Woher kennt ein Raumschiff seine Ausrichtung im Orbit?

Bei LEO heutzutage? Einfach, GPS und Kompass (eigentlich ein mehrachsiges Magnetometer oder ein Kreiselkompass).

Wenn es sich nun im Orbit anderer Körper oder im interplanetaren Raum befindet ... oder vor dem GPS ein Raumschiff war ... wird das interessanter.

Lassen Sie mich eine ziemlich lange, aber ziemlich umfassende Zusammenfassung der verwendeten Geräte aus dem Artikel Attitude Control auf Wikipedia einfügen.

Horizontsensor

Ein Horizontsensor ist ein optisches Instrument, das Licht aus dem „Glied“ der Erdatmosphäre, dh am Horizont, erfasst. Oft wird thermische Infrarotmessung verwendet, die die vergleichsweise Wärme der Atmosphäre im Vergleich zum viel kälteren kosmischen Hintergrund erfasst. Dieser Sensor liefert eine Orientierung in Bezug auf die Erde um zwei orthogonale Achsen. Es ist tendenziell weniger genau als Sensoren, die auf Sternbeobachtung basieren. Manchmal auch als Erdsensor bezeichnet.

Orbitaler Kreiselkompass

Ähnlich wie ein terrestrischer Kreiselkompass ein Pendel verwendet, um die lokale Schwerkraft zu erfassen und seinen Kreisel in Ausrichtung mit dem Erddrehungsvektor zu zwingen und daher nach Norden zu zeigen, verwendet ein Orbitalkreiselkompass einen Horizontsensor, um die Richtung zum Erdmittelpunkt zu erfassen, und einen Kreisel dazu Drehung um eine Achse senkrecht zur Umlaufbahnebene erfassen. Somit liefert der Horizontsensor Nick- und Rollmessungen, und der Kreisel liefert Gieren. [Zitieren erforderlich] Siehe Tait-Bryan-Winkel.

Sonnensensor

Ein Sonnensensor ist ein Gerät, das die Richtung zur Sonne erfasst. Dies kann je nach Missionsanforderungen so einfach wie einige Solarzellen und Blenden oder so komplex wie ein lenkbares Teleskop sein.

Erdsensor

Ein Erdsensor ist ein Gerät, das die Richtung zur Erde erfasst. Es ist normalerweise eine Infrarotkamera; Heutzutage ist die Hauptmethode zur Bestimmung der Lage der Sterntracker, aber Erdsensoren sind wegen ihrer geringen Kosten und Zuverlässigkeit immer noch in Satelliten integriert.

Sternentracker

Ein Sterntracker ist ein optisches Gerät, das die Position(en) von Stern(en) mit Fotozelle(n) oder einer Kamera misst.

Magnetometer

Ein Magnetometer ist ein Gerät, das die Magnetfeldstärke und, wenn es in einer dreiachsigen Triade verwendet wird, die Magnetfeldrichtung misst. Als Navigationshilfe für Raumfahrzeuge werden die gemessene Feldstärke und -richtung mit einer Karte des Erdmagnetfelds verglichen, die im Speicher eines Bord- oder bodengestützten Leitcomputers gespeichert ist. Wenn die Position des Raumfahrzeugs bekannt ist, kann die Lage abgeleitet werden.

Bei Sonden im interplanetaren Raum reichen diese nicht aus. In diesem Fall kann die Sonde einen Sterntracker verwenden, um ihre eigene Lage zu bestimmen, aber die Position wird auf der Erde bestimmt – Funksignale von der Sonde werden trianguliert, die genaue Entfernung (bis auf wenige Meter oder weniger!) kann mithilfe der Phasenverschiebung bestimmt werden, und dann erhält die Sonde ihre berechnete Position von der Erde zurück.