Welches Koordinatensystem wird im Weltraum zur Navigation verwendet?

Auf der Erde ist es möglich, die Position von etwas mit WGS zu bestimmen , und dasselbe System wird für die Navigation verwendet. Was wird stattdessen im Weltraum verwendet? Werden aus praktischen Gründen für erdumkreisende Objekte (z. B. die ISS) andere Systeme verwendet als für Objekte jenseits von LEO (Voyager 1/2)?

Dies ist eine sehr weit gefasste Frage. Um praktische Probleme in der Weltraumforschung zu lösen, ist es notwendig, viele Referenzrahmen zu verwenden: fest und rotierend, mit vielen Punkten als Ursprung - Erde, andere Körper, Baryzentrum des Sonnensystems (oder andere Baryzentren), das Raumfahrzeug, die Bodenstation usw. Koordinaten kann als sphärisch, geodätisch, kartesisch ausgedrückt werden. Sie können ab diesem Artikel mit dem Lesen beginnen .

Antworten (1)

Während Koordinatensysteme für alle möglichen Dinge in der Raumfahrt verwendet werden, von Ihrer Position im Sonnensystem bis hin zu einzelnen Instrumenten, gehe ich für die Zwecke dieser Frage davon aus, dass Sie speziell über Koordinatensysteme sprechen, die zur Bestimmung der Satellitenposition verwendet werden relativ zu etwas .

Außerdem gehe ich davon aus, dass Sie wirklich an Referenzrahmen interessiert sind , anstatt an Koordinatensystemen. Für die Referenzrahmen, über die ich sprechen werde, werden typischerweise kartesische Koordinaten verwendet ( Keplersche Elemente sind natürlich eine weitere beliebte Alternative).

Erdumkreisende Satelliten

Es gibt zwei Haupttypen von Referenzrahmen: Trägheit und Rotation . Insbesondere wenn sie erdzentriert sind (Ursprung im Erdmittelpunkt, wie sie es fast immer sind, außer wenn es um Messungen von der Erdoberfläche geht), sind die beiden Hauptklassen erdzentrierte Trägheit (ECI) und Erde -zentriert, erdfest (ECEF). ECI-Rahmen haben Achsen, die durch eine Trägheitsreferenz definiert sind, z. B. indem eine der Achsen auf einen bestimmten Stern oder eine bestimmte Konstellation zeigt. Die Erde dreht sich in diesen Achsen (dh die ECI-Achsen entsprechen keinem festen Ort auf der Erdoberfläche). Alternativ drehen sich ECEF-Frames mit der Erde.

Es gibt viele Variationen dieser beiden Rahmen, und die meisten davon haben damit zu tun, wie sie die Präzession und Nutation der Erde erklären.

Sonstiges

Dies ist eine viel breitere Kategorie, aber im Allgemeinen handelt es sich in der Regel um baryzentrische Rahmen. Sie könnten ein Bezugssystem mit dem Ursprung im Baryzentrum oder Massenmittelpunkt mehrerer Körper (normalerweise zwei, zB Erde-Sonne oder Erde-Mond) definieren.

Der International Celestial Reference Frame ( ICRF ) gilt im gesamten Sonnensystem und hat seinen Ursprung im Baryzentrum des Sonnensystems.

Wenn Sie beispielsweise eine Mission zum Mars haben, würden Sie natürlich einen marszentrischen Referenzrahmen definieren, in dem Sie arbeiten können.

Welche Unterscheidung ziehen Sie zwischen Bezugsrahmen und Koordinatensystem?
@Akkumulation Koordinatensystemtransformationen können nicht die Größe oder Richtung eines Vektors ändern, sondern nur die ihm zugewiesenen Zahlen. Rahmentransformationen können das, denn sie können Bewegungsgleichungen ändern. Beispielsweise können sie Rotationsrahmeneffekte zu Geschwindigkeiten und Beschleunigungen hinzufügen. Koordinatensysteme sind wirklich nichts anderes als Buchhaltung, aber die Wahl des falschen Rahmens für Ihr Problem kann ziemlich mühsam sein!
@CortAmmon Was meinst du mit "Größe" und "Richtung"? Frame-Transformationen können die Eigenzeit nicht ändern.
@Akkumulation Stellen Sie sich ein Objekt in einer geostationären Umlaufbahn um die Erde vor. Sein Geschwindigkeitsvektor im ECEF-Rahmen ist 0. Sein Geschwindigkeitsvektor in einem ECI-Rahmen ist ein Nicht-Null-Vektor, dessen Geschwindigkeit die Umlaufgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist. Sein Beschleunigungsvektor im ECEF-Rahmen ist 0, während sein Beschleunigungsvektor in einem ECI-Rahmen ein Vektor ist, der auf den Erdmittelpunkt zeigt, mit einer Größe, die der Erdbeschleunigung entspricht.
Dies sind nicht einfach Skalierungen und/oder Versetzungen von Zahlen in einem Koordinatenvektor (ein [x, y, z]-Tripel). Die Vektoren selbst ändern sich tatsächlich, wenn man eine Rahmentransformation an ihnen durchführt. Wenn es nur eine Koordinatentransformation wäre, müsste ich über einen Vektor nur seinen Wert als Koordinatenvektor [x, y, z] und eine Funktion wissen, die [x', y', z'] = f([ x, y, z]). Bei einer Frame-Transformation muss ich jedoch auch wissen, was der Vektor beschreibt, da sich Geschwindigkeiten möglicherweise anders transformieren als Beschleunigungen.
Welches Koordinatensystem wird im Weltraum zur Navigation verwendet?
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