Wie genau sind Flugbahnmessungen von Raumfahrzeugen?

Flugbahnen interplanetarer Missionen werden in populären Medien häufig damit verglichen, ein kleines Ziel mit einem Pfeil aus großer Entfernung zu treffen, aber in Wirklichkeit benötigen Raumfahrzeuge keine absurd hohe Präzision, da sie Manöver zur Kurskorrektur ausführen können, wenn sie feststellen, dass sie vom Ziel abweichen.

Wie genau sind Flugbahnen und Planetenpositionen von Raumfahrzeugen in der Praxis bekannt?

Genauer gesagt würde ich gerne wissen:

  • Kurz nachdem ein Raumfahrzeug eine translunare oder interplanetare Injektionszündung durchführt, um die Erdumlaufbahn zu verlassen, was ist die typische Größenordnungsunsicherheit in der Position und Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs?
  • Wie entwickelt sich diese Ungewissheit bei einem translunaren oder interplanetaren Flug?
  • Wie groß ist die Unsicherheit in der Größenordnung der Position und Geschwindigkeit des Mondes relativ zur Erde? Wie sieht es mit anderen Planeten aus?
potenziell hilfreich 1 (Suche nach „Residuen“ oder „km“). Auch 2 , 3
@uhoh Schön, Millimeterpositionierung für den Mond, Subkilometerpositionierung für die inneren Planeten und Dutzende von Kilometern für Jupiter und Saturn!
Einige begrenzte Einblicke in Fehler in der radialen Komponente der Geschwindigkeit finden Sie in den Referenzen hier: space.stackexchange.com/q/23791/12102 und auch in der Antwort dort.

Antworten (1)

Die Injektionsgenauigkeit der Trägerrakete wird typischerweise in m/s gemessen, als Geschwindigkeitsänderung, die erforderlich ist, um das Raumfahrzeug genau auf die gewünschte Flugbahn zu bringen. Dies fasst alle Dimensionen des Fehlers (die Energie, die Flugbahnebene, Ihre Ankunftszeit usw.) in einer Zahl zusammen.

Soweit ich mich erinnere, liegt diese Zahl in der Größenordnung von 1 bis 10 m/s. Verdammt gut. Das größere Ende ist für festmotorische Oberstufen, die Sie nicht abschneiden können, wenn Sie möchten. (z. B. Delta II.) Diese Nummer sollten Sie dem Nutzlastplaner-Leitfaden des jeweiligen Fahrzeugs entnehmen können.

Was die Ausbreitung des Fehlers betrifft, addieren Sie einfach 1 m / s in zufällige Richtungen zu einer Flugbahn und sehen Sie, wie weit sie am Ende entfernt wird. Die Δ v um wieder auf Kurs zu kommen, wächst im Laufe der Zeit ziemlich stark, so dass das erste Flugbahnkorrekturmanöver etwa zehn Tage nach dem Start durchgeführt wird, um dieses Wachstum zu begrenzen, aber dennoch etwas Zeit zu haben, um sich mit dem Raumschiff vertraut zu machen, bevor es herumgefahren wird.

Die Verfolgungsunsicherheit wird als Ellipse auf der B-Ebene des Ziels (z. B. Mars) und die Unsicherheit in der Flugzeit dargestellt, dh die exakte Sekunde, in der die B-Ebene überquert wird. (Beachten Sie, dass die B-Plane-Zahlen davon ausgehen, dass das Ziel nicht gravitativ vorhanden ist.) Für die MER-Manöver beim Start plus zehn Tage lagen die Unsicherheiten bei der Bestimmung der Umlaufbahn in der Größenordnung von 3500 x 1300 km, mit einer Unsicherheit der Flugzeit von etwa 1000 Sekunden. Das sind alle 3 σ . Ich erinnere mich nicht, wann die Datensperre war, aber das wäre das Ergebnis von etwa acht Tagen Tracking gewesen.

Wir wissen, wo sich das Zentrum des Mars auf etwa 100 m befindet, weil wir viele Orbiter dort über einen langen Zeitraum verfolgt haben. Den Mond kennen wir aufgrund der Laserverfolgung von Retroreflektoren, die Apollo dort hinterlassen hat, viel besser. Ich kenne die Zahl nicht, aber besser als ein Meter.

Um zu verdeutlichen, dass die Zahl von 1-10 m/s ein Fehler im Einspritzmanöver ist und die Tracking-Präzision deutlich besser ist? Entspricht die "Zeit zum Kennenlernen des Raumfahrzeugs" der Verfeinerung der Tracking-Daten? Das sind interessante Informationen, aber ich bin neugieriger auf die Ungewissheit als auf den Fehler selbst; Ich möchte wissen, ob eine Abweichung von ~ 10 ppm im Rauschen anderer Unsicherheiten verloren gehen würde oder nicht.
Ja, die zehn Tage bieten einen guten Bogen zum Nachverfolgen. Obwohl ich denke, dass Sie nach vielleicht drei Tagen Tracking ein gutes Manöver machen könnten. Die zehn Tage sind wirklich dazu gedacht, Zeit zu geben, das Raumschiff zu überprüfen und auf kleine Anomalien zu reagieren, zB zu eng gesetzte Fehlergrenzen.
Die Antwort auf Ihre Frage hängt von der Interpretation von "in Kürze" ab. Ich habe damit Minuten nach der Injektion gemeint, in diesem Fall ist Ihr Wissen Ihre Kontrolle. Wenn Sie Tage danach meinen, dann ist die Unsicherheit viel geringer.
Wie genau sind Flugbahnmessungen von Raumfahrzeugen?
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