¿Cómo determina la NASA la posición de sus sondas?

Actualmente estoy siguiendo la visita de New Horizons a Plutón. Me pregunto cómo determina la sonda/NASA la posición de la sonda. Supongo que usar el GPS de la Tierra no tendría la resolución angular necesaria si estás a miles de millones de kilómetros de distancia.

Volaron miles de millones de kilómetros y fallaron por apenas 70 kilómetros.

¿Cuál es la precisión del sistema de posicionamiento?

Tenemos modelos muy detallados y precisos de objetos en nuestro sistema solar. Los muchachos de la NASA también hacen todos los cálculos de trayectoria, delta-v y trayectorias de vuelo. Lo hacen con una dolorosa cantidad de precisión. Luego calculan exactamente cuánto pesa la nave espacial después de cada maniobra y hacia dónde apunta. Luego dicen "ve, nave espacial. Haz lo tuyo" y hacen estimaciones basadas en cómo funciona todo. La nave espacial también mantiene una idea aproximada de dónde está y cómo se orienta utilizando varios instrumentos y datos....
luego obtienen actualizaciones del s/c y hacen estimaciones de qué tan lejos están de la ruta de vuelo en términos de distancia, ángulo y velocidad. Estos se pueden ajustar en el camino. Una vez en el destino, todos los datos recopilados se devuelven y todo, desde el tamaño de Plutón hasta el tiempo que lleva recibir el mensaje, indica dónde está. Esto, más el tiempo de ruta, la longitud y varias maniobras les da una buena estimación de dónde está.
No es una ciencia exacta.
"Todo lo que necesitas es una nave espacial y una estrella para guiarla". Bueno, más o menos... www2.jpl.nasa.gov/basics/bsf13-1.php
¿ Sería Space Exploration un mejor hogar para esta pregunta?
Para naves espaciales cercanas a la Tierra, utilizan interferometría y efectos Doppler utilizando múltiples estaciones terrestres. Para naves espaciales mucho más lejanas, (como dijo Jimself) utilizan modelos predictivos de alta precisión además de los efectos Doppler. Por cierto, el GPS se usa en cosas debajo de su órbita. Supongo que uno podría usarlo en algo fuera (es decir, a mayor altitud) de su órbita, pero los localizadores GPS suelen ser muy caros en las naves espaciales y solo son necesarios cuando es necesario conocer la ubicación con alta precisión.

Respuestas (1)

Me pregunto cómo determina la sonda/NASA la posición de la sonda.

Hay varias cosas que se pueden medir directamente desde la Tierra, como se explica en detalle en https://solarsystem.nasa.gov/basics/bsf13-1.php . Los describo brevemente a continuación.

  1. velocidad radial hacia/desde la Tierra: utilizando el desplazamiento Doppler de una señal portadora de enlace descendente bien conocida
  2. distancia desde la Tierra: utilizando un pulso de rango codificado en la señal de enlace ascendente y un tiempo de respuesta conocido dentro de la electrónica de la nave espacial más otros retrasos conocidos, se puede determinar el Δ t (es decir, retardo de tiempo) del viaje hacia/desde la nave espacial
  3. posición angular en el cielo: uso de efectos Doppler de las estaciones de la Red de Espacio Profundo (DSN) para valores de baja precisión e interferometría de línea de base muy larga para mediciones más precisas

Usando múltiples estaciones terrestres, podemos mejorar las estimaciones de distancia/alcance, posición y velocidad. Las incertidumbres son generalmente impulsadas por limitaciones financieras y/o la necesidad de la misión (p. ej., algunos objetivos científicos de naves espaciales no requieren que conozcamos su posición a más de ~100 km). Algunas naves espaciales pueden aprovechar el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) , de la misma manera que uno triangularía su posición en la Tierra, si la nave espacial está por debajo de la órbita del GPS (es decir, ~20,200 km de altitud). Los rastreadores de GPS en naves espaciales pueden ser costosos y, a veces, puede ser más fácil o más económico determinar la información de actitud de la Red Cercana a la Tierra usando técnicas similares a las descritas anteriormente usando el DSN.

¿Cuál es la precisión del sistema de posicionamiento?

Esto depende de la misión y los objetivos/requisitos para el control de actitud . Los sensores de estrella y sol a bordo proporcionan la orientación de la nave espacial, generalmente a menos de un grado (a veces con tolerancias mucho más pequeñas si es necesario, por ejemplo, los telescopios espaciales a menudo requieren una precisión muy alta). Las velocidades pueden determinarse hasta mm/s (o menos si es necesario) y la posición puede conocerse hasta menos de un kilómetro. Por ejemplo, la posición orbital de Cassini debe ser muy conocida ( ≤ 1   k metro ) debido a la gran cantidad de desechos orbitales alrededor de Saturno .

Otras naves espaciales en entornos menos peligrosos requieren información de actitud menos precisa. Por ejemplo, la nave espacial Wind se encuentra actualmente en órbita alrededor de la L 1 El punto y su posición no necesitan conocerse mejor que 10s de km.

Volaron miles de millones de kilómetros y fallaron por apenas 70 kilómetros.

No estoy seguro de dónde surgió la distancia de 70 km porque New Horizons estaba aproximadamente a ~7800 km de Plutón y ~28,800 km de Caronte en su aproximación más cercana.

¿Cómo determina la NASA la posición de sus sondas?
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