Так выглядят маневры удержания станции, или это просто глюки в данных? (СОХО через Горизонты)

Question

Так выглядят маневры удержания станции, или это просто глюки в данных? (СОХО через Горизонты)

сохо
Космос
гало-орбита
JPL-горизонт
дежурство
точки Лагранжа

ооо

Мне нравится веб-интерфейс JPL Horizons, и после того, как я обнаружил невероятно обширную базу данных, связанную с SOHO ( Солнечная и гелиосферная обсерватория , см. также sohowww.nascom.nasa.gov ) , я решил узнать больше об орбите спутника.

Я экспортировал набор данных исторических (и прогнозируемых) данных об орбите SOHO Spacecraftс шагом в 1 день, используя следующую настройку:

Я также экспортировал позиции the Sun, и the Earth-Moon Barycenterтаким же образом.

Используя приведенную массу системы барицентров Солнца и Земли-Луны (EMB) как:

мю знак равно \frac{м_{е а р т час} + м_{м о о н}}{м_{с ты н} + м_{е а р т час} + м_{м о о н}}

$\mu = \frac{m_{earth}+m_{moon}}{m_{sun}+m_{earth}+m_{moon}}$

Я использовал уравнения движения во вращающейся системе отсчета и численно решил для нулевого ускорения вдоль линии EMB-солнце (y, z равны нулю):

р_{1} знак равно \sqrt{(Икс + мю)^{2}}

$r_1=\sqrt{(x+\mu)^2}$

р_{2} знак равно \sqrt{(Икс - 1 + мю)^{2}}

$r_2=\sqrt{(x-1+\mu)^2}$

\ddot{Икс} знак равно Икс - \frac{(1 - мю) (Икс + мю)}{{р_{1}}^{3}} - \frac{мю (Икс - 1 + мю)}{{р_{2}}^{3}}

$\ddot x=x-\frac{(1-\mu)(x+\mu)}{{r_1}^3}-\frac{\mu(x-1+\mu)}{{r_2}^3}$

Я нашел ноль, на x = 0.989986котором находится около 99% расстояния от барицентра Солнца-ЭМП (в основном Солнца) до ЭМП, или около 1,5 млн км от земли в сторону солнца.

Так что я сделал точку и назвал это $L_1$ и определил его как это место, так как EMB медленно приближается и удаляется от солнца в течение года, мой $L_1$ «Происхождение» будет дышать вместе с ним.

Наконец, я изменил положение так, чтобы линия Sun-EMB оставалась фиксированной с солнцем слева, чтобы это выглядело как стандартная конфигурация для задач CR3BP.

У меня получилась довольно красивая траектория! Сюжет не захватывает дух - ограничения Matplotlib и (чрезмерно) ограничительный лимит SE 2MB для GIF.

Обратите внимание, что масштабы x, y и z все разные - на данный момент это построено только для того, чтобы поместиться в куб. Пятно (красное) слева в середине орбиты $L_1$ как определено выше, и маленькая сигарообразная капля (синяя) справа представляет движение EMB в этом конкретном кадре. Я посмотрел на график с фиксированным EMB вместо $L_1$ , но орбита стала толще. Этот способ действительно лучше выглядит, как и следовало ожидать. Маленькие черные точки — это первые и последние 20 дней (точки данных) в извлеченном наборе данных.

Если вы внимательно посмотрите на «верхнюю часть», то увидите маленькую вспышку и отклонение к солнцу. Я думаю, что это знаменитый пугающий эпизод с июня по ноябрь 1998 года, когда SOHO был почти потерян. Существует страница документов по восстановлению , или вы можете прочитать об этом в журнале Aerospace America May 1999: Saving SOHO или в статье ESA FC Vandenbussche SOHO's Recovery – Unprecedentable Success Story или для получения дополнительной информации о технических деталях; Робертс 2002 Миссия SOHO Восстановление гало-орбиты L1 после аномалий управления ориентацией 1998 года .

Я хотел посмотреть, смогу ли я найти событие и другие маневры удержания станции в необработанных данных. Итак, просто чтобы посмотреть, что произошло, я начертил изменение x, y и z в моих координатах за интервал с 3 декабря 1996 года по 4 июля 2016 года, и это все, что Horizons дал мне в день, когда я его загрузил. Очевидно, он распространяет вектор состояния на несколько недель вперед.

Для поиска маневров я начертил первую, вторую и третью конечные разности — численный способ аппроксимации производных. Вот что я получил:

На 2-м и 3-м разностных графиках примерно гармоническое движение почти исчезает, и становятся заметными разрывы. Я предполагал, что данные показывали мне маневры удержания на месте (SK). Я заметил большой зигзаг примерно в середине октября 2014 года. Я нашел файл SOHO-Spacecraft-Events.pdf, но, как ни странно, в то время в нем не было указано никаких маневров.

нажмите, чтобы увеличить:

Итак, мой вопрос: эти зигзаги (и, в частности, тот, что около 15 октября 2014 года) просто ошибки сшивки в восстановленных данных, или частица темной материи столкнулась с бозоном Хиггса, и SOHO может сообщить о первом наблюдении? ? (юмор).

Это также с сайта sohowww.nascom.nasa.gov :

ооо

примечание: я ищу красивую и полезную ссылку/справку по уравнениям движения во вращающейся системе координат CR3BP, которой могут воспользоваться другие читатели. Я только что вытащил приведенное выше уравнение из своего сценария.

ималлет

Хорошо, мне любопытно - что вызвало эту конкретную линию расследования?

ооо

@imallett ближайшая причина именно такая, как я написал в первом предложении. Когда я увидел, как Плеяды проносятся мимо солнца в GIF-файле, который я сделал для этого ответа, я больше огляделся и увидел, что SOHO обрабатывал изображения и данные в течение последних 20 с лишним лет и подавал сигналы тревоги CME. посмотрел на орбиту - один из первых про точку либрации. Затем я увидел там статью Робертса 2002 года, которая на самом деле довольно тщательная, познавательная и (по крайней мере, для меня) захватывающая.

ооо

С тех пор, как @TildalWave произнес слово « многообразие », я сидел на корточках и пытался изучить орбитальную механику. Когда я увидел, что в Horizons есть база исторических миссий, я не смог устоять! Графики разностей — это то, что я всегда делаю с новыми данными, конечно же, еще один обучающий момент!

Ответы (2)

Так выглядят маневры удержания станции, или это просто глюки в данных? (СОХО через Горизонты)

примечание: я ищу красивую и полезную ссылку/справку по уравнениям движения во вращающейся системе координат CR3BP, которой могут воспользоваться другие читатели. Я только что вытащил приведенное выше уравнение из своего сценария.
Хорошо, мне любопытно - что вызвало эту конкретную линию расследования?
@imallett ближайшая причина именно такая, как я написал в первом предложении. Когда я увидел, как Плеяды проносятся мимо солнца в GIF-файле, который я сделал для этого ответа, я больше огляделся и увидел, что SOHO обрабатывал изображения и данные в течение последних 20 с лишним лет и подавал сигналы тревоги CME. посмотрел на орбиту - один из первых про точку либрации. Затем я увидел там статью Робертса 2002 года, которая на самом деле довольно тщательная, познавательная и (по крайней мере, для меня) захватывающая.
С тех пор, как @TildalWave произнес слово « многообразие », я сидел на корточках и пытался изучить орбитальную механику. Когда я увидел, что в Horizons есть база исторических миссий, я не смог устоять! Графики разностей — это то, что я всегда делаю с новыми данными, конечно же, еще один обучающий момент!

Дэвид Хаммен · Answer 1

Скорее всего, вы видите артефакт того, как JPL представляет свои эфемериды для быстрых численных вычислений.

JPL интегрирует уравнения движения во времени. Это неизбежно приводит к несоответствиям между интегрированным состоянием и наблюдениями. Эти ошибки используются для корректировки начальных состояний, а затем повторно выполняется интегрирование. Цикл останавливается, когда ошибки падают ниже некоторого порога. Затем JPL вычисляет наборы полиномиальных коэффициентов Чебышева, которые приблизительно дают интегрированное состояние. Каждый набор коэффициентов относится к определенному промежутку времени.

Несколько наборов используются для охвата более длительных промежутков времени. (Альтернативой может быть использование полиномов более высокого порядка, но это почти неизбежно приведет к серьезным проблемам с числовыми вычислениями. Более высокий порядок не обязательно означает большую точность.) JPL пытается сделать переходы от одного набора к другому непрерывным, определенно с учетом к положению, возможно, по скорости, но не по второй и третьей производным.

Ваше третье отличие заключается в увеличении разрывов в этих переходах от одного набора коэффициентов к другому. Сомневаюсь, что эти шипы имеют какое-то физическое значение.

так что, может быть, что-то вроде прямого и обратного распространения от каждого измерения с «ошибками сшивания» происходит около средних точек, и измерения, вероятно, произошли непосредственно перед SK? Значит, нет постоянной связи Хиггса с темной материей? Крысы! Спасибо за быстрый и одновременно исчерпывающий ответ!
Я посмотрю дальше - на графике 2-го отличия вы можете видеть, что событие середины октября 2014 года столь же велико, как и потеря контроля 1998 года. Это единственные две вещи, которые имеют большое значение в 20-летнем сюжете. Что-то в этом не рутинное.

ооо · Answer 2

Я только что заметил, что этот сценарий также резюмируется в выводе Horizons:

Таким образом, исходное состояние при возобновлении операций 1998 г. - 25 сентября было интегрировано до 19 августа, предполагая чисто баллистическую траекторию. Ошибки траектории в течение этого интервала могут быть значительными из-за несмоделированной динамики.

Сшивание решений с несмоделированной динамикой, вероятно, является одним из источников этих сбоев в конце 1998 года.

  An unexpected loss of contact with SOHO occurred on 25 June 1998. The mission
   was recovered and normal operations resumed in mid-November 1998. Despite 
   subsequent failures of all three gyroscopes (the last in December 1998), 
   new gyro-less control software installed by February 1999, allowing SOHO to 
   resume normal operations (and making SOHO the first 3-axis-stabilised 
   spacecraft to operate without a gyroscope).
[...]

SPACECRAFT TRAJECTORY (concatenated trajectories from GSFC FDF):

  For the time-span 1998-Aug-19 to 1998-Sep-25, there is no official 
  trajectory information due to the recovery effort. Therefore, the initial 
  state at resumption of operations 1998-Sep-25 was integrated back to 
  August 19 assuming a purely ballistic trajectory. Trajectory errors 
  during this interval may be significant due to unmodelled dynamics.

  Trajectory name             Start        Stop
  --------------------------  -----------  -----------
  soho_1995                   1995-Dec-02  1996-Jan-01
  soho_1996                   1996-Jan-01  1997-Jan-01
  soho_1997                   1997-Jan-01  1998-Jan-01
  soho_1998a                  1998-Jan-01  1998-Aug-19
  soho_1998a-b_gap            1998-Aug-19  1998-Sep-25 (ballistic filler)
  soho_1998b                  1998-Sep-25  1999-Jan-01 (recovery of contact)
  soho_1999                   1999-Jan-01  2000-Jan-01
  soho_2000                   2000-Jan-01  2001-Jan-01
  soho_2001                   2001-Jan-01  2002-Jan-01
  soho_2002                   2002-Jan-01  2003-Jan-01
  soho_2003                   2003-Jan-01  2004-Jan-01
  soho_2004                   2004-Jan-01  2005-Jan-01
  soho_2005                   2005-Jan-01  2006-Jan-01
  soho_2006                   2006-Jan-01  2007-Jan-01
  soho_2007                   2007-Jan-01  2008-Jan-01
  soho_2008                   2008-Jan-01  2009-Jan-01
  soho_2009                   2009-Jan-01  2010-Jan-01
  soho_2010                   2010-Jan-01  2011-Jan-01
  soho_2011                   2011-Jan-01  2012-Jan-01     
  soho_2012                   2012-Jan-01  2013-Jan-01 
  soho_2013                   2013-Jan-01  2014-Jan-01
  soho_2014                   2014-Jan-01  2015-Jan-01 
  soho_2015                   2015-Jan-01  2016-Jan-01 
  soho_2016                   2016-Jan-01  2017-Jan-01    
  soho_2017                   2017-Jan-01  2018-Jan-01 (prediction Dec20-Jan01)
  soho_2018                   2018-Jan-01  2018-Dec-03 (prediction after Sep 9)

Так выглядят маневры удержания станции, или это просто глюки в данных? (СОХО через Горизонты)

ооо

ооо

ималлет

ооо

ооо

Ответы (2)

Дэвид Хаммен

ооо

ооо

ооо

Дизайн гало-орбиты космического телескопа Джеймса Уэбба

Существуют ли еще точки Лагранжа, если на третье тело от первого оказывается значительное радиационное давление?

Может ли радиотелескоп вращаться вокруг Земли-Луны L2 так, чтобы он находился в радиотени Луны?

Станционное удержание дельта-v в год для ванильного гало-орбиты Земля-Луна?

Помощь с ядрами Spice на исторической гало-орбите L1 ISEE-3 (1978-82); еще есть где-то в сети?

Гало против орбиты Лиссажу: какую стратегию удержания станции выбрать и когда?

Поскольку у L2 нет видимого маркера, как наземный контроль Джеймса Уэбба будет определять его относительное положение и скорость для удержания станции?

Какой расход требуется, чтобы спутник оставался в лагранжевой точке?

Может ли космический телескоп Джеймса Уэбба управлять собственной орбитой, если это необходимо?

Достаточно ли мы понимаем механику удержания точки Лагранжа для встречи и сборки EML2?