¿Cómo (diablos) pueden los propulsores solos estabilizar New Horizons lo suficientemente bien como para tomar exposiciones largas de 30 segundos de gran aumento para ver +21 m objs?

El artículo de Wikipedia de LORRI cita las siguientes dos fuentes para esto:

• IMÁGENES DE RECONOCIMIENTO DE LARGO ALCANCE EN NUEVOS HORIZONTES, Cheng et al. (2008)
• Artículo de la Sociedad Planetaria de Emily Lakdawalla

Siendo este último el origen probable:

El equipo de New Horizons ahora ha permitido que LORRI tome imágenes con tiempos de exposición de 30 segundos. [...]. Antes, los objetos más tenues que podían detectar de manera confiable tenían una magnitud visual de 20, pero la exposición más larga lo reduce a 21.

IMÁGENES DE RECONOCIMIENTO DE LARGO ALCANCE EN NUEVOS HORIZONTES, Cheng et al. (2008) dice:

LORRI tiene un modo binning de 4×4 píxeles , para el cual su requisito de magnitud límite es V>17 en una sola exposición de 9,9 s . Este modo de agrupación de píxeles de 4 × 4 se utilizará para buscar el KBO de destino y realizar la navegación óptica en la aproximación. Está disponible un modo de guía de nave espacial especial para la búsqueda KBO en el que la nave espacial mantendrá el objetivo dentro de la tolerancia de puntería de 4×4 píxeles para exposiciones de 10 segundos . [énfasis añadido]

• artículo que describe el agrupamiento de píxeles

El documento menciona más adelante:

En general, las exposiciones de 50 a 200 milisegundos son típicas para LORRI, aunque el tiempo máximo de exposición es de 29,9 segundos . [énfasis añadido]

Entonces, ¿quizás la capacidad siempre estuvo ahí? Justo ahora ha sido "habilitado", es decir, ¿ encendido ?

De cualquier manera, el mismo documento también da el campo de visión de píxeles (IFOV) como 4,94 micro radianes (vertical/horizontalmente, no en diagonal). Esto significa que el 'súper píxel' agrupado en 4x4 tiene un IFOV de ~20 microrradianes . Las especificaciones del sistema de control de actitud regular/normal de 3 ejes son (según The New Horizons Spacecraft, Fountain et al. ):

Los algoritmos de control deben mantener la actitud de la nave espacial dentro de ±24 µrad (3σ) y la tasa de rotación de la nave espacial dentro de ±34 µrad/s (3σ). [énfasis añadido]

Esto se parece a esto:

Donde la cuadrícula representa los píxeles individuales, el cuadrado rojo el píxel agrupado de 4x4 y los círculos azules el error de puntería normal permitido de la nave espacial (3 ejes).

Evidentemente, esto no es lo suficientemente bueno para obtener imágenes de objetos oscuros, de ahí el modo especial antes mencionado, que sospecho que solo reduce las bandas muertas en el controlador de actitud. Sin embargo, también hay problemas con una actitud demasiado precisa de la nave espacial; otro punto a destacar de Cheng et al. :

Para la navegación óptica, se requiere que LORRI pueda visualizar una estrella de magnitud visual V=11.5 en SNR>7 en una sola exposición de 100 ms , con ancho completo a la mitad del máximo (FWHM)> 1 píxel . No es deseable que una fracción demasiado grande de la energía de una fuente puntual se visualice en un solo píxel , porque las imágenes estelares quedan demasiado submuestreadas. [énfasis añadido]

( por lo que vale, la sección entre estas citas es el primer pasaje citado de Cheng et al. arriba )

A 40 AU del Sol, se predice que LORRI podrá detectar un objeto de 50 km de diámetro , con un albedo de 0,04 y un ángulo de fase de 25°, desde una distancia de 0,35 AU , más de 40 días antes de que se encuentre el objeto. [énfasis añadido]

No sé si/cómo se aplica la preocupación por el submuestreo en el modo binning de 4x4 píxeles, pero el objeto del cinturón de Kuiper de prueba descrito en la última cita tiene un diámetro angular de ~1 microrradián, menos de un solo píxel:

Entonces, ¿cómo se logra ahora el aumento en la precisión de puntería?

Creo que proviene, de manera un tanto contraria a la intuición, de la eficiencia reducida del sistema de propulsión.

New Horizons usa un sistema de propulsión de purga que se caracteriza por una disminución en la presión de alimentación/tanque a medida que se usa el propulsor, que se ve en la figura 3 de THE USE OF THE AEROJET MR-103H THRUSTER ON THE NEW HORIZONS MISSION TO PLUTO, Stratton (2004) ( gracias sección de comentarios):

Esto corresponde a una disminución en el bit de impulso mínimo ( Figura 6, Stratton (2004) ):

Y con referencia al cambio de velocidad angular de un solo pulso de par de propulsores (bit de impulso mínimo), Cheng et al. dice (gracias comentarios):

Estos números mejoran (disminuyen) a medida que disminuye la presión de alimentación del sistema de propulsión de la nave espacial.

Finalmente, el artículo de Planetary Society (de enero de 2018) indica los niveles de combustible:

De los 75 kilogramos de propulsor con que se lanzaron, quedan 21 kilogramos. Se gastarán otros 12 más o menos para completar la misión extendida, dejando alrededor de 9 para una posible segunda extensión de la misión.

Respuesta:

La disminución de ~30 % en el bit de impulso mínimo (debido al uso de propulsor) reduce el cambio de velocidad angular mínima de la nave espacial a un nivel que permite exposiciones de 30 segundos en el "modo de guía especial de la nave espacial" combinado con agrupamiento de 4x4 píxeles.