicht "fast gleich", eher parallel als orthogonal.

Tabelle 3. im verlinkten Artikel Hubble Space Telescope Reduced-Gyro Control Law Design, Implementation and On-Orbit Performance; AAS 08-278 in der Antwort von @OrganicMarble scheint genau das zu geben, Einheitsvektoren für die Richtungen der drei Kameras. Die Arkuskosinusse der Skalarprodukte geben uns den Winkel zwischen Paaren an, der ist

pair        angle (deg)
1 - 2       49.1, 
2 - 3       44.4
3 - 1       49.1

Nummer 1 [0, 0, -1] ist die obere Kamera in der Frage, da sie die einzige ist, die senkrecht zur Achse des Teleskops zeigt. Ich erhalte den Winkel zwischen den beiden anderen Kameras als 44,4 Grad.

import numpy as np

degs = 180/np.pi
vecs = np.array([[0, 0, -1],
                 [-0.6547, -0.3779, -0.6546],
                 [-0.6547, +0.3779, -0.6546]])
print([degs*np.arccos(np.dot(vecs[i], vecs[(i+1)%3])) for i in range(3)]) # they're fairly well normalized

Diese sind aus der verknüpften Antwort von @OM ausgeliehen, klicken Sie für die volle Größe oder noch besser, genießen Sie sie, während Sie diese Antwort lesen!