Mein Verständnis ist, dass sich Sonden innerhalb des Sonnensystems hauptsächlich auf erdbasierte Tracking-Netzwerke und Ephemeridendaten verlassen, um zu navigieren. Kommen sie ihrem Ziel ganz nah, können sie sich optional auch per visuellem Tracking positionieren. Aber wie würden Raumfahrzeuge, z. B. solche auf extrasolaren Reisen, navigieren, ohne dass die Erde in Reichweite ist, um sie mit Positionsinformationen zu füttern? Sternennavigation der "alten Schule"?
Hier gibt es zwei Probleme:
Zur Navigation :
Die vorherrschende Denkweise betrachtet Röntgenpulsare als den Hauptweg des Fortschritts. Dies nennt sich XNAV (Röntgenpulsar-basierte Navigation und Zeitbestimmung).
Das zugrundeliegende Prinzip dabei ist die Stabilität von Millisekundenpulsaren, die im Röntgenspektrum emittieren. Eine Kombination von Pulszählungen von bekannten MSPs wird in Pseudoentfernungen transformiert und in einem Filter wie jedes andere TDOA-(Multilaterations-)Problem gelöst. Bitte beachten Sie, dass dies schwieriger und zeitaufwändiger ist als die Navigation mit GPS, bei der von Satelliten übertragene Pseudozufallssequenzen die eindeutige Positionsbestimmung erleichtern (Pulsare senden überall die gleichen Impulse aus).
NICER: Eine Batterie von Röntgendetektoren, die zur Installation auf der ISS geplant ist
Bildnachweis: NASA.
Verweise:
2012 – Pulsarnavigation und Röntgenkommunikationsdemonstrationen mit der NICER - Nutzlast auf der ISS http://hdl.handle.net/2060/20120016975
1981 – Navigation mit Röntgenpulsaren NTRS Doc.ID 19810018591 Chester, TJ, Butman, SA
Derzeit sind etwa ein Dutzend Röntgenpulsare bekannt, die starke stabile Pulse mit Perioden von 0,7 bis etwa 1000 s aussenden. Durch Vergleichen der Ankunftszeiten dieser Pulse an einem Raumfahrzeug und an der Erde (über einen die Erde umkreisenden Satelliten) kann eine dreidimensionale Position des Raumfahrzeugs bestimmt werden. Ein Tag Daten von einem kleinen Onboard-Röntgendetektor ergibt eine dreidimensionale Position mit einer Genauigkeit von etwa 150 km. Diese Genauigkeit ist unabhängig von der Entfernung des Raumfahrzeugs von der Erde. Gegenwärtige Techniken zum Bestimmen der zwei anderen Raumfahrzeugkoordinaten als der Entfernung messen Winkel und verschlechtern sich daher mit zunehmender Entfernung des Raumfahrzeugs. Somit wird die Navigation unter Verwendung von Röntgenpulsaren den gegenwärtigen Techniken bei der Messung dieser beiden Koordinaten für ausreichend weit entfernte Raumfahrzeuge immer überlegen sein. Momentan, Der Break-Even-Punkt liegt in der Nähe der Jupiterbahn. Der Krebspulsar kann auch verwendet werden, um eine transversale Koordinate mit einer Genauigkeit von ungefähr 20 km zu erhalten.
Zur Lagebestimmung reichen und werden in absehbarer Zeit Sterntracker ausreichen.
Zugehörige Multimedia:
Dies ist derzeit ein ungelöstes Problem. Zusätzlich zu den von Deer Hunter beschriebenen Röntgenpulsaren finanzierte die NASA eine Studie zur Verwendung von Exoplaneten als Quelle für Navigationsdaten :
Dieser Vorschlag stellt einen innovativen Star-Tracker-Hardwaresensor vor, der eine autonome Berechnung der Umlaufbahn eines Raumfahrzeugs durch den Einsatz von Doppler-Spektroskopie und astrometrischen Techniken ermöglicht. Der vorgeschlagene fortschrittliche Sternentracker bietet durch die Verwendung von spezialisierten Referenzsternen, die Exoplaneten-Begleiter haben, an Bord Selbstbestimmungsfähigkeiten für die Umlaufbahn im tiefen Weltraum. Die Bewegung von Exoplaneten um das Baryzentrum eines Referenzsterns liefert ein stabiles, gut vorhersagbares natürliches Signalmuster. Ein fortschrittlicher Exoplaneten-Sterntracker verbessert die Missionsfähigkeiten für zukünftige bemannte und unbemannte Raumfahrzeuge und reduziert die Tracking-Anforderungen und -Ressourcen des Deep Space Network (DSN).
Das ist aber noch lange nicht fertig:
Geschätzter Technology Readiness Level (TRL) bei Vertragsbeginn und Vertragsende:
Beginn: 2
Ende: 3 (d. h. es befindet sich in der Phase „Recherche zum Nachweis der Machbarkeit“)
Hirsch Jäger
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