¿Cómo sabe una nave espacial su orientación en órbita?

¿En LEO, hoy en día? Fácil, GPS y brújula (en realidad, un magnetómetro multieje o una brújula giroscópica).

Ahora bien, si está en la órbita de otros cuerpos, o en el espacio interplanetario... o fue una nave antes del GPS... eso se vuelve más interesante.

Permítanme pegar un resumen bastante largo pero bastante completo de los dispositivos utilizados, del artículo de Control de Actitud en Wikipedia.

Sensor de horizonte

Un sensor de horizonte es un instrumento óptico que detecta la luz del 'extremo' de la atmósfera terrestre, es decir, en el horizonte. A menudo se utiliza la detección térmica infrarroja, que detecta el calor comparativo de la atmósfera, en comparación con el fondo cósmico mucho más frío. Este sensor proporciona orientación con respecto a la Tierra sobre dos ejes ortogonales. Tiende a ser menos preciso que los sensores basados ​​en la observación estelar. A veces se denomina sensor de tierra.

Compás giroscópico orbital

De manera similar a la forma en que una brújula giroscópica terrestre usa un péndulo para detectar la gravedad local y obliga a su giroscopio a alinearse con el vector de giro de la Tierra y, por lo tanto, apuntar al norte, una brújula giroscópica orbital usa un sensor de horizonte para detectar la dirección al centro de la Tierra, y un giroscopio para sentido de rotación alrededor de un eje normal al plano de la órbita. Por lo tanto, el sensor de horizonte proporciona mediciones de cabeceo y balanceo, y el giroscopio proporciona guiñada. [cita requerida] Consulte los ángulos de Tait-Bryan.

sensor de sol

Un sensor solar es un dispositivo que detecta la dirección del Sol. Esto puede ser tan simple como algunas celdas solares y pantallas, o tan complejo como un telescopio orientable, según los requisitos de la misión.

sensor de tierra

Un sensor de la Tierra es un dispositivo que detecta la dirección a la Tierra. Suele ser una cámara de infrarrojos; hoy en día el método principal para detectar la actitud es el rastreador de estrellas, pero los sensores terrestres todavía se integran en los satélites por su bajo costo y confiabilidad.

rastreador de estrellas

Un rastreador de estrellas es un dispositivo óptico que mide la(s) posición(es) de la(s) estrella(s) usando una(s) fotocélula(s) o una cámara.

Magnetómetro

Un magnetómetro es un dispositivo que detecta la fuerza del campo magnético y, cuando se usa en una tríada de tres ejes, la dirección del campo magnético. Como ayuda para la navegación de la nave espacial, la intensidad y la dirección del campo detectado se comparan con un mapa del campo magnético de la Tierra almacenado en la memoria de una computadora de guía a bordo o en tierra. Si se conoce la posición de la nave espacial, se puede inferir la actitud.

En el caso de sondas en el espacio interplanetario estas son insuficientes. En este caso, la sonda puede usar un rastreador de estrellas para determinar su propia actitud, pero la posición se determina en la Tierra: las señales de radio de la sonda se triangulan, la distancia precisa (¡hasta metros o menos!) se puede determinar usando el cambio de fase y luego, la sonda recibe su posición calculada desde la Tierra.