Wie könnte man auf dem Mars navigieren?

Es gibt heute zwei Hauptnavigationssysteme auf der Erde, die Verwendung von Karten/Kompass und die Verwendung von GPS-Satelliten. Es scheint unwahrscheinlich, dass es eine vollständige Konstellation von GPS-Satelliten geben wird, bevor die ersten Menschen auf dem Mars landen. Außerdem hat der Mars kein Magnetfeld wie die Erde, also ist ein Kompass ausgefallen. Es scheint auch, dass viele lange Reisen auf dem Mars unternommen werden, selbst wenn die erste Gruppe dort landet, was eine genaue Navigation erfordert. Wie wird dies erreicht?

Von den Sternen für den Breitengrad und von genauen Uhren für den Längengrad?
Sterne könnten nachts helfen, aber das funktioniert nicht für den Tag. Ich vermute, dass die meisten Navigationsaufgaben erledigt werden, wenn es keine Sterne gibt.
Hmm, die Atmosphäre des Mars ist immer noch zu dick, um tagsüber Sterne zu sehen (vielleicht kann man von Olympus Mons aus tagsüber Sterne sehen?). Wie wäre es mit anderen Frequenzen, dh mit einer Kamera, die bei 10 µm beobachtet (es sollte nicht bewölkt sein), oder könnten Mikrowellenbilder funktionieren? Wenn nicht, sollte zumindest die Sonne bei einigen Frequenzen direkt sichtbar sein. Dies sind natürlich nur die Positionierungsaspekte und berücksichtigen nicht die Bestimmung einer Richtung (anders als die Richtungspositionierung). Coole Frage :)
Man könnte meinen, dass zumindest eine kleine Konstellation von Kommunikationssatelliten benötigt wird; vielleicht könnten solche Satelliten im Fall des Mars zweifach für die Kommunikation und die Navigation im GPS-Stil verwendet werden.
Außerdem, wer entscheidet über 0° Längengrad, sobald ein System eingerichtet ist? Erste Besucher?
Bereits entschieden.
Lat und Long wird bereits ziemlich stark von umkreisenden Raumfahrzeugen und Wissenschaftlern verwendet.
Hallo @MarkAdler, ich kam hierher, um meinen Kommentar zu löschen, da er viel zu unangemessen war, sah dann deine Antwort und wurde interessiert. Ist es allgemein anerkannt, dass: „Für den Mars wurde der Nullmeridian zuerst von den deutschen Astronomen W. Beer und JH Mädler in den Jahren 1830-32 definiert. Sie benutzten ein kleines kreisförmiges Merkmal auf der Oberfläche, das sie ‚A‘ nannten Bezugspunkt zur Bestimmung der Rotationsperiode des Planeten."? Sollte dies eine separate Frage sein? Zitat kommt von einem vielleicht zweifelhaften Link: esa.int/Our_Activities/Space_Science/Mars_Express/…
Die Angaben im Link sind korrekt. Der Ort wurde zur Zeit von Mariner 6/7 verfeinert und von MGS festgenagelt. Airy-0 markiert den Nullmeridian.
Zusätzlich zu dem, was Gerrit vorgeschlagen hat (Sterne und Uhren), gibt es auch die beiden Monde des Mars, die in vorhersagbaren Abständen auf bekannten Bahnen vorbeiziehen, sodass die Verwendung genauer Uhren mit Beobachtungen von Phobos und Diemos genaue Positionsdaten liefern könnte.

Antworten (8)

Wenn eine Langstreckennavigation erforderlich ist, ergibt eine Kombination aus Trägheitsnavigation mit gelegentlichen Positionsfixierungen unter Verwendung von Sternen eine einigermaßen genaue Navigation. Die Trägheitsnavigation hat einige Nachteile: Hohe Kosten und diese Systeme werden mit der Zeit ungenauer (daher die Notwendigkeit gelegentlicher Positionsfixierungen).
Für die Nahbereichsnavigation kann Koppelnavigation ausreichend sein. Bei der Koppelnavigation verwenden Sie Sensoren an den Rädern Ihres Fahrzeugs, um zu verfolgen, wie weit es fährt und in welche Richtung es sich dreht. Dies wurde auf dem Mondrover verwendet .

Man darf auch darauf hinweisen, dass ein kleines Tablet heutzutage genug Speicherplatz und Rechenleistung hat, um einen "ewigen" Sternenalmanach zu speichern und damit die genaue Position des Beobachters auf der Marsoberfläche anhand eines einzigen Nachthimmel-Schnappschusses zu berechnen .
Hmm; Wie groß wäre eine PV-Anlage, um die Batterien so aufzuladen, dass ein Tablet die dunkle Nacht durchhält?
@Jeder, der nicht annähernd so groß ist wie derjenige, der benötigt wird, um die Lebenserhaltungssysteme und die Kommunikation in den Anzügen der Menschen mit Strom zu versorgen.

Es gibt ein paar Dinge, die getan werden könnten (mit ziemlich starker Verwendung von "A Case for Mars", zweite Ausgabe):

  1. Es wird keine vollständige Konstellation von Satelliten geben, aber zweifellos wird es zu dieser Zeit funktionierende Satelliten geben, die den Mars umkreisen. Jeder Mars-Orbiter seit Mars Global Surveyor hat eine Art Leuchtfeuer eingebaut, das gehört werden konnte. Das Messen der Doppler-Verschiebung und das Hören der Zeit, die Sie hören, kann Ihnen Ihren Breiten- und ungefähren Längengrad geben. Dies könnte leicht über eine Art Nachschlagetabelle auf dem Rover gefunden werden.
  2. Nachts konnten Sterne beobachtet werden, was Ihnen einen Bezugspunkt gibt. Wenn Ihr Breitengrad niedrig genug ist, können Sie außerdem Deimos und Phobos verwenden, um Ihnen eine ziemlich gute Breiten-/Längengradschätzung zu geben. Wenn Sie sorgfältig die Zeit einhalten, können Sie den gleichen Trick anwenden, den Seefahrer seit langem anwenden, um den Längengrad zu ermitteln, außerdem können Sie die Monde als zusätzlichen Bezugspunkt verwenden. Tatsächlich konnte man mit 2 der 3 Objekte (Sonne, Phobos, Deimos), einem Sextanten, einer Uhr und einem Almanach seinen Standort genau bestimmen.
  3. Wie Hobbes erwähnte, könnte eine Art Trägheitsnavigationssystem verwendet werden.
  4. Verwenden Sie den Nordstern oder das beste Äquivalent.
Ein weiterer Bezugspunkt für Ihren Punkt 2 könnte die Erde selbst sein. Ein bisschen primitiv, aber (schätze ich) die Erde sendet genug Radiowellen mit ausreichender Stärke, um sie auf dem Mars zu erkennen.
@AndrewThompson: Der Mars wird nicht in der Lage sein, viele Erdsignale zu hören, es sei denn, die Erdsignale werden direkt zum Mars übertragen. Das Signal fällt einfach zu schnell ab. Dennoch könnte das DSN wahrscheinlich verwendet werden, wenn die Erde in Sichtweite ist. Hmmm...
+1 für die Erwähnung von Phobos und Deimos, ich habe gerade denselben Vorschlag als Kommentar zur ursprünglichen Frage gemacht.

Ich bin ein wenig überrascht, dass niemand Markierungen erwähnt hat. Wie bei Fahnen, Wegweisern und Farbspritzern auf Felsen.

Astronauten auf den ersten Missionen zum Mars werden sich nicht allzu weit von ihrer Basis entfernen. Fahrzeuge haben nicht die Reichweite und Sicherheitserwägungen würden sie einschränken. Fahrzeugspuren bleiben sehr lange sichtbar, Sandstürme legen eine dünne Staubschicht darüber, verwischen sie aber nicht. So entsteht schnell ein Netz an Wanderwegen.

Mit der Ausweitung der Aktivität auf dem Mars wird sich das Netzwerk der Pfade und die Verteilung der Markierungen erweitern. Dies sind bei weitem die zuverlässigsten Navigationswerkzeuge, und ich bin sicher, dass die Missionsmitglieder darauf achten werden, eine dichte, einfach zu verwendende und weit verbreitete Reihe von ihnen zu erstellen. Sie gehen nicht unerwartet kaputt, leiden nicht unter Störungen oder haben keinen Strom mehr. Es kann schwierig sein, sie in der eingeschränkten Sicht eines Staubsturms zu finden - es könnte ratsam sein, für solche Fälle Netzwerke aus blinkenden Lichtmasten und Leuchtfeuern einzurichten. Aber auch jedes funkbasierte System hätte in solchen Zeiten Probleme.

Wenn Sie so weit von einem erkundeten Gebiet mit einer Basis entfernt waren, dass es überhaupt keine Markierungen gab, könnte dies nur passieren, wenn Sie vom Kurs abgekommen sind. Selbst in diesem Fall würden Sie wahrscheinlich nicht alleine losziehen, sondern darauf warten, gefunden zu werden. Sie würden ein Funkfeuer aktivieren und versuchen, Funkkontakt herzustellen, den Sie dann wahrscheinlich verwenden würden, um der Basis mitzuteilen, wo Sie sich Ihrer Meinung nach befinden, basierend darauf, wie Sie hereingekommen sind und was Sie um sich herum sehen können. (Und wahrscheinlich wäre es das geringste Problem, herauszufinden, wo Sie waren.)

KISS, oder? Es liegt nicht immer an der Technik.
Fahnen, Wegweiser und Farbkleckse auf Felsen sind Technik, nur nicht so modern wie Meißel. :)

Wenn Sie es sich leisten können, Menschen zum Mars zu bringen, dann können Sie sich leicht ein oder zwei Navigationssatelliten leisten. Da Sie gefragt haben, wie es erreicht werden soll (im Gegensatz dazu, wie es vielleicht erreicht werden könnte , mit vielen interessanten Antworten auf diese Frage hier), kann ich mit einiger Zuversicht antworten, dass sie Navigationssatelliten für Sicherheit und Zuverlässigkeit verwenden werden. Hier wird es nicht viel anders sein als bei GPS. Der Hauptunterschied besteht in der Satellitenverfügbarkeit und -genauigkeit. Es werden wahrscheinlich nicht 31 von ihnen um den Mars herumfliegen.

Ich bezweifle nicht, dass es ein paar Satelliten geben könnte, die bei der Kommunikation und Navigation helfen könnten. Nur keine vollständige GPS-Konstellation von ihnen.
Insbesondere werden sie Atomuhren auf diesen Satelliten haben, genau wie unsere GPS-Satelliten, wenn auch kleiner , und viel bessere Lösungen bieten als die Doppler-Messungen, die wir heute von unseren Relais-Satelliten auf dem Mars erhalten können. Es wird eine feste Bodenstation benötigt, um die Umlaufbahnelemente der Satelliten mit ausreichender Genauigkeit zu aktualisieren.
Was ist mit dem Kontrollsegment ? Was wäre für diese Verwendung erforderlich?
Wie im Kommentar direkt über Ihrer Frage erwähnt, nimmt eine Bodenstation Messungen von den Satelliten vor, wann immer sie in Sichtweite sind, um ihre Umlaufbahnmodelle an Bord zu aktualisieren und ihre Uhren zu synchronisieren. Das alles könnte autonom geschehen. Sie könnten aus Redundanzgründen zwei solcher Bodenstationen haben, und sie könnten sich an verschiedenen Orten befinden, um die Genauigkeit zu erhöhen.

Sie können die Navigation der alten Schule ausprobieren. Wie früher beim Segeln von Schiffen. Sie hatten damals keine Navigation, also benutzten sie ein "Werkzeug", um den Winkel des Horizonts und der Sonne zu berechnen. Und dann, entsprechend der bestimmten Zeit, die sie den Winkel nahmen, konnten sie ihre genaue Position berechnen. Nun soll dies nur noch auf Erden wirken. Wegen all der erdspezifischen Berechnungen hat es am Anfang viel Zeit gekostet, zu berechnen, wo Sie sich befinden.

Dieses Video könnte etwas mehr erklären: http://youtu.be/AGCUm_jWtt4

Das Werkzeug heißt Sextant und wäre nur ein Teil zur Lösung des Puzzles.
Ja, ich glaube, es wurde so genannt. Meine Idee ist, dass jemand mit dem Wissen, wie sie es früher gemacht haben, vielleicht ein elektronisches Gerät herstellen kann, das die gesamten Berechnungen für Sie erledigt. Alles, was Sie tun müssen, ist, es auf die Sonne und den Horizont zu richten. .. Aber es ist nur ein Gedanke ..
Ich habe keinen Zweifel, dass Computer viele dieser Art von Messungen durchführen werden. Still. Hmmm...

Bei Tageslicht kann es möglich sein, eine auf der Erde verwendete Technik zur Ortung des Nordens anzupassen, die eine analoge Uhr/Uhr erfordert und für die die Sonne sichtbar sein muss. Für den Mars müsste die Uhr natürlich für Mars-Sole gemacht werden, nicht für Erdtage.

Die Technik zur Ortung des Nordens auf der Erde ist:

Auf der Südhalbkugel

Halten Sie die Uhr waagerecht, sodass die „12“ direkt zur Sonne zeigt. Schauen Sie auf den Stundenzeiger, der halbe Winkel zwischen '12' und dem Stundenzeiger zeigt nach Norden.

Auf der Nordhalbkugel

Halten Sie die Uhr waagerecht, sodass der Stundenzeiger direkt zur Sonne zeigt.
Der halbe Winkel zwischen '12' und dem Stundenzeiger zeigt nach Süden.

Vergessen Sie nicht, die Sommerzeit zu berücksichtigen.

Das funktioniert, aber es ist ein sehr begrenzter Ansatz für die Navigation. Es sagt Ihnen nicht, wo Sie sich befinden, es erlaubt Ihnen nur, einen Kurs festzulegen. Sie müssten den Azimut Ihres Ziels bereits kennen. Und es funktioniert nur, wenn Sie die Uhr so ​​synchronisieren, dass die Sonne um 12 Uhr am höchsten Punkt über dem Horizont steht. Auf der Erde bedeuten Zeitzonen und Sommerzeit, dass Sie leicht um 15° vom Kurs abweichen können.

Dir ist schon klar, dass Menschen navigiert haben, bevor es Kompasse gab, oder? Offensichtlich würden sie es genauso machen wie damals; Sonne und Sterne nutzen.

Damals hatten sie noch keine Autos. Mit Augenzwinkern geht das nicht mehr. Hast du die Tour gemacht ?
Willkommen auf der Seite! Diese Antwort fügt nicht wirklich etwas hinzu, das nicht bereits gesagt wurde. Auch wenn die Beantwortung älterer Fragen keineswegs entmutigt wird, sollten Sie dabei darauf achten, Ihre Antwort so gut wie möglich zu machen, Elemente hinzuzufügen, die noch nicht in anderen Antworten besprochen wurden, oder Ihre Antwort auf neueres Material zu stützen, das von anderen nicht berücksichtigt wurde Antwortende. Zusätzlich zu der von @kimholder vorgeschlagenen Site-Tour empfehle ich, space.stackexchange.com/help/how-to-answer zu lesen .

Im Grunde ist das kein Problem, denn jeder Ort auf dem Mars ist so gut wie jeder andere. Sie erreichen nichts, indem Sie an einen bestimmten Ort ziehen.

Angenommen, Menschen siedeln sich auf dem Mars an. Zunächst werden die Siedlungen vermutlich dicht beieinander liegen. Entweder in Sichtweite voneinander oder fast so, dass die Menschen durch Orientierungspunkte von einem zum anderen gehen können.

Sie brauchen eine Möglichkeit, die Basis zu erkunden, damit Sie den Weg zur Basis finden, auch wenn Sie sie nicht sehen und keine Orientierungspunkte erkennen können. Der Bau eines sehr hohen Turms als Leuchtfeuer könnte helfen. Es könnte Licht abgeben oder vielleicht auch ein weitreichendes Funksignal.

Ein einfaches Navigationsgerät würde Ihnen sagen, aus welcher Richtung das Bakensignal kommt.

Da ich faul bin, lade ich einfach die Google Mars Navigation-Anwendung aus dem Play Store für mein Marsphone herunter.

"Man erreicht nichts, indem man an einen bestimmten Ort zieht." Ja, zum Beispiel, wenn Sie nach einem Ausflug zur Basis zurückkehren möchten, um Ihr Fahrzeug zu betanken, Proben zu analysieren, Vorräte (Sauerstoff, Wasser, ...) aufzufüllen und so weiter. Ein Navigationsfeuer funktioniert nur im Bereich der Sichtlinie, da ich bezweifle, dass die Atmosphäre des Mars etwas über die Übertragung der Sichtlinie hinaus zulässt, und es löst nur die Hälfte des Problems, "zurückzukommen". Betrachten Sie die Möglichkeit, einige wirklich interessante Funde an einem bestimmten Ort zu machen, aber fast keine Verbrauchsmaterialien mehr zu haben. Wie komme ich an denselben Ort zurück?
Nachschubmissionen müssten in der Nähe, aber nicht zu nahe an der Zielsiedlung landen. Ich würde mir vorstellen, dass dies ein Navigationsproblem für das Landungsboot und / oder die Kolonisten schaffen würde, das möglicherweise nicht durch weniger als ein GPS-artiges System gelöst wird (wenn auch vielleicht nicht so ausgefeilt).
Das war zumindest für ein Schmunzeln gut.
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