Звездный трекер

Программное обеспечение для отслеживания звезд в реальном времени STARS работает с изображением, полученным с EBEX 2012, космологического эксперимента на высотном воздушном шаре, запущенного в Антарктиде 29 декабря 2012 года.

Звезда трекер представляет собой оптический прибор , который измеряет положения звезд с помощью фотоэлементов или камеры. ^[1] Поскольку положение многих звезд было измерено астрономами с высокой степенью точности, звездный трекер на спутнике или космическом корабле может использоваться для определения ориентации (или положения) космического корабля по отношению к звездам. Для этого звездный трекер должен получить изображение звезд, измерить их видимое положение в системе отсчета космического корабля и идентифицировать звезды, чтобы их положение можно было сравнить с их известным абсолютным положением из звездного каталога. Система отслеживания звезд может включать в себя процессор для идентификации звезд путем сравнения структуры наблюдаемых звезд с известной структурой звезд на небе.

История [ править ]

В 1950-х и начале 1960-х годов звездные трекеры были важной частью первых баллистических ракет большой дальности и крылатых ракет , в эпоху, когда инерциальные навигационные системы (ИНС) не были достаточно точными для межконтинентальных дальностей. ^[2]

Представьте, что к цели летит ракета времен холодной войны ; Сначала он летит на север, проходит над Арктикой, а затем снова начинает лететь на юг. С точки зрения ракеты кажется, что звезды позади нее приближаются к южному горизонту, в то время как впереди поднимаются. Перед полетом можно рассчитать относительный угол звезды на основе того, где должна быть ракета в этот момент, если она находится в правильном месте. Затем это можно сравнить с измеренным местоположением, чтобы получить сигнал об отключении ошибки, который можно использовать для возврата ракеты на правильную траекторию. ^[2]

Из-за вращения Земли звезды, находящиеся в пригодном для использования месте, меняются в течение дня и меняются местоположением цели. Обычно используется набор из нескольких ярких звезд, и одна будет выбрана во время запуска. Для систем наведения, основанных исключительно на отслеживании звезд, какой-то записывающий механизм, обычно магнитная лента , был предварительно записан с сигналом, который представлял угол звезды в течение дня. При запуске лента была перенаправлена ​​на подходящее время. ^[2] Во время полета сигнал на ленте использовался для приблизительного позиционирования телескопа так, чтобы он указывал на ожидаемое положение звезды. В фокусе телескопа находился фотоэлемент и своего рода генератор сигналов, обычно вращающийся диск, известный как прерыватель.. Прерыватель заставляет изображение звезды многократно появляться и исчезать на фотоэлементе, создавая сигнал, который затем сглаживается для получения переменного тока на выходе. Фаза этого сигнала сравнивалась с фазой на ленте для получения сигнала наведения. ^[2]

Звездные трекеры часто сочетались с ИНС. Системы INS измеряют ускорения и интегрируют их с течением времени для определения скорости и, при желании, двойную интеграцию для определения местоположения относительно места запуска. Даже крошечные ошибки измерения, если их объединить, составляют заметную ошибку, известную как «дрейф». Например, навигационная система N-1, разработанная для крылатой ракеты SM-64 Navaho, дрейфовала со скоростью 1 морская миля в час, что означает, что после двухчасового полета ИНС будет указывать позицию на 2 морских мили (3,7 км). ; 2,3 мили) от фактического местоположения. Это было за пределами желаемой точности примерно в полмили.

В случае INS магнитная лента может быть удалена, и эти сигналы вместо этого подаются INS. В остальном система работает как и раньше; сигнал от INS приблизительно позиционирует звездный трекер, который затем измеряет фактическое местоположение звезды и выдает сигнал ошибки. Затем этот сигнал используется для корректировки положения, генерируемого ИНС, уменьшая накопленный дрейф до предела точности трекера. ^[2] Эти «звездные инерциальные» системы были особенно распространены с 1950-х по 1980-е годы, хотя некоторые системы используют их по сей день. ^{[3] [4]}

Современные технологии [ править ]

В настоящее время доступно множество моделей ^{[5] [6] [7] [8] [9]} . Звездные трекеры, требующие высокой чувствительности, могут запутаться из-за солнечного света, отраженного от космического корабля, или из-за выхлопных газов двигателей космического корабля (либо отражение солнечного света, либо загрязнение окна звездного трекера). Звездные трекеры также подвержены множеству ошибок (низкая пространственная частота, высокая пространственная частота, временная частота и т. Д.) В дополнение к множеству оптических источников ошибок ( сферическая аберрация , хроматическая аберрация и т. Д.). Есть также много потенциальных источников путаницы в алгоритме идентификации звезд ( планеты , кометы ,сверхновые , бимодальный характер функции рассеяния точки для соседних звезд, других ближайших спутников, световое загрязнение точечных источников из больших городов на Земле, ...). Обычно используется около 57 ярких навигационных звезд . Однако для более сложных миссий для определения ориентации космического корабля используются целые базы данных звездного поля . Типичный звездный каталог для точного определения ориентации создается из стандартного базового каталога (например, из Военно-морской обсерватории США ), а затем фильтруется для удаления проблемных звезд, например, из-за видимой изменчивости звездной величины , показателя цвета.неопределенность или положение на диаграмме Герцшпрунга-Рассела, подразумевающее ненадежность. Эти типы звездных каталогов могут содержать тысячи звезд, хранящиеся в памяти на борту космического корабля или обработанные с помощью инструментов на наземной станции, а затем выгруженные. ^{[ необходима цитата ]}

См. Также [ править ]

• Небесная навигация
• GoTo (телескопы)

Ссылки [ править ]