¿Cómo pueden los cohetes medir su propia velocidad en relación con el suelo?

Puede colocar dispositivos de medición en cualquier lugar que desee, pero las mejores respuestas siempre se calculan midiendo de muchas maneras diferentes simultáneamente. Si tiene suficientes métodos independientes, puede detectar y corregir algunos tipos de errores comunes. Las medidas son solo la mitad de la historia; también necesita un buen algoritmo de navegación para tomar un montón de diferentes tipos de medidas y convertirlas en la mejor estimación de posición y velocidad. Esto generalmente se hace con alguna variante de un filtro de Kalman , ya que así es como los ingenieros de navegación llaman la forma más básica de usar medidas para actualizar iterativamente dónde su modelo cree que debería estar.

Una unidad de medida inercial ( IMU ) es extremadamente común, pero las mejores son más grandes y más caras. El problema central con cualquier IMU es que mide la aceleración, que debe integrarse para calcular la velocidad y luego integrarse nuevamente para calcular la posición. Por lo tanto, cualquier sesgo aleatorio en la IMU debido a desalineación, calibración inexacta u otro error que sea consistente durante el vuelo hace que el sistema de navegación inercial ( INSEl cálculo de la velocidad de ) se aleja de la verdadera aproximadamente linealmente con el tiempo, mientras que la posición se desplaza cuadráticamente. La forma de solucionarlo es tener un método de medición completamente diferente, como cámaras de seguimiento de estrellas o un receptor GPS, para dar una verificación independiente de dónde está realmente el cohete, que puede comparar con su modelo de dónde debería estar si las mediciones tenían razón, y luego calcule una corrección a los números que le está dando la IMU.

El radar es bueno, pero solo mide el alcance, y posiblemente la velocidad del alcance, porque solo el movimiento a lo largo de la línea de visión provoca un cambio Doppler, y debe apuntarlo a algo que lo rebote (hacia abajo en el suelo, no hacia arriba). cielo). Un radar que mire hacia atrás a bordo del cohete podría brindarle respuestas bastante buenas durante los primeros segundos, mientras avanza hacia arriba con bastante lentitud; pero una vez que empiezas a lanzar, las cosas se complican más. Si tiene un mapa lo suficientemente bueno de la región por la que viaja y está volando bastante nivelado y no demasiado alto, entonces se puede usar un altímetro de radar para igualar el contorno del terreno ( TERCOM), un proceso utilizado durante mucho tiempo para la navegación con misiles de crucero; pero no se aplica a los lanzamientos espaciales, porque las trayectorias son muy diferentes. Los radares importantes en la determinación del movimiento de cohetes cerca del despegue son los radares de instrumentación de alcance dispersos por el sitio de lanzamiento, que pueden combinar observaciones del mismo cohete desde varias ubicaciones diferentes bien estudiadas. Véase, por ejemplo, Nessmith 1976 ( IEEE Trans Aero Elec Sys 12.6, 756-766) para conocer la historia temprana de estos dispositivos. Esas observaciones, junto con la telemetría del cohete (incluida la IMU y cualquier otro sensor disponible, así como la mejor estimación del filtro de navegación del cohete de su propia posición), generalmente se fusionan con un filtro diferente en el suelo para proporcionar una mejor respuesta.

No estoy seguro de qué usa un proveedor de lanzamiento en particular, pero en realidad no necesitan decirle al cohete que actualice su estimación de estado a bordo, si en cambio están comandando directamente los propulsores; habrá tiempo para actualizar todo durante las pausas entre las grabaciones posteriores, nuevamente como parte de determinar qué ordenar al cohete que haga. No estoy seguro de cuál se muestra en la parte inferior de la pantalla de video; pero si fuera yo, publicaría solo la solución de filtro de la estación de control terrestre, no la telemetría sin procesar.