Wie lokalisieren sich Sonden?

Es gibt keine Möglichkeit für eine Sonde, die auf einem entfernten Körper in die Umlaufbahn/Landung geschickt wird, nur mit vorberechneten Flugparametern dorthin zu gelangen - winzige Fehler zu Beginn des Fluges würden sich gegen Ende in große Unterschiede in Geschwindigkeit und Flugbahn umwandeln. Natürlich müssen diese Fehler während des Fluges korrigiert werden, wenn sie offensichtlich werden (und bevor sie auf ein nicht korrigierbares Niveau eskalieren), aber zuerst müssen sie offensichtlich werden. Und während die Sonden in der Anfangsphase ihre Geschwindigkeit und Position ziemlich genau mit den GPS-Satelliten messen könnten, ist dies nicht realisierbar, sagen wir auf halbem Weg zum Saturn und gut wenige AE von nahen Körpern entfernt.

Welche Methoden verwenden die Sonden also, um ihre eigenen Flugparameter im Vergleich zu den geplanten zu messen?

Sonden orten sich nicht selbst. Wir tun es. Siehe space.stackexchange.com/a/2362/265
Was ist mit Sternentrackern wie dem NAVCAM, das auf der Rosetta-Sonde der ESA verwendet wird? NASA JPL Beschreibung von Rosetta NAVCAM
Siehe auch: space.stackexchange.com/questions/942/… zur Navigation von Sonden ohne Erdkontakt.
Ein Sterntracker wird verwendet, um die Lage einer Sonde zu bestimmen, nicht ihren Standort. Anhand der Parallaxe naher Sterne können Sie möglicherweise feststellen, ob Sie sich in der Nähe der Erde oder in der Nähe von Pluto befinden, aber das reicht für eine genaue Navigation nicht aus.
@Hobbes: Der Star Tracker "sieht" auch die meisten Planeten. Es wird nicht ganz genau sein, aber definitiv mehr als eine Parallaxe zwischen Sternen.
Es würde die Planeten sehen, aber (außerhalb der Erdumlaufbahn) keine Möglichkeit haben, sie zu identifizieren. Wenn die Sonde zum Beispiel Jupiter umkreist, würde Mars auf der gegenüberliegenden Seite erscheinen, wo wir ihn von der Erde aus sehen. Man muss also schon ungefähr wissen, wo man sich befindet, um den Mars am Himmel zu finden. Planetenpositionen können nützlich sein, wenn Sie Ihre Position regelmäßig aktualisieren, damit zwischen einer Messung und der nächsten ein kleiner Unterschied besteht. Dies ist ein viel komplizierteres Problem als das, wofür Sterntracker gebaut sind, AFAIK. Könnte als eigenständige Frage gut sein.
@Hobbes: Es wäre sehr überraschend, wenn die Sonde ihre Position nicht ungefähr kennen würde - nur anhand der Uhr und der programmierten Flugbahn. Dann kann es bestimmte Planeten in bestimmten Bereichen des Himmels erwarten und den eigenen Standort anhand ihrer genauen Positionen feinabstimmen.
@SF: Es scheint möglich zu sein ( adsabs.harvard.edu/abs/1992gnc..conf.1287V ), aber die Stern-Tracker, die ich bisher gefunden habe (einschließlich der in New Horizons verwendeten), erwähnen keine Positionierung oder Fähigkeiten zur Planetensuche ( aiad.it/aiad_res/cms/documents/SELEXGALILEOStarTrackers.pdf )

Antworten (1)

Interplanetare Sonden haben in der Regel nicht genügend Ausrüstung an Bord, um ihre eigene Position zu berechnen. Der Standort einer Sonde wird also von der Bodenkontrolle unter Verwendung von Daten von der Sonde gemessen.

  • Entfernung und Geschwindigkeit entlang der Erde-Raumfahrzeug-Achse werden durch Senden von Signalen an die Sonde, die sofortige Rückübertragung durch die Sonde und Messen der verstrichenen Zeit plus Doppler-Verschiebung erreicht. Siehe Mark Adlers Antwort auf eine verwandte Frage.
  • Die verbleibenden Parameter werden aus dem Obigen mit einigen Berechnungen plus Daten von dem Raumfahrzeug abgeleitet. Beispielsweise können Navigationsbilder verwendet werden: Diese zeigen die Sterne und Planeten aus der Perspektive des Raumfahrzeugs, dies kann mit der Sicht von der Erde verglichen werden.

Für den Pluto-Vorbeiflug von New Horizons wurde dieser Prozess durch die Tatsache erschwert, dass Plutos Umlaufbahn nicht genau bekannt war. Daher verwendete das NH-Team mehrere Methoden (*), um die Position von Pluto genau zu messen, damit sie wiederum die Flugbahn von NH verfeinern konnten.

*: Das NH-Team ging die Fotoplatten von Tombaugh aus den 1930er Jahren durch und digitalisierte sie, um Daten zu erhalten, die so weit wie möglich zurückreichen.

Es gibt Projekte, um eine Methode zu entwickeln, mit der Raumsonden ihre Position unabhängig messen können, aber keines davon ist auch nur annähernd „einsatzbereit“.

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