Wie bestimmt die NASA die Position ihrer Sonden?

Ich verfolge gerade den Besuch von New Horizons auf Pluto. Ich frage mich nur, wie die Sonde/NASA die Position der Sonde bestimmt. Ich würde davon ausgehen, dass die Verwendung des GPS der Erde nicht die erforderliche Winkelauflösung hätte, wenn Sie Milliarden von Kilometern entfernt sind.

Sie flogen Milliarden von Kilometern und verfehlten sie nur um 70 Kilometer.

Wie genau ist das Ortungssystem?

Wir haben sehr detaillierte und genaue Modelle von Objekten in unserem Sonnensystem. Die Jungs drüben bei der NASA führen auch alle Berechnungen für Flugbahn, Delta-V und Flugbahnen durch. Sie tun dies mit einer schmerzhaften Präzision. Dann berechnen sie genau, wie viel das Raumschiff nach jedem Manöver wiegt und wie es ausgerichtet ist. Dann sagen sie "Los, Raumschiff. Mach dein Ding" und machen Schätzungen basierend auf der Leistung von allem. Das Raumschiff behält auch eine ungefähre Vorstellung davon, wo es sich befindet und wie es ausgerichtet ist, indem es verschiedene Instrumente und Daten verwendet....
Sie erhalten dann Aktualisierungen vom S/C und schätzen, wie weit sie in Bezug auf Entfernung, Winkel und Geschwindigkeit von der Flugbahn entfernt sind. Diese können unterwegs angepasst werden. Am Zielort angekommen, werden alle gesammelten Daten zurückgesendet und jede Kleinigkeit von der Größe von Pluto bis zur Empfangsdauer der Nachricht zeigt an, wo sie sich befindet. Dies, zusammen mit der Wegzeit, Länge und verschiedenen Manövern, gibt ihnen eine gute Einschätzung, wo sie sich befindet.
Das ist kein Hexenwerk.
"Alles, was Sie brauchen, ist ein Raumschiff und ein Stern, an dem Sie sie steuern können". Naja, irgendwie... www2.jpl.nasa.gov/basics/bsf13-1.php
Wäre Space Exploration ein besseres Zuhause für diese Frage?
Für erdnahe Raumfahrzeuge verwenden sie Interferometrie und Doppler-Effekte mit mehreren Bodenstationen. Für viel weiter entfernte Raumfahrzeuge verwenden sie (wie Jimself sagte) zusätzlich zu Dopplereffekten hochpräzise Vorhersagemodelle. Übrigens wird GPS für Dinge unterhalb ihrer Umlaufbahn verwendet. Ich nehme an, man könnte es auf etwas außerhalb (dh in größerer Höhe) seiner Umlaufbahn verwenden, aber GPS-Ortungsgeräte sind für Raumfahrzeuge oft sehr teuer und nur erforderlich, wenn der Standort mit hoher Genauigkeit bekannt sein muss.

Antworten (1)

Ich frage mich nur, wie die Sonde/NASA die Position der Sonde bestimmt.

Es gibt mehrere Dinge, die direkt von der Erde aus gemessen werden können, wie ausführlich unter https://solarsystem.nasa.gov/basics/bsf13-1.php beschrieben . Diese beschreibe ich im Folgenden kurz.

  1. Radialgeschwindigkeit zur Erde hin/von der Erde weg: unter Verwendung der Doppler-Verschiebung eines wohlbekannten Downlink- Trägersignals
  2. Entfernung von der Erde: Unter Verwendung eines im Uplink-Signal codierten Entfernungsimpulses und einer bekannten Durchlaufzeit in der Elektronik des Raumfahrzeugs sowie anderer bekannter Verzögerungen kann man die bestimmen Δ T (dh Zeitverzögerung) der Reise zum/vom Raumfahrzeug
  3. Winkelposition am Himmel: Verwendung von Doppler-Effekten von den Stationen des Deep Space Network (DSN) für Werte mit geringer Genauigkeit und Interferometrie mit sehr langer Basislinie für genauere Messungen

Durch die Verwendung mehrerer Bodenstationen können wir die Entfernungs-/Reichweiten-, Positions- und Geschwindigkeitsschätzungen verbessern. Die Unsicherheiten werden im Allgemeinen durch finanzielle Beschränkungen und/oder Missionsnotwendigkeiten getrieben (z. B. erfordern einige wissenschaftliche Ziele von Raumfahrzeugen nicht, dass wir ihre Position besser als ~100 km kennen). Einige Raumfahrzeuge können das Global Positioning System (GPS) auf die gleiche Weise nutzen , wie man ihre Position auf der Erde triangulieren würde, wenn sich das Raumfahrzeug unterhalb der GPS-Umlaufbahn (dh ~20.200 km Höhe) befindet. GPS-Tracker auf Raumfahrzeugen können teuer sein, und es kann manchmal einfacher/billiger sein, Lageinformationen aus dem Near Earth Network zu bestimmen , indem ähnliche Techniken wie die oben beschriebenen unter Verwendung des DSN verwendet werden.

Wie genau ist das Ortungssystem?

Dies hängt von der Mission und den Zielen/Anforderungen für die Lageregelung ab . An Bord befindliche Stern- und Sonnensensoren liefern die Ausrichtung des Raumfahrzeugs im Allgemeinen bis zu weniger als einem Grad (manchmal bis zu viel kleineren Toleranzen, falls erforderlich, z. B. erfordern Weltraumteleskope oft eine sehr hohe Genauigkeit). Die Geschwindigkeiten können bis auf mm/s (ggf. auch darunter) bestimmt werden und die Position bis auf weniger als einen Kilometer genau bekannt sein. Zum Beispiel muss Cassinis Orbitalposition sehr gut bekannt sein ( ≤ 1   k M ) aufgrund der großen Menge orbitaler Trümmer um den Saturn .

Andere Raumfahrzeuge in weniger gefährlichen Umgebungen erfordern weniger genaue Lageinformationen. Zum Beispiel umkreist die Raumsonde Wind derzeit die L 1 Punkt und seine Position müssen nicht besser als 10s von km bekannt sein.

Sie flogen Milliarden von Kilometern und verfehlten sie nur um 70 Kilometer.

Ich bin mir nicht sicher, woher die Entfernung von 70 km stammt, da New Horizons bei der engsten Annäherung etwa 7800 km von Pluto und 28.800 km von Charon entfernt war.

Wie bestimmt die NASA die Position ihrer Sonden?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v