Почему эти две звездные камеры космического телескопа Хаббла указывают почти в одном направлении и для чего другое окно?

Три «звездных трекера с неподвижной головой» не указывают «почти в одном направлении», они почти * ортогональны.

Они обеспечивают определение ориентации с точностью до 60 угловых секунд, чтобы направить обсерваторию практически в правильном направлении.

Что касается того, почему используется такое расположение, то оно обеспечивает достаточную точность и хорошо подходит для конструкции космического корабля. (Я подозреваю, что вырезы в кормовом кожухе сильно повлияли на дизайн)

* Да, это почти гипербола, однако, поскольку тригонометрия используется для определения положения, 44,4 градуса составляют 70% пути к ортогональности по сравнению с 18% для (щедрых) 10 градусов для чего-то, «указывающего почти в том же направлении».

А что такое большой черный прямоугольный «эркер»?

Это один из радиальных приборных отсеков Хаббла . В настоящее время он содержит широкоугольную камеру 3. На этом рендеринге DOUG видно, что камера «выскочила» из отсека.

почему два нижних указывают почти в одном направлении?

Как говорится в этом ответе , три отверстия под «эркером» — это отверстия для звездных трекеров Хаббла с фиксированной головкой. На этом рендеринге DOUG показаны FHST, и их фотография находится в связанном ответе.

Углы обзора на двух нижних FHST разделены на 60 градусов в плоскости «1-2» Хаббла. Угол обзора между нижним и верхним СТП разнесен на 45 градусов в плоскости «1-3». Оси показаны здесь.

Здесь приведены единичные векторы для FHST.

Единичные векторы и изображение системы координат взяты из этой статьи , в которой содержится полезное обсуждение того, как FHST используются в общей схеме наведения Хаббла. Вот отрывок:

FHST — это старинные звездные трекеры стандарта НАСА 1970-х годов производства Ball Brothers. ⁷ Они используют электронный метод поиска и отслеживания с использованием аналоговой трубки диссектора изображения и детектора фотоумножителя, а также вспомогательной электроники. FHST имеют поле зрения 8 ° x 8 ° и способны регистрировать и отслеживать звезды с визуальной величиной от 2,0 до 6,5 (mv). Трекеры передают цифровое горизонтальное и вертикальное положение звезды на бортовой компьютер HST с частотой дискретизации 10 Гц. Эквивалентный угол шума FHST составляет 16 асек RSS. В отличие от современных систем слежения за звездами, FHST не имеют внутренней обработки для вывода кватернионов ориентации, а ошибки ориентации от FHST вычисляются на борту бортового компьютера HST.

обновлено , чтобы быть только дополнительным ответом. Был вопрос о двух камерах по обе стороны от линии симметрии и о том, указывают ли они в «почти одном и том же» направлении или направлены ближе к ортогональным направлениям.

Вопрос спрашивает:

...почему два нижних указывают почти в одном направлении?

Если я правильно понимаю связанный документ, оказывается, что угол между ними меньше 45 градусов и, хотя и не «почти такой же», ближе к параллели, чем к ортогональной.

Таблица 3. в связанной статье Космического телескопа Хаббла Закон о сокращенном управлении гироскопом «Проектирование, реализация и работа на орбите»; AAS 08-278 в ответе @OrganicMarble, по-видимому, дает именно это, единичные векторы для направлений трех камер. Арккосинусы скалярных произведений дают нам угол между парами, который равен

pair        angle (deg)
1 - 2       49.1, 
2 - 3       44.4
3 - 1       49.1

Номер 1 [0, 0, -1] — это верхняя камера в вопросе, поскольку она единственная направлена ​​перпендикулярно оси телескопа. Я получаю угол между двумя другими камерами как 44,4 градуса.

import numpy as np

degs = 180/np.pi
vecs = np.array([[0, 0, -1],
                 [-0.6547, -0.3779, -0.6546],
                 [-0.6547, +0.3779, -0.6546]])
print([degs*np.arccos(np.dot(vecs[i], vecs[(i+1)%3])) for i in range(3)]) # they're fairly well normalized

Они заимствованы из связанного ответа @OM, нажмите, чтобы открыть полный размер, или, что еще лучше, наслаждайтесь ими, читая этот ответ!