Wie (zum Teufel) kann die Umlaufbahn von 2014 MU69 gut genug für einen nahen Vorbeiflug von New Horizons bekannt sein?

Das Objekt 2014 MU69 ist viel kleiner und dunkler als Pluto. Selbst wenn sich New Horizons nähert, wird es für seinen gekühlten CCD-Langstrecken-Imager LORRI mit 8,2-Zoll-Blende viel schwieriger sein, ihn zu fixieren, bis er ganz nahe ist.

BEARBEITEN:

New Horizons machte seine erste Sichtung von Pluto neun Jahre bevor es Pluto erreichte. MU69 wird etwa 100.000-mal dunkler sein, was bedeutet, dass seine erste Sichtung ungefähr neun Tage dauert , bevor er dort ankommt (tatsächlich könnte es ein paar Monate dauern, siehe hier ). Somit kann jede Navigation, die das Abbildungssystem des Raumfahrzeugs verwendet, ein enges Zeitfenster haben, um nützlich zu sein. Aus diesem Grund halte ich diese Frage für besonders interessant: Gibt es einen Plan, die Bilddaten des Raumfahrzeugs in irgendeiner Weise zu verwenden, um den Vorbeiflug zu steuern, oder wird dies nur mit der Astrometrie von MU69 aus der Nachbarschaft der Erde und der Radarreichweite / -rate von New Horizons erfolgen? plus Daten von seiner letzten bekannten Adresse, Pluto/Charon?

Plutos Umlaufbahn wird seit fast einem Jahrhundert überwacht, während die von 2014 MU69 nur etwa drei Jahre lang überwacht wird, obwohl mit drei Jahren beugungsbegrenzter Präzisionsastrommetrie von Hubble viel erreicht werden kann.

Aber von Flecken auf einem Bild zu einer echten dreidimensionalen Umlaufbahn und sechsdimensionalen Zustandsvektoren zu gelangen, ist nicht einfach. Es scheint, dass es eine größere Hüllkurve in Bezug auf Entfernung / Exzentrizität geben könnte, die dieselbe scheinbare Bewegung erzeugen könnte.

Frage: Wie kann die Umlaufbahn von 2014 MU69 gut genug für einen nahen Vorbeiflug von New Horizons bekannt sein?

Ich frage mich auch, wie gut die tatsächliche Umlaufbahn von 2014 MU69 aufgezeichnet wurde und wie nahe der Vorbeiflug am Ziel erwartet wird ? Zielen sie nur auf einen Null-Aufprall-Parameter (geradeaus) und lassen die Unsicherheit die Entfernung bestimmen, oder zielen sie ein wenig zur Seite? Aber diese sind zweitrangig und ich werde bei Bedarf separat nachfragen.

                       Pluto       2014 MU69
                      -------      ---------
Diameter              2380 km       ~35 km
Albedo               ~0.58          ~0.04-0.14?
distance to sun       5.0E+09 km     6.5E+09 km
Vis mag from Earth     ~15          ~ 27
Years of observation    87 yr       ~ 3 yr

Zum Zeitpunkt des Vorbeiflugs:

  • Relativgeschwindigkeit ~ 50.000 km/h
  • Entfernung zur Erde ~ 6.650.000.000 km
  • Rundreisefunk ~ 12,3 Stunden

2014 MU69: http://www.minorplanetcenter.net/db_search/show_object?object_id=486958

Die Frage : Wie nah kann New Horizons an 2014 MU₆₉ herankommen? ist verwandt, und es gibt dort Vorschläge, dass die Entfernung der engsten Annäherung einige tausend km betragen könnte. Ich kann mir nicht vorstellen, dass dies allein auf der Grundlage von erdgestützten oder LEO-gestützten Beobachtungen möglich wäre.
Das Zentrum des Kleinplaneten gibt ihm einen U-Wert von 2, was meiner Ansicht nach bedeutet, dass die vorhergesagte Position in seiner Reichweite über ein Jahrzehnt um 10.000 km abweichen könnte. Das scheint gut genug, um den Vorbeiflug zu arrangieren. Das Objekt ist klein und schwach, aber die Hubble-Astrometrie muss genügend Genauigkeit gehabt haben – Parallaxe wäre ebenfalls verfügbar –, um die Orbitalparameter so genau zu erhalten.
@antlersoft Was wäre die gegenwärtige Unsicherheit in der Position von MU69 heute ohne Extrapolation in die Zukunft? Es ist nicht null, richtig? Der Abfluss ist ein eindimensionaler Fehler im Orbit und enthält nicht explizit Entfernungs- oder Out-of-Plane-Fehler. Außerdem kann ich es heute nicht tun, aber ich werde wahrscheinlich eine separate Frage zu Unsicherheit und Wertung stellen. Ich werde dir hier eine Nachricht hinterlassen, wenn ich das tue. Vielen Dank! (Notiz an mich selbst: minorplanetcenter.net/iau/info/UValue.html )
Hinweis: Die Umlaufgeschwindigkeit von MU69 beträgt nur ~4,47 km/s. New Horizons bewegt sich mit 14,3 km/s fort. Kurskorrekturen, um auf die Begegnungsbahn zu kommen, sind mit diesen Parametern nicht annähernd so schwierig, selbst bei unvollständigen Daten.
@SF. Die bloße Erwähnung einer Relativgeschwindigkeit ist keine Möglichkeit, den Fehler in der Entfernung der engsten Annäherung zu bewerten. Sie benötigen mindestens die Differenz zweier Zustandsvektoren zu einem bestimmten Zeitpunkt; das sind mindestens sechs unabhängige Zahlen, nicht eine.
@uhoh: Dies ergibt jedoch ein direktes Delta-V im schlimmsten Fall für einen Vorbeiflug mit beiden Positionen, und mit einer Schätzung der Zeit bis zum Vorbeiflug, da das Ziel sichtbar ist, ergibt sich eine gute Schätzung von Delta-V gegenüber der Entfernung, um die der Vorbeiflug Kann verbessert werden.
@SF. Bei dieser Frage geht es um Navigation, nicht um Antrieb: "...kann die Umlaufbahn von 2014 MU69 gut genug bekannt sein ..." Wenn Sie die Zustandsvektoren nicht weit genug im Voraus haben, kann der Antrieb allein den Mangel nicht ausgleichen Informationen (bessere Formulierung).
Wenn Sie die Zustandsvektoren 9 Tage im Voraus kennen, entscheidet der Antrieb, um wie viel Sie die Flugbahn bis zur nächsten Anflugzeit korrigieren können. Wenn Ihre Begegnung innerhalb von 100.000 km liegt, können Sie mit einem Manöver von 1,5 km/s 8 Tage im Voraus die Sonde in das Ziel stürzen.
@SF. kannst du das als Antwort schreiben anstelle all dieser Kommentare? Denken Sie daran, dass es nicht dasselbe ist, wie einen Zustandsvektor zu haben, wenn Sie neun Tage später nur einen schwachen „Punkt“ sehen. Sie "zielen" nicht nur darauf, Sie brauchen eine Entfernung und eine Schließrate. Ich frage mich, wie dies in diesem speziellen Fall tatsächlich geschehen soll.
@pericynthion von Ihrem Link: "HINWEIS: Die Gauß-Methode ist eine vorläufige Umlaufbahnbestimmung mit Betonung auf vorläufig." Es ist der "... gut genug ..."-Teil, auf den ich mich hier konzentriert habe, auf diesen speziellen Fall. Die Bahnbestimmung kann nur so gut sein wie die Unsicherheit der verwendeten Messungen.
@uhoh: Das ist es: Sie brauchen keine Distanz und keine Annäherungsrate, nur 2 von 3 Komponenten von Position und Geschwindigkeit. 2 Bilder liefern die erste Achse der beiden. Führen Sie ein Bremsmanöver entlang dieser Achse durch und nehmen Sie ein drittes Bild auf, um die zweite Achse zu erhalten. Führen Sie ein weiteres Manöver durch, das die Relativgeschwindigkeit in diesen beiden Achsen auf Null reduziert. Die dritte Achse bleibt unbeschränkt und die Geschwindigkeit und Zeit des Vorbeiflugs bleiben unbekannt, aber WIRD passieren. Sobald Helligkeitsänderungen sinnvoll werden, wird die relative Geschwindigkeit messbar.
Alte KSP-Methode des Anstarrens von Begegnungen aus Zeiten, als Kerbals keine Navball- oder Manöverknoten hatten: Zeigen Sie auf das Ziel, warten Sie eine Weile, sehen Sie, in welche Richtung sich das Ziel über Ihren Bildschirm bewegt hat. Brennen Sie entlang dieser Achse und sehen Sie, wie sich die Bewegungsgeschwindigkeit des Ziels auf Ihrem Bildschirm auswirkt. Brennen Sie weiter, bis das Ziel aufhört, über Ihren Bildschirm zu wandern. Solange die Krümmung der Umlaufbahnen Ihre Flugbahn nicht zu sehr beeinträchtigt, haben Sie eine Begegnung.
JPL geht davon aus, MU69 mit LORRI etwa 3 Monate im Voraus abbilden zu können: jpl.nasa.gov/spaceimages/details.php?id=PIA21588
@SF. das mag für gerade Linien im leeren Raum ohne Gravitationsquellen oder zwei Schiffe gelten, die sich mit konstanter Geschwindigkeit auf dem Ozean bewegen, aber nicht unbedingt für eine Ellipse und eine Hyperbel in 3D. Wenn Sie die Mathematik für dieses spezielle Beispiel entweder verlinken oder zeigen könnten, wäre das großartig!
@Hobbes ausgezeichnet - ich habe eine Notiz in der Bearbeitung gemacht, danke!
@uhoh, aber angesichts der kurzen Zeitskala und des großen Orbitalradius ist die Annäherung an eine Bewegung in einer geraden Linie nicht zu weit entfernt
@SF. Warum New Horizons keine Tracking-Funktion hat, könnte von einer Diskussion wie dieser profitieren. Ich denke, es ist eine gute Frage (insbesondere die erste Frage eines neuen Benutzers), hat aber noch keine wirkliche Aktivität (und nur eine Stimme).

Antworten (2)

Die Berechnungen der langen Umlaufbahn von Plutos Umlaufbahn wurden in erster Linie durchgeführt, um Treibstoff zu sparen, und in zweiter Linie, um eine sehr enge Region anzuvisieren. Die Mission sollte zwischen der Sonne und Pluto und Charon (und auch der Erde und Pluto und Charon) fliegen, was nur mit sehr sorgfältiger Kenntnis der Umlaufbahn durchgeführt werden konnte.

Für die MU69-Mission 2014 ist eine ziemlich große Menge Treibstoff reserviert. Sie versuchen immer noch festzustellen, wie weit sie sich ihm nähern werden, aber es werden zwischen 3000 km und 20000 km sein . Obwohl ich nicht bezweifle, dass sie gerne zwischen Sonne und Erde und diesem Objekt wie zuvor sein würden, hat es keine so hohe Priorität.

Hubble wird weiterhin Beobachtungen durchführen, ebenso wie bodengestützte Teleskope, um die kommende Mission zu verfeinern.

Außerdem wird New Horizons seine Kamera verwenden, um es abzubilden und die Flugbahn zu verfeinern, wie es bei Pluto der Fall war.

Geradeaus zu zielen wäre eine schlechte Sache, obwohl es für diese frühe Planung akzeptabel wäre. Ich wette, sie zielen jetzt direkt darauf ab, werden sich aber auf eine Seite einstellen, wenn das Datum näher rückt (keine Quelle, aber es macht Sinn). Direkt darauf zu zielen würde bedeuten, dass Sie nicht wissen würden, auf welcher Seite sich das Objekt tatsächlich befindet Fotografieren sehr schwierig!

BEARBEITEN: Ich habe tatsächlich ein Video dazu gemacht, ohne mich daran zu erinnern, dass ich dies hier beantwortet hatte. Kurz gesagt, viele Beobachtungen mit Hubble, die Verwendung von Sternbedeckungen, die Verwendung von Datenbanken von Sternen, um die Sternbewegung zu berücksichtigen, die jeder Stern macht. Fügen Sie ein paar Beobachtungen von New Horizons selbst hinzu, und wir haben eine Flugbahn, die gut genug für einen Vorbeiflug ist!

Glauben Sie, dass sie eine Zahl zwischen 3.000 und 20.000 km wählen werden, oder ist das die 3-Sigma-Unsicherheit? Ich bin wirklich hinter den Methoden her, die verwendet werden, um die Umlaufbahn von MU69 (auch die eines New Horizon) genau genug zu kennen, um einige tausend Kilometer in einer so unglaublichen Entfernung und relativen Geschwindigkeit (etwa 50.000 km / h und 6.650.000.000 km) anzuvisieren.
Es hängt von der ultimativen Unsicherheit ab, die sie haben, und ich glaube nicht, dass sie es im Moment wissen. Ich vermute, dass sie am Ende eine Unsicherheit von vielleicht 1000 km oder so haben werden, und der größte Teil der endgültigen Entfernung wird auf wissenschaftliche Ziele zurückzuführen sein.
...und eine Round-Trip-Leuchtdauer von 12,3 Stunden.
Das wird wirklich keinen Einfluss darauf haben, wo es überhaupt enden wird, abgesehen davon, dass es schwierig zu planen ist ...
Meine Frage ist, wie schwierig es ist, zu planen. Und Round-Trip Light Time limitiert, welche Art von Last-Day- oder Last-Hour-Korrekturen möglich sind. Das Objekt ist viel dunkler als Pluto, daher bekommt man vielleicht nicht wie früher ein halbes Jahr im Voraus Bilder. M69 ist möglicherweise 100.000-mal schwächer als Pluto, deshalb habe ich die Albedo in die Tabelle aufgenommen.
Die Pläne für Vorbeiflüge werden normalerweise lange im Voraus geplant, also ... Korrekturen in letzter Minute werden einfach nicht gemacht.
OK, das klingt irgendwie nach einer pauschalen Verallgemeinerung, die vielleicht nicht wirklich auf einen Vorbeiflug an einem extrem schwachen Objekt mit 30 km Durchmesser zutrifft, das 6,5 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt ist. Ich bin mir nicht sicher, ob dies ein Fall ist, in dem "normalerweise" zutrifft. Natürlich ist "weit im Voraus" auch ein ziemlich flexibler Begriff.
Es galt für die Jupiter-Vorbeiflüge und alle, mit denen ich vertraut bin. Es gilt normalerweise auch für orbitale Missionen. Die einzige Ausnahme, die ich gesehen habe, sind Systeme, die KI verwenden, um die Position oder Bilder zu verbessern.
Bei dieser Frage geht es speziell um ein extrem kleines, schwaches und weit entferntes Objekt , eine Analogie zu einem Jupiter-Vorbeiflug ist möglicherweise nicht so relevant.
GUT GEMACHT! Das antwortet wirklich in erstaunlicher Tiefe, wow! Ich hätte nie mit einer Videoantwort gerechnet :-) fantastisch!

Okay, meine Kommentare zu einer Antwort zusammenfassen:

Sobald Sie ein Bild haben und genügend Delta-V haben, KÖNNEN Sie einen Vorbeiflug bekommen, obwohl die genaue Zeit und Geschwindigkeit des Vorbeiflugs bis viel später unbekannt bleiben (wenn Änderungen der Größe des Objekts in Bildern signifikant werden).

Dies funktioniert nur, wenn die Krümmung der Umlaufbahnen nicht signifikant ist - der Gravitationseinfluss anderer Körper ist gering und Flugbahnen auf den beteiligten Entfernungen können mit geraden Linien angenähert werden. Es funktioniert auch bei moderater Orbitalkrümmung, wenn Sie den Vorgang iterativ wiederholen und den Fehler korrigieren, wann immer die Krümmung ihn einführt. Es ist jedoch definitiv nicht realisierbar, wenn die beiden Körper in der Umlaufbahn eines Planeten beispielsweise 90 Grad voneinander entfernt sind. Für New Horizons ist es jedoch praktikabel - die ungefähr 1-10 Millionen km, bei denen 2014 MU69 entdeckt werden soll, sind nichts im Vergleich zur Entfernung von der Sonne, und ~ 10 Tage sind nichts im Vergleich zur Umlaufzeit von 2014 MU69.

Nehmen Sie eine Reihe von Koordinaten, wobei die Z-Achse zum Handwerksziel geht; repariere es relativ zu "entfernten Sternen" (damit es sich nicht ändert, wenn sich die beteiligten Objekte bewegen).

Richten Sie das Fahrzeug entlang dieser Z-Achse aus.

Nehmen Sie zwei Bilder bekannter Zeit auseinander. Das Ziel wird eine gewisse Distanz über das Sichtfeld gewandert sein.

Führen Sie einen willkürlich gewählten Delta-V-Brenn senkrecht zur Z-Achse in Richtung der scheinbaren Bewegung des Ziels (XY-Ebene) durch und nehmen Sie nach bekannter Zeit ein weiteres Foto auf.

Mit einfachen Proportionen zwischen Zeiten und Positionen können Sie den Brennwert berechnen, der erforderlich ist, um eine Fly-by-Trajektorie zu erhalten - eine, die die relative Geschwindigkeit des Ziels in der XY-Ebene auf Null bringt. Da es sich nicht "seitwärts" bewegt und Sie sich darauf zubewegen, werden Sie schließlich dort ankommen .

Sie wissen immer noch nicht, wann und mit welcher Geschwindigkeit der Vorbeiflug stattfinden wird, aber Sie müssen nur warten – oder den Vorgang immer wieder wiederholen, um die Vorbeiflugdistanz weiter zu verringern.

Wenn der anfängliche Sichtkontakt weit "aus" ist, fehlt Ihnen natürlich Delta-V, um die Korrektur durchzuführen. Im Fall von New Horizons sollten jedoch etwa 100.000 km anfänglicher Fehler ausreichen, um einen sehr engen Vorbeiflug zu erzielen, und alles darüber hinaus wird die Vorbeiflugdistanz nur erhöhen.

In der Praxis war der Zeitpunkt des Vorbeiflugs jedoch auf ein oder zwei Sekunden bekannt (notwendig für die Kameraausrichtung), was impliziert, dass die Entfernung zu 2014MU69 auf etwa 20 km bekannt war. Weiß jemand wie das festgestellt wurde?
Wie (zum Teufel) kann die Umlaufbahn von 2014 MU69 gut genug für einen nahen Vorbeiflug von New Horizons bekannt sein?
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