Как космический корабль может перемещаться без контакта с Землей?

Насколько я понимаю, зонды в Солнечной системе в основном полагаются на наземные сети слежения и данные эфемерид для навигации. Как только они окажутся очень близко к месту назначения, они могут дополнительно использовать визуальное отслеживание для определения своего местоположения. Но как космические корабли, например, находящиеся вне Солнечной системы, будут перемещаться, если Земля не будет в пределах досягаемости, чтобы снабжать их информацией о местоположении? "Старая школа" звездной навигации?

Ответы (2)

Здесь есть две проблемы:

  • Где я нахожусь (и каков мой вектор скорости в интересующей нас инерциальной системе отсчета)? ( Навигация ) ( это то, о чем, я полагаю, вы спрашиваете )
  • Я лечу кубарем или наоборот (и как быстро я вращаюсь)? ( определение отношения )

Для навигации :

Преобладающий способ мышления считает рентгеновские пульсары основным направлением развития. Это называется XNAV (навигация и определение времени на основе рентгеновских пульсаров).

В основе лежит принцип стабильности миллисекундных пульсаров, излучающих в рентгеновском спектре. Комбинация подсчетов импульсов от известных MSP преобразуется в псевдодальности и решается в фильтре, как и любая другая задача TDOA (мультиатерация). Обратите внимание, что это сложнее и требует больше времени, чем навигация с использованием GPS, где псевдослучайные последовательности, передаваемые спутниками, позволяют легко определить положение (пульсары повсюду излучают одинаковые импульсы).

NICER: на МКС планируется установить батарею рентгеновских детекторов

Художественное исполнение NICER

Кредит: НАСА.

Использованная литература:

  • 2012 г. - Демонстрации навигации и рентгеновской связи Pulsar с полезной нагрузкой NICER на МКС http://hdl.handle.net/2060/20120016975

  • 1981 - Навигация с использованием рентгеновских пульсаров NTRS Doc.ID 19810018591 Chester, TJ, Butman, SA

В настоящее время известно около дюжины рентгеновских пульсаров, излучающих сильные устойчивые импульсы с периодами от 0,7 до примерно 1000 с. Сравнивая время прихода этих импульсов на космический корабль и на Землю (через спутник на околоземной орбите), можно определить трехмерное положение космического корабля. Один день данных от небольшого бортового рентгеновского детектора дает трехмерное положение с точностью примерно до 150 км. Эта точность не зависит от расстояния космического корабля от Земли. Существующие методы определения координат двух космических аппаратов отличаются от углов измерения дальности и, таким образом, ухудшаются с увеличением дальности полета космического аппарата. Таким образом, навигация с использованием рентгеновских пульсаров всегда будет превосходить современные методы измерения этих двух координат для достаточно удаленных космических аппаратов. В настоящий момент, точка безубыточности возникает вблизи орбиты Юпитера. Пульсар Краб также может быть использован для получения одной поперечной координаты с точностью примерно 20 км.

Для определения ориентации звездных трекеров достаточно и в обозримом будущем будет достаточно.

Связанные мультимедиа:

@Chris - «позиционировать себя» неоднозначно. Я хочу знать не только, где я нахожусь, но и куда мне направить сопла, когда мне нужно будет начать вывод на орбиту Марса.
Я бы сказал, что это не так, но уж точно "навигация" (в названии) не двусмысленна.
Как насчет "когда я"? Скажем, с вами произошло какое-то «непредсказуемое событие», которое выбило вас и ваши инструменты из строя во время межзвездного путешествия. Как бы вы определили свое время относительно точки отсчета и с какой точностью это было бы возможно? Предположим, вы не можете рассчитать его, основываясь только на своем отношении (т.е. ваш путь мог измениться без вашего ведома по каким-то причинам).
@TildalWave - XNAV (... и определение времени). В межзвездном путешествии, если что-то пойдет не так с (избыточными, разнообразными наборами) инструментов, скорее всего, путешествие обречено.
Аналогия, связанная с XNAV и GPS, может быть полезна для понимания здесь ... в основном они имеют один и тот же принцип.
@DeerHunter - я больше думал о том, есть ли какие-либо наблюдаемые и предсказуемые во времени явления, происходящие в не слишком далекой Вселенной (скажем, в нашей галактике Млечный Путь), которые можно было бы использовать для определения с некоторой точностью времени, скажем, в с точностью до лет?
@ Крис - не совсем так. Пульсары не используют оптимизированные псевдослучайные последовательности, отсюда и трудности с фильтрацией исправлений.
@TildalWave - это движение звезд в ближайших окрестностях Солнца.
@DeerHunter ясно. Я просто предположил, что это будет хорошая аналогия для тех, кто не знаком с предметом.
Спасибо. Это захватывающая вещь. «Сравнивая время прибытия этих импульсов на космический корабль и на Землю (через спутник на околоземной орбите)»: требует ли это контакта с Землей? Или корабль должен нести библиотеку ожидаемого времени прибытия на Землю?
@coleopterist - наличие отдельного рентгеновского детектора где-то еще (на НОО, на Луне и т. д.) всегда помогает (с точки зрения точности). Однако вы можете сделать это самостоятельно. И: библиотеки нет. Предполагается, что пульсары неподвижны, и их импульсы следуют через равные промежутки времени.
Есть еще один ключевой момент, о котором не часто упоминают, который сейчас час. Важно знать, где находится Земля, чтобы знать, куда направить тарелку. Есть мысли на эту тему?
@PearsonArtPhoto - вы просто считаете импульсы и держите хорошие атомные часы. Между прочим, NIST работает над миниатюризацией атомных часов...
@DeerHunter: А если ваш компьютер перезагрузится? Тогда что?
@PearsonArtPhoto — держите счетчик изолированным от бортового компьютера :) Простой, прочный, экранированный, избыточный.

В настоящее время это нерешенная проблема. Помимо рентгеновских пульсаров, описанных Диром Хантером, НАСА профинансировало исследование использования экзопланет в качестве источника навигационных данных :

В этом предложении предлагается инновационный аппаратный датчик звездного слежения, который позволяет автономно рассчитывать орбиту космического корабля с использованием методов доплеровской спектроскопии и астрометрии. Предлагаемый усовершенствованный звездный трекер обеспечивает бортовые возможности самоопределения дальней космической орбиты за счет использования специализированных эталонных звезд, у которых есть компаньоны-экзопланеты. Движение экзопланет вокруг барицентра эталонной звезды обеспечивает стабильную, хорошо предсказуемую естественную картину сигнала. Усовершенствованный датчик звездного неба экзопланеты расширяет возможности будущих пилотируемых и беспилотных космических аппаратов, а также снижает требования и ресурсы для отслеживания сети дальнего космоса (DSN).

Однако это далеко не готово:

Предполагаемый уровень технологической готовности (TRL) в начале и конце контракта:
Начало: 2
Конец: 3 (т. е. находится на этапе «исследований для подтверждения осуществимости»)

Как космический корабль может перемещаться без контакта с Землей?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v