Sehen so Stationshaltemanöver aus oder sind es nur Datenfehler? (SOHO über Horizonte)

Ich habe die Weboberfläche von JPL Horizons genossen und nachdem ich die unglaublich umfangreiche Datenbank von SOHO ( Solar and Heliospheric Observatory , siehe auch sohowww.nascom.nasa.gov ) für diese Antwort entdeckt hatte, beschloss ich, mehr über die Umlaufbahn des Satelliten zu erfahren.

Ich habe einen Datensatz mit historischen (und prognostizierten) Umlaufbahndaten SOHO Spacecraftin 1-Tages-Schritten mit dem folgenden Setup exportiert:

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the SunIch habe auch die Positionen von , und auf the Earth-Moon Barycenterdie gleiche Weise exportiert .

Unter Verwendung der reduzierten Masse des Sonne-gegen-Erde-Mond-Baryzentrums (EMB)-Systems als:

μ = m e a r t h + m m Ö Ö n m s u n + m e a r t h + m m Ö Ö n

Ich habe die Bewegungsgleichungen in einem rotierenden Rahmen verwendet und numerisch für eine Nullbeschleunigung entlang der EMB-Sonnenlinie gelöst (y, z auf Null gesetzt):

r 1 = ( x + μ ) 2

r 2 = ( x − 1 + μ ) 2

x ¨ = x − ( 1 − μ ) ( x + μ ) r 1 3 − μ ( x − 1 + μ ) r 2 3

Ich habe eine Null gefunden, x = 0.989986die etwa 99 % der Entfernung vom Sonne-EMB-Baryzentrum (im Grunde die Sonne) zur EMB entspricht, oder etwa 1,5 Millionen km von der Erde in Richtung Sonne.

Also machte ich einen Punkt und rief ihn an L 1 und definierte es als diesen Ort, so dass sich das EMB im Laufe des Jahres langsam näher und weiter von der Sonne entfernt, my L 1 'Herkunft' wird mitatmen.

Schließlich habe ich die Position wieder rückgängig gemacht, so dass die Sun-EMB-Linie mit der Sonne auf der linken Seite fixiert blieb, so dass es wie die Standardkonfiguration für CR3BP-Probleme aussieht.

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Ich habe eine ziemlich gut aussehende Flugbahn! Die Handlung ist nicht atemberaubend - Einschränkungen von Matplotlib und die (zu) restriktive SE-2-MB-Grenze für GIFs.

Beachten Sie, dass die x-, y- und z-Skalen alle unterschiedlich sind - dies ist im Moment so gezeichnet, dass es in einen Würfel passt. Der Fleck (rot) links in der Mitte der Umlaufbahn ist L 1 wie oben definiert, und der kleine zigarrenförmige Klecks (blau) auf der rechten Seite repräsentiert die Bewegung des EMB in diesem speziellen Rahmen. Ich habe mir stattdessen ein Diagramm mit EMB-fixed angesehen L 1 , aber die Umlaufbahn wurde dicker. Dieser Weg sieht wirklich besser aus, als Sie erwarten würden. Die kleinen schwarzen Punkte sind die ersten und letzten 20 Tage (Datenpunkte) im extrahierten Datensatz.

Wenn Sie genau auf die "Spitze" schauen, gibt es einen kleinen Ausschlag und eine Exkursion in Richtung Sonne. Ich denke, das ist die berühmte, beängstigende Episode von Juni bis November 1998, als SOHO fast verloren war. Es gibt eine Seite mit Wiederherstellungsdokumenten oder Sie können darüber lesen in Aerospace America May 1999: Saving SOHO oder den Artikel von ESAs FC Vandenbussche SOHO's Recovery – An Unprecedented Success Story oder für weitere technische Details; Roberts 2002 Die Halo-Umlaufbahn der SOHO-Mission L1 von den Lagekontrollanomalien von 1998 erholt .

Ich wollte sehen, ob ich das Ereignis und andere Positionserhaltungsmanöver in den Rohdaten finden könnte. Also, nur um zu sehen, was passiert ist, habe ich die Variation von x, y und z in meinen Koordinaten über das Intervall vom 3. Dezember 1996 bis zum 4. Juli 2016 aufgetragen, was alles ist, was Horizons mir an dem Tag geben würde, an dem ich es heruntergeladen habe. Anscheinend propagiert es den Zustandsvektor ein paar Wochen in die Zukunft.

Um nach Manövern zu suchen, habe ich die erste, zweite und dritte endliche Differenz aufgetragen - eine numerische Methode zur Annäherung von Ableitungen. Hier ist, was ich habe:

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In den 2. und 3. Differenzdarstellungen verschwindet die ungefähr harmonische Bewegung fast und Diskontinuitäten werden deutlich. Ich ging davon aus, dass die Daten mir Station Keeping (SK) Manöver zeigten. Mitte Oktober 2014 bemerkte ich einen großen Zickzack. Ich fand SOHO-Spacecraft-Events.pdf , aber seltsamerweise sind um diese Zeit keine Antriebsmanöver aufgeführt.

klicken um zu vergrößern:

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Meine Frage ist also: Sind diese Zickzacklinien (und insbesondere die um den 15. Oktober 2014) nur Fehler in den rekonstruierten Daten, oder kollidierte ein Teilchen dunkler Materie mit einem Higgs-Boson und SOHO kann die erste Beobachtung melden ? (Humor).

Diese stammen ebenfalls von der Website sohowww.nascom.nasa.gov :

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Hinweis: Ich suche nach einer gut aussehenden und nützlichen Referenz / einem Link für die Bewegungsgleichungen im CR3BP-Rotationsrahmen, von der andere Leser profitieren können. Ich habe gerade die obigen eqns aus meinem Skript zurückgezogen.
Okay, ich bin neugierig - was hat diese spezielle Fragestellung veranlasst?
@imallett die proximale Ursache ist genau das, was ich im ersten Satz geschrieben habe. Als ich die Plejaden in dem GIF sah, das ich für diese Antwort erstellt hatte, sah ich mich mehr um und sah, dass SOHO in den letzten 20+ Jahren Bilder und Daten erstellt und CME-Warnungen ausgelöst hat. schaute auf die Umlaufbahn - einer der ersten über einen Librationspunkt. Dann sah ich dort die Abhandlung von Roberts 2002, die eigentlich ziemlich gründlich, lehrreich und (zumindest für mich) aufregend ist.
Seit @TildalWave das Wort Manifold gesagt hat, habe ich mich hingelegt und versucht, Orbitalmechanik zu lernen. Als ich sah, dass Horizons eine Datenbank mit historischen Missionen hat, konnte ich nicht widerstehen! Die Differenzdiagramme sind nur etwas, das ich immer mit neuen Daten mache, sicher genug, ein weiterer Lernmoment!

Antworten (2)

Sie sehen höchstwahrscheinlich ein Artefakt, wie JPL seine Ephemeriden für schnelle numerische Berechnungen darstellt.

JPL integriert die Bewegungsgleichungen über die Zeit. Dies führt zwangsläufig zu Diskrepanzen zwischen dem integrierten Zustand und den Beobachtungen. Diese Fehler werden verwendet, um Anfangszustände anzupassen, und die Integration wird dann erneut durchgeführt. Der Zyklus stoppt, wenn die Fehler unter einen bestimmten Schwellenwert fallen. JPL berechnet dann Sätze von Tschebyscheff-Polynomkoeffizienten, die ungefähr den integrierten Zustand ergeben. Jeder Koeffizientensatz bezieht sich auf eine bestimmte Zeitspanne.

Mehrere Sätze werden verwendet, um eine Abdeckung längerer Zeitspannen zu ermöglichen. (Eine Alternative wäre die Verwendung von Polynomen höherer Ordnung, aber das führt fast zwangsläufig zu ernsthaften Problemen bei der numerischen Berechnung. Höhere Ordnung bedeutet nicht unbedingt eine höhere Genauigkeit.) JPL versucht, die Übergänge von einem Satz zum anderen kontinuierlich zu machen, definitiv in Bezug auf zur Position, möglicherweise in Bezug auf die Geschwindigkeit, aber nicht zur zweiten und dritten Ableitung.

Ihre dritten Unterschiede vergrößern die Diskontinuitäten in diesen Übergängen von einem Satz von Koeffizienten zu einem anderen. Ich bezweifle, dass diese Stacheln irgendeine physikalische Bedeutung haben.

also vielleicht so etwas wie Vorwärts- und Rückwärtsausbreitung von jeder Messung, wobei "Stitching Errors" in der Nähe der Mittelpunkte auftreten und Messungen wahrscheinlich direkt vor SK stattgefunden haben? Also keine Higgs-Dunkle-Materie-Kopplungskonstante? Ratten! Danke für die schnelle und gleichzeitig definitive Antwort!
Ich schaue weiter - im 2. Differenzdiagramm können Sie sehen, dass das Ereignis von Mitte Oktober 2014 so groß ist wie der Kontrollverlust von 1998. Dies sind die einzigen zwei Dinge, die in der 20-jährigen Handlung so groß auftauchen. Etwas daran ist nicht Routine.

Mir ist gerade aufgefallen, dass dieses Szenario auch in der Ausgabe von Horizons zusammengefasst ist:

Daher wurde der Anfangszustand bei der Wiederaufnahme des Betriebs 1998-25. September unter der Annahme einer rein ballistischen Flugbahn auf den 19. August zurückintegriert. Flugbahnfehler während dieses Intervalls können aufgrund nicht modellierter Dynamik erheblich sein.

Stitching-Lösungen mit unmodellierter Dynamik sind wahrscheinlich eine der Quellen dieser Störungen Ende 1998.

  An unexpected loss of contact with SOHO occurred on 25 June 1998. The mission
   was recovered and normal operations resumed in mid-November 1998. Despite 
   subsequent failures of all three gyroscopes (the last in December 1998), 
   new gyro-less control software installed by February 1999, allowing SOHO to 
   resume normal operations (and making SOHO the first 3-axis-stabilised 
   spacecraft to operate without a gyroscope).
[...]

SPACECRAFT TRAJECTORY (concatenated trajectories from GSFC FDF):

  For the time-span 1998-Aug-19 to 1998-Sep-25, there is no official 
  trajectory information due to the recovery effort. Therefore, the initial 
  state at resumption of operations 1998-Sep-25 was integrated back to 
  August 19 assuming a purely ballistic trajectory. Trajectory errors 
  during this interval may be significant due to unmodelled dynamics.

  Trajectory name             Start        Stop
  --------------------------  -----------  -----------
  soho_1995                   1995-Dec-02  1996-Jan-01
  soho_1996                   1996-Jan-01  1997-Jan-01
  soho_1997                   1997-Jan-01  1998-Jan-01
  soho_1998a                  1998-Jan-01  1998-Aug-19
  soho_1998a-b_gap            1998-Aug-19  1998-Sep-25 (ballistic filler)
  soho_1998b                  1998-Sep-25  1999-Jan-01 (recovery of contact)
  soho_1999                   1999-Jan-01  2000-Jan-01
  soho_2000                   2000-Jan-01  2001-Jan-01
  soho_2001                   2001-Jan-01  2002-Jan-01
  soho_2002                   2002-Jan-01  2003-Jan-01
  soho_2003                   2003-Jan-01  2004-Jan-01
  soho_2004                   2004-Jan-01  2005-Jan-01
  soho_2005                   2005-Jan-01  2006-Jan-01
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  soho_2016                   2016-Jan-01  2017-Jan-01    
  soho_2017                   2017-Jan-01  2018-Jan-01 (prediction Dec20-Jan01)
  soho_2018                   2018-Jan-01  2018-Dec-03 (prediction after Sep 9)
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