Welche natürlich vorkommenden Navigationsinformationen stehen für eine autonome Rückkehr des EM-1 von SLS zur Verfügung?

Diese Antwort beschreibt einige der Anforderungen, die erfüllt werden müssten, wenn die geplante Erkundungsmission 1 des Weltraumstartsystems von Menschen bewertet werden sollte.

Ich habe diese verkürzte Auswahl aus dem Dokument Human Rating Requirements for Space Systems weiter auf vier Punkte reduziert, die den autonomen Betrieb im Falle eines bestimmten katastrophalen Ereignisses erwähnen.

Angenommen, ein erfundenes, hypothetisches katastrophales Ereignis trat auf, das die Telemetrie und jedes GNSS blockierte von der Erde und führte eine kleine, aber nicht quantifizierte Kursänderung ein, als sich das Raumschiff dem Mond näherte. Hier bedeutet "nicht quantifiziert", dass das ansonsten hervorragende Trägheitsleitsystem aus irgendeinem Grund einen wesentlichen Antriebsimpuls nicht genau aufzeichnen konnte.

Frage: Welche natürlich vorkommenden Navigationsinformationen könnte das Navigationssystem verwenden, um den Mond autonom und sicher zu umrunden und für einen sicheren und erfolgreichen Wiedereintritt und eine sichere Landung zur Erde zurückzukehren?

Hinweis: Das Szenario soll keine realistische Situation darstellen, sondern nur dazu beitragen, die Voraussetzungen für eine hypothetische Frage zu schaffen. Wenn sich ein Raumschiff plötzlich im Erde-Mond-System wiederfinden würde, könnte es seinen Zustandsvektor ableiten und ohne "Hilfe" zu einer Landung navigieren.

Kameras + Bildverarbeitung kommen mir in den Sinn, aber sie müssten sorgfältig kalibriert werden, um eine eventuelle Regenerierung genauer Zustandsvektoren zu ermöglichen. Auch das Radar-Timing der Mondoberfläche während der engen Passage kommt mir in den Sinn. Sind diese genau genug, um einen sicheren Wiedereintritt auszuführen, oder wird mehr benötigt?

Ich versuche zu verstehen, welche natürlich vorkommenden Navigationsinformationen im cislunaren Raum verfügbar sind , die die 100% autonome Planung und Durchführung einer sicheren Rückkehr eines Raumfahrzeugs erleichtern würden, wenn keine künstlichen Daten von der Erde (Telemetrie, GNSS usw.) und keine Trägheitsführung verfügbar wären historische Daten waren unvollkommen.


GNSS-Fixes sind potenziell zeitweise für Raumfahrzeuge im cislunaren Raum verfügbar, siehe die Antworten im Zusammenhang mit dieser und dieser und dieser Frage.


3.2 Systemsicherheitsanforderungen (extrem „beschnittene“ Teilmenge davon)

[...]

3.2.11 Das bemannte Raumfahrtsystem muss die Fähigkeit zum autonomen Betrieb von System- und Teilsystemfunktionen bieten, die bei Verlust zu einer Katastrophe führen würden (Randnummer 58576).

[...]

und

3.6 Überlebens-/Abbruchanforderungen der Besatzung

[...]

3.6.2 Erdumlaufbahnsysteme

3.6.2.1 Das bemannte Weltraumsystem muss in der Lage sein, die Mission autonom aus der Erdumlaufbahn abzubrechen, indem es einen Rückflug zu einer sicheren Landung auf der Erde anvisiert und durchführt (Vorschrift 58625).

3.6.3 Erde - Mondtransit- und Mondumlaufsysteme

3.6.3.1 Das bemannte Weltraumsystem muss die Fähigkeit bieten, die Mission während des Mondtransits und aus der Mondumlaufbahn autonom abzubrechen, indem es eine sichere Rückkehr zur Erde durchführt (Vorschrift 58627).

3.6.4 Mondabstiegssysteme

3.6.4.1 Das bemannte Weltraumsystem muss in der Lage sein, den Mondabstieg autonom abzubrechen und alle für eine sichere Rückkehr zur Erde erforderlichen Operationen durchzuführen (Vorschrift 58629).

[...]

Sie postulieren (glaube ich) mindestens drei unabhängige Fehler. Von Menschen bewertete Fahrzeuge müssen gegen zwei unabhängige Ausfälle robust sein, aber nicht gegen drei oder mehr.
@DavidHammen Mein fiktives "erfundenes, hypothetisches Katastrophenereignis" sollte nur die Voraussetzungen für die Frage schaffen, den "Bereich des Möglichen" in der Navigation zu verstehen, und nicht aus einer echten Fehleranalyseperspektive untersuchen. Ich werde in der Frage deutlicher darauf hinweisen, danke!

Antworten (1)

Optische Navigation wäre mehr als ausreichend. Bilder des Mondes und der Erde im Vergleich zu Schlüsselsternen, eine Uhr und ein Computer sind alles, was Sie brauchen. Apollo hatte ein solches System als Backup, mit dem die Bodenverfolgungsergebnisse überprüft wurden.

Dies ist der Apollo-Sextant:

Apollo-Sextant

Die Definition von „autonom“ in dem Dokument lautet:

Autonom: Fähigkeit eines Weltraumsystems, Operationen unabhängig von erdgestützten Systemen durchzuführen. Dies beinhaltet keine Kommunikation mit oder Echtzeitunterstützung von der Missionskontrolle oder anderen Erdsystemen.

Die Umlaufbahnbestimmung müsste also tatsächlich nur unter Verwendung von Bordmitteln möglich sein. Obwohl Sie in der Lage sein müssen, auf die Erde zu schauen , wird die Erde selbst hoffentlich nicht als Erdsystem betrachtet.

Dieser Sextant ist eine Schönheit - darüber muss ich mehr lesen. Könnte bei der Annäherung an den Mond (für die Umlaufbahn) oder die Erde (für die Landung) die Mustererkennung an mehreren Orten mit hoher Auflösung und/oder einem beträchtlichen Terminatorbogen möglicherweise die Notwendigkeit der Sterne zu diesen Zeiten ersetzen?
Siehe auch "Warum tragen Astronauten im Weltraum Augenklappen?" auf Vintage Space-youtu.be/X2J-5QJC1qc
@öfe Ach! Das fällt mir jetzt langsam wieder ein. Ich habe eine Dokumentation über die frühen Tage der Untersuchung solcher Navigationen am MIT gesehen. Ja, ich werde danach jagen. Danke für den Hinweis!
@oefe Die Dokumentation: youtu.be/xQ1O0XR_cA0 Das ist eine schöne Erklärung, wie eine digitale Sextantenfunktion geplant war: vgl. 03:00 bis 10:00 youtu.be/YIBhPsyYCiM
Irgendwie habe ich das Gefühl, wenn die Erde weg ist, wird die Navigation dein geringstes Problem sein :-D
Apollo Sextant, mehr Fotos: airandspace.si.edu/collection-objects/…
@JörgWMittag "...*katastrophales Ereignis...das Telemetrie und jegliches GNSS blockierte*..." Die Erde ist nicht weg. Stellen Sie sich etwas "... * erfundenes, hypothetisches * ..." vor, das mit elektromagnetischen oder geladenen Teilchen zusammenhängt, oder eine Systemfehlfunktion oder einen Antennenverlust ... Es spielt keine Rolle, soweit es um die Frage geht.
@uhoh: Derselbe Auftragnehmer lieferte die Dioden an alle Funkgeräte in Apollo und sie gingen nach 3 Tagen im freien Fall kaputt.