In den Kommentaren und Links darin unter der Frage Woher weiß Curiosity, wie man seine High-Gain-Antenne in Echtzeit ausrichtet und bewegt? Es wird von einem Kreiselkompass gesprochen.
Mir ist bekannt, dass Kreisel verwendet werden können, um Änderungen der Lage, dh Rotationen, zu messen, und dass herkömmliche Kompasse verwendet werden können, um die Lage in Bezug auf ein externes Magnetfeld zu messen.
Aber was ist ein Kreiselkompass, nach welchem Prinzip funktioniert er und wie könnte man ihn im Kontext eines Planeten-Rover einsetzen?
Planeten rotieren. Stellen Sie ein genaues Gyroskop auf einen Tisch und Sie können die Erdrotation leicht beobachten.
Ein 3-Achsen-Gyroskop misst die Rotationsachse und die Winkelgeschwindigkeit um ihn herum. Die Winkelgeschwindigkeit ist eher unwichtig, da sie sowieso eine bekannte Größe ist (Erde: 360°/24h), aber die Kenntnis der Rotationsachse erweist sich als wertvoll:
Die horizontale Komponente der Rotationsachse ist die Nord-Süd-Richtung.
Seine Höhe (in Grad über/unter dem Horizont) ist Ihr Breitengrad.
Um ein Gyroskop als Kompass zu verwenden, muss das Fahrzeug einige Minuten stillstehen und der Planet muss eine ausreichende Drehung haben.
Ein Kreiselkompass befestigt ein Kreisel auf eine bestimmte Weise, so dass sich seine Achse (letztlich) selbst mit der Rotationsachse des Planeten, z. B. der Erde, ausrichtet. Auf diese Weise erhalten Sie eine in sich geschlossene Angabe des wahren Nordens.
Es hängt nicht von einem Magnetfeld ab, was zB auf dem Mars praktisch sein könnte.
Das funktioniert, weil sich der Planet dreht und die Montierung mitnimmt. Wenn die Planeten- und Kreiselkompassachsen bereits parallel sind, großartig. Wenn nicht, wird der Kreiselkompass durch die tägliche Drehung des Gehäuses in Ausrichtung gebracht. Auf dem Mond mit seinen langen Tagen und daher langsamer Rotation funktioniert dies möglicherweise nicht gut.
Beachten Sie, dass sich dies von der üblichen Idee des Trägheitskreisels „Zeigt in eine konstante Richtung“ unterscheidet: Ein Kreiselkompass tut dies absichtlich nicht, sondern dreht seine Achse so, dass sie nach Norden zeigt.
Kreiselkompass ist eine Art nichtmagnetischer Kompass. Es ist im Prinzip dem Gyroskop ähnlich, aber nicht dasselbe. Das Prinzip ist nämlich die gyroskopische Präzession.
Man kann definitiv das Gyroskop/den Kreiselkompass verwenden, um eine grobe Einstellung zu erhalten.
Wenn Sie sich in einem bestimmten Breiten- und Längengrad befinden, können Sie die Richtung des Rotationsvektors berechnen, den Sie im lokalen NEU-Rahmen messen würden. Danach gilt es, die Rotation zu finden, die den beobachteten Rotationsrichtungsvektor an den berechneten anpasst. Dies ist Ihre Einstellung im Mars Center Mars Fixed Frame. Diese Informationen müssen mit der wahren absoluten Zeit (oder dem Sternwinkel) kombiniert werden, um die Trägheitslage zu erhalten.
Ein Foucault-Pendel bietet eine schöne Demonstration des Rotationseffekts, der von Gyros an Bord erfasst werden kann.
Beispiel eines Foucault-Pendels im Video Dartmouth Professor Discusses Foucault's Pendulum
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Steve Linton