Как космический корабль узнает свою ориентацию на орбите?

В LEO, в настоящее время? Лёгкий, GPS и компас (собственно, многоосевой магнитометр или гирокомпас).

Теперь, если он находится на орбите других тел, или в межпланетном пространстве... или был кораблем до GPS... это становится еще интереснее.

Позвольте мне вставить довольно длинное, но достаточно исчерпывающее описание используемых устройств из статьи Attitude Control в Википедии.

Датчик горизонта

Датчик горизонта — это оптический прибор, который улавливает свет от «конца» земной атмосферы, т. е. на горизонте. Часто используется тепловое инфракрасное зондирование, которое определяет сравнительное тепло атмосферы по сравнению с гораздо более холодным космическим фоном. Этот датчик обеспечивает ориентацию относительно Земли вокруг двух ортогональных осей. Он имеет тенденцию быть менее точным, чем датчики, основанные на наблюдении за звездами. Иногда его называют датчиком Земли.

Орбитальный гирокомпас

Подобно тому, как наземный гирокомпас использует маятник для определения местной гравитации и вынуждает свой гироскоп выровняться с вектором вращения Земли и, следовательно, указывать на север, орбитальный гирокомпас использует датчик горизонта для определения направления на центр Земли и гироскоп для определения направления. смысловое вращение вокруг оси, нормальной к плоскости орбиты. Таким образом, датчик горизонта обеспечивает измерения тангажа и крена, а гироскоп обеспечивает рыскание. [Править] См. углы Тейта-Брайана.

Датчик солнца

Солнечный датчик — это устройство, которое определяет направление на Солнце. Это могут быть как простые солнечные элементы и шторы, так и сложные управляемые телескопы, в зависимости от требований миссии.

Датчик земли

Датчик Земли — это устройство, определяющее направление на Землю. Обычно это инфракрасная камера; в настоящее время основным методом определения пространственного положения является устройство слежения за звездами, но датчики Земли по-прежнему интегрируются в спутники из-за их низкой стоимости и надежности.

Звездный трекер

Звездный трекер - это оптическое устройство, которое измеряет положение (я) звезды (звезд) с помощью фотоэлемента (ов) или камеры.

Магнитометр

Магнитометр — это устройство, которое измеряет силу магнитного поля и, при использовании в трехосной триаде, направление магнитного поля. В качестве средства навигации космического корабля измеренная напряженность и направление поля сравниваются с картой магнитного поля Земли, хранящейся в памяти бортового или наземного компьютера управления. Если положение космического корабля известно, можно сделать вывод об отношении.

В случае зондов в межпланетном пространстве этого недостаточно. В этом случае зонд может использовать звездный трекер для определения собственного положения, но положение определяется на Земле - радиосигналы от зонда триангулируются, точное расстояние (с точностью до метра!) может быть определено с помощью фазового сдвига, и затем зонд получает расчетное положение обратно с Земли.