גישות חדשניות לניווט בחלל עמוק באמצעות סטלר ורדיו אותות

ניווט חלל עמוק הוא אחד ההיבטים התובעניים ביותר של חקר החלל המודרני.As החללית נעה רחוק יותר מכדור הארץ - אל מאדים, חגורת האסטרואיד, כוכבי הלכת החיצוניים ומעבר - האותות הנושאים פקודות וטלמטורי הופכים לחמורות יותר, זמני האור העגולים מתמתחים שעות, ואת שולי השגיאות להפחתה של גלי קרקע מסורתיים כמעט ללא שום דבר.

סטלהר ניווט: אמנות הכוכבים הנצחית

הרעיון של ניווט על ידי הכוכבים הוא עתיק כמו ים אנושי, אבל היישום שלו בחלל עמוק הוא הרבה יותר מתוחכם. הגישה של חללית - אוריינטציה שלו בשלושה ממדים - ניתן לקבוע עם דיוק יוצא דופן על ידי התבוננות בעמדות של כוכבים ידועים יחסית לחיישנים על הסיפון. כוכב מודרני עוקבי כוכבים הם מצלמות דיגיטליות קומפקטיות ללכוד תמונה של השדה, לזהות את דפוס הכוכבים בשדה הראייה, ומאחורי דפוס אחד של כוכבים אחד מהם ניתן לזהות מתחת לקטלוג אחד של כוכב הלכת השני, ברגע אחד מהם הוא אחד מהם הוא רק כמה קילומטרים.

טכניקה זו אינה נותנת ישירות חללית את עמדתה בחלל, אך היא מספקת את ההקשר הדרוש עבור מערכות ניווט אחרות.לדוגמה, חללית שמכירה את הכיוון שלה יכולה להצביע על אנטנה כלפי כדור הארץ בצורה מדויקת יותר, שיפור איכות אותות רדיו המשמשים למעקב אחר דופלר.

התפתחויות אחרונות בניווט רחב כוללות את התפתחות האלגוריתמים של כוכבים:0 (0) אלגוריתמים לזיהוי כוכבים אלגוריתמים (Saltonomous זיהוי אלגוריתמים) אשר יכולים לפעול ללא ידע קודם של הכיוון של החללית.אלגוריתמים אלה משתמשים במשחת גיאומטרית או ברשתות עצביות כדי לזהות תבניות כוכבים גם כאשר נקודת המבט של המצלמה היא מקודמת, המאפשרת הפעלה אמינה במהלך תמרונים מהירים או לאחר חומרה של סוכנות החלל האירופית:

מגבלות וסביבות

ניווט סטלאר מדויק מאוד אבל לא פתרון מוחלט.זה לא עובד כאשר חללית היא בצל או כאשר הדחפורים שלה יורים, כפי שצנרת הממצה יכולה לטשטש את ראייתו של כוכב הלכת.כדי לפצות, משימות לעתים קרובות להשתמש בגירוסקופים או יחידות מדידה לא רצויות (IMUs) כדי לשמור על נתונים אוריינטציה בין עדכוני מעקב כוכבים.

ניווט מבוסס אותות רדיו: מינוף רשתות כדור הארץ

אותות רדיו הם האמצעי העיקרי של חלליות נודדות מאז שחר עידן החלל.השיטה הפשוטה היא מעקב דופלר שני נתיב: תחנת קרקע על פני כדור הארץ משדרת אות לחללית, אשר לאחר מכן מהדהדת אותו בחזרה.השינוי תדירות של האות השיבה - בשל המהירות היחסית בין החללית לכדור הארץ - מאריך את מהירות הרדיו של החללית לאורך קו הראייה, כאשר מאפשר את המדידות של הזמן המשולבות.

(ב) לקביעת עמדה מדויקת יותר, מהנדסים משתמשים בטכניקה הנקראת "FLT:0Delta-Differential One-Way Ranging" (Delta-DOR) 1, הידוע גם בשם VLBI (מעט מאוד ריבועי) עבור ניווט.DS. בשיטה זו, שתי תחנות קרקע נפרדות באופן נרחב - לעתים קרובות אלפי קילומטרים בנפרד - לעתים קרובות לקבל אות מהחללית על ידי מספר קטן של מרחק קצר של כדור הארץ, על ידי מספר קטן של סיקור של זמן קצר של , על ידי תחנת החלל של NASF) על ידי מיקום קבוע של מאדים, על ידי מיקום קבוע של אזור זה, על ידי מספר קטן של מאדים.

דלתא-דר הייתה קריטית לתמרונים מדויקים במשימות פלנטריות.לדוגמה, במהלך הגישה של החללית (FLT:0CassiniveFLT:1) ל Saturn, Delta-DOR שימשה לחדד את המסלול כך שהבדיקה יכולה ליישר את הפער בין הטבעות ולעבור למסלול.

חידושים אחרונים דוחפים את הניווט ברדיו עוד יותר.השימוש ב-FLT:0 קישורים ⁇ i- ⁇ ⁇ FLT:1 - אותות חוזרים ב- X-band (8 GHz) ו- Ka-band (32 GHz) - מדפיסים שגיאות הנגרמות על ידי האווירה של כדור הארץ ועל ידי פלזמה השמש בפרט, יש אורך גל קצר יותר, והוא יכול להיות מתואם עם נתונים גבוהים יותר, כמו גם אותות ניווט של זמן רב יותר, מאשר לפתרונות חשמליים, מאשר ל-F2, במיוחד, מאשר ל-זמנית, מאשר ל-F.

כיוון מבטיח נוסף הוא השימוש ב-FLT:0 (interplanetaryקונסטלsss) 1 (בדיוק כפי שלווייני GPS מספקים ניווט על פני כדור הארץ, רשת של חללית במאדים או בנקודות Lagrange יכולה לשדר אותות שיאפשרו ל- rover או מסלול לזרז את עמדתו מבלי צורך בתמיכה מבוססת כדור הארץ.

גישה היברידית: הטוב ביותר משני העולמות

שום טכניקת ניווט בודדת מושלמת לכל השלבים של משימת חלל עמוקה.הניווט של סטלאר נותן אוריינטציה מצוינת אבל מידע מיקום מוגבל; מעקב רדיו נותן מיקום מדויק ומהירות אבל תלוי על התשתית מבוססת כדור הארץ והוא כפוף לעיכובים ו outages. על ידי שילוב שיטות אלה, מערכת היברידית יכולה להשיג הן דיוק והן עמידות. לדוגמה, חללית יכולה להשתמש במעקבי כוכבים כדי לשמור על הגישה שלה תוך ביצוע מדידה דלתא-דר, אשר מבטיחה בדיוק את הנתונים המחוששים.

כמה משימות יישמו בהצלחה ניווט היברידית:0JunuaoFLT 1 החללית ב-צדק משתמש במעקב כוכבים עבור גישה ורדיו עבור נחישות מסלול מסלול מסלול מסלול מסלול, אבל הוא גם מסתמך על ה-FLT שלה:2 מתקדם סטלה CompassFLT 3: - כוכב מדויק מאוד שיכול גם למדוד את קצב הזווית הזווית של החללית, במהלך המעבר שלה על פני השטח הקצר של כוכב הלכת הקדמי, אז, לא ניתן לעקוב אחר לוחות זמנים מדויקים של כוכב הלכת של ג'ורג'ומים קצרים של כוכב הלכת, אז, לאחר מכן, עם קרינת אחוריים קצרים של כוכב הלכת שלו, אז, אז, אז, עם קרינת לוח זמנים קצרים של כוכב הלכת של כוכב הלכת של כוכב הלכת של כוכב הלכת עם קרינת Juronic.

(במבט קדימה, ניווט היברידי יהיה חיוני עבור FLT:0) חללית אוטונומית 1 צריך לנווט בזמן אמת ללא המתנה לפקודות מכדור הארץ.לדוגמה, הפוגה על מאדים יכול להשתמש בשילוב של ראיית הכוכבים (לקבוע את הכותרת), odometry (לעקוב אחר התנועה שלו), ואת אותות הרדיו מהמסלול (לכיוון הנכון מערכות כאלה כבר נבדקים על פני כדור הארץ, אשר עשוי לשמש אנדולומטריה, אשר ישמשו לעיל, אשר עשוי להשתמש בקונסטנטית, אשר עשוי להשתמש בקונסטנטית וידאו, אשר ישמשומים ו-F2, אשר ישמשואנטים עתידיים, אשר ישמשומים, אשר ישמשו, אשר ישמשו, אשר יהיה, אשר יהיה, 000, אשר יהיה, אשר יהיה, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, אשר יהיה, 000, אשר יהיה, אשר יהיה, 000, 000, 000, 000, 000, 000, אשר יהיה, אשר יהיה, אשר יהיה, אשר יהיה, אשר יהיה, אשר עשוי להשתמש בניווט, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000,

ניווט מבוסס פולאר: אורור קוסמי

אולי הגישה העתידנית ביותר לניווט בחלל עמוק כוללת שימוש ב-FLT:0 (פולסרים) 1LT (אנ') – כוכבי נויטרונים מסתובבים באופן בלתי נמנע, הנפלטים מקרנות אלקטרומגנטיות עם סדירות קיצונית.חלק מהפולסרסרים יציבים כל כך שתקופות הסיבוב שלהם אטומיות של שעונים (FV) בדרך כלל מכפלות את זמני ההגעה של פולסרים ידועים, חללית יכולה לקבוע את עמדתה בשלושה של XFD2, כמו אותות ניווט (xV) בדרך כלל).

הניסוי של DSLT:0 (Station Explorer for X-ray Timing andניווט Technology (SEXTANT)SEXTANT) של DSLT:1, בהובלת מרכז טיסות החלל גודרד של נאס"א, הראה טכניקה זו על FLT:2NICERFLT 3 כלי שיט גלוי מדי על תחנת החלל הבינלאומית.

אתגרים נשארים: פולסרים הם מקורות חלשים, הדורשים אזורי איסוף גדולים וזמני אינטגרציה ארוכים; מודל התזמון של הפולסר צריך להיות מדויק מאוד; החללית חייבת להיות מסוגלת להבחין בין הדופקים מרעש רקע.עם זאת, כמה סוכנויות חלל חוקרות באופן פעיל XNAV.הכוכבים הסיניים של FLT:0XPNAV-1FLT:1LT, בשנת 2016, גם הוכיחו ב-ULbit2S, תזמון מוצלח, ו-FSERNA, מאפשר לניווט משותף, ללא תזמון משותף, בין כוכבים:2FV-FLT2FV:0XPLT1FV-1FV-1FV-1FV-1FV-1FV-1FV-1FV-1FV-1FV-1FV-1FV1FV1FV1FV1FV-1FV-1FV-1FV-1FV-1FV-1FV1LT:1LT:1LT 1FV1FV1FV1FV1FV LT 1FV1FV1FV, LT 1FV1FV1 LT 1FS, LT 1FV1FS, 000 LT 1FS,

טכנולוגיות מתפתחות וכיוונים עתידיים

מעבר ל- stellar, רדיו וסימנים פולסר, כמה טכנולוגיות חדשות נמצאות באופק המבטיחות לחולל מהפכה בניווט בחלל עמוק.

תקשורת אופטית כסיוע ניווט

(התקשורת לייזרית מציעה גם שיעורי נתונים גבוהים יותר מאשר רדיו, אבל יש לה פוטנציאל ניווט.כאשר תחנת קרקע נושבת על מגדלור לייזר של חללית, הקישור הדו-דרך המתקבל יכול לספק טווח מדויק מאוד ומדידות טווח.ה-FLT:0Lunar לייזר זיהוי של ספסל לייזר אדסנסציה (LLCD)FLT:1 בשנת 2013 השיגה מידה של כמה סנטימטרים ממרחק הירח, ו-F2Ricoldowdowdows:

חיישן קוונטי ושעון אטומי

[שעון אטומי הדור הבא על החללית יכול לשפר באופן דרמטי את איכות הניווט רדיו חד-צדדי.אם חללית נושאת שעון אולטרה-precise, זה יכול למדוד את זמן הטיסה של אות מתחנת קרקע מבלי צורך קישור חוזר, לפשט את החומרה ולהפחית את צריכת החשמל.

אינטליגנציה מלאכותית לניווט אוטונומי

למידת מכונה מוחלת יותר ויותר על בעיות ניווט.רשתות עצביות עמוקות יכולות לעבד תמונות עוקבות כוכבים כדי לזהות קבוצות כוכבים באופן מיידי, אפילו עם נתונים רועשים או חלקיים. אלגוריתמים של למידה רבי עוצמה יכולים לתכנן מסלולים אשר אחראים על אי-ודאות בשדות הכבידה ולחץ קרינה השמש.לדוגמה, ה-FLT:0) ניסויים במדעי ההגנה מחדש של כדור הארץ 1 על פני כדור הארץ, אשר ישמשו את ההתפרצות האנרגטית והקרינה הדומה יותר, אך ניתן להפעיל מחדש את החללים האלה באופן אוטומטי, אך ורק על פני השטח, אך ורק על פני השטח, אך ורק על פני השטח, עלול להפוך לשיטות הטכניקות יעילות יותר, אך ורק על פני השטח, כמו גם על פני השטח, כמו גם על פני השטח, כמו גם על פני השטח, אך ורק על פני השטח, אך ורק על פני השטח, עלול להפוך למשימות חומרת-ידי מערכת החלל הטכניקות מהירות יותר, אך ורק על פני השטח, באופן אוטומטי, אך ורק על פני השטח, באופן אוטומטי, כמו גם על פני השטח, כמו גם קרינת כדור הארץ, כך, כמו גם קרינת חלליות, כמו גם קרינת החלל הטכניקות מהירות יותר, ניתן להפוך למשימות חומרת-ידי מערכת החלל הטכניקות מהירות יותר, אך ורק כדי להפוך למשימות חומר

אתגרים ושיקולים

(למרות ההבטחה לגישות חדשניות אלה, יש להתגבר על מכשולים משמעותיים לפני שהם הופכים לשגרה:0AutonomyFLT:1 הוא חרב כפולה, בעוד זה מקטין את ההסתמכות על כדור הארץ, זה גם דורש עיבוד לוח זמנים חייב להיות מאומת נגד תרחישים עתירי חירום: 72 PowerFLT 3 הם חמורים עבור חלליות קטנות, הוספת כוכב, מסלול X-Falloweration, במיוחד עבור חיישן חשמלאי.

(הופנה מהדף LT:0)StandardizationFLT:1 הוא אתגר נוסף.כל משימה מפתחת כיום מערכת ניווט משלה, אך תשתית משותפת - כגון שירות phemeris או מנגנון עדכון קטלוג כוכבים אוניברסלי - יכול להפחית עלויות ולשפר את יכולת התיאום הבין-לאומית, בדומה לקבוצת ייעוץ תפעולי אימפולסיבי (IO) LT3, אשר כבר יכול להיות מסוגל לנווט בין סוכנויות חלל רלוונטיות לניווט בין כלי חלל, בדומה ל-או-קויים.

מסקנה

ניווט חלל עמוק מתפתח מפעולת מבוססת קרקע, אנושית-חושנית למשמעת אוטונומית ורב-סנסטור המרת את הפיזיקה של היקום.Sellar ניווט מספק את הדיוק הנדרש להצבעה ושלישייה; אותות רדיו מכדור הארץ מספקים את טווח ומידות מהירות המגדירים את מסלולי החלל; מערכות היברידיות משלבות את נקודות הכוח הללו לביצועים חזקים; וניווט מבוסס-סראר מציע התייחסות עצמאית למשימות הנמצאות מאחורי כדור הארץ, אפילו לשחיטה, כמו גם למזגות, כמו גם לחיישנים גרעיניים, כמו גם לחדדים, כמו שמראות, כמו גם לכדי מערכות מתקדמות, כמו גם לכדי יכולת פעולה חדשנית, כמו גם לכדי להבטיח את מערכות הגנה, כמו גם לכדי יכולת חשיבה, כמו גם לכדי יכולת פעולה, ואוויריתות, ואוויריתות, ואוויריתות, כמו גם לכדי יכולת מדידה, ואווירית, ואווירית, ואווירית, ואווירית, ואווירית, שתאפשרה, כמו גם לשחיטה חדשנית, שתאפשרה, שתאפשר, כדי לכדי יכולת פעולה חדשנית, כדי לכדי יכולת חשיבה אוטומטית, כדי לנטראקטיביות, כדי לחדד, כדי לנטרליפות, כדי לנטראקטיביות, כמו גם לגי