¿Cómo se estima la distancia de sobrevuelo?

La nave espacial New Horizons realizó sobrevuelos de 134340 Plutón y 486958 Arrokoth en 2015 y 2019, respectivamente. Las órbitas de estos satélites no se conocían con un nivel de precisión de un kilómetro (o tal vez incluso de mil kilómetros) antes del sobrevuelo. Las estimaciones posteriores al sobrevuelo de la distancia mínima para el sobrevuelo son ~ 12,500 km hasta la superficie de Plutón y ~ 3,500 km hasta la superficie de Arrokoth. La nave espacial no tiene un altímetro de radar a bordo (u otros emisores, aparte de los comunicadores terrestres).

¿Cómo se calculan las distancias desde la nave espacial hasta el objeto de sobrevuelo?

Una estimación sería de simulación de trayectoria, pero eso no parece satisfactorio...

Es una buena pregunta; La masa de Arrokoth aún se desconoce, por lo que no puede ser una desviación gravitacional.
¿Qué tal una triangulación usando una serie de imágenes de sobrevuelo junto con la trayectoria de la nave espacial? Las mediciones de ángulos se pueden realizar utilizando estrellas de fondo como referencia. La trayectoria de New Horizons se puede medir utilizando datos de retardo y doppler del enlace descendente.

Respuestas (1)

Una estimación sería de simulación de trayectoria, pero eso no parece satisfactorio...

¿Por qué no parece muy satisfactorio? Eso es exactamente lo que se hizo, muchas veces.

Desde la perspectiva del equipo de operaciones de New Horizons , no necesitaban saber dónde estaban Plutón o Arrokoth hace 100 años, o dónde estarán dentro de 100 años. ellos necesitaban saber

  • Cuando New Horizons haría su aproximación más cercana al objetivo,
  • ¿A qué distancia ocurriría eso,
  • Cuánto se desvió esto del resultado deseado, y
  • Qué mínimas maniobras de corrección de trayectoria corregirían la desviación.

Los márgenes eran muy ajustados, no más de 150 segundos de error (un sigma) para el tiempo de máxima aproximación y no más de 100 kilómetros para la distancia de máxima aproximación. Las incertidumbres incluso en el mejor sistema solar disponible y las efemérides del sistema de Plutón no se acercaron a satisfacer estas necesidades. La situación con Arrokoth era aún peor.

Que New Horizons no tuviera radar altímetro era irrelevante; un altímetro de radar no habría ayudado. Cuando New Horizons se acercó lo suficiente como para que un altímetro de radar hubiera sido útil para medir la distancia, habría sido demasiado tarde para hacer algo. Lo que New Horizons tenía que era útil eran sus cámaras.

New Horizons salió del modo de hibernación mucho antes de los encuentros con Pluto y Arrokoth (más de seis meses para Pluto y más de cuatro meses para Arrokoth). En estos puntos, el vehículo comenzó a tomar una serie de imágenes del objetivo. Las imágenes transmitidas, en combinación con las estimaciones de la posición y el estado de velocidad de New Horizons, permitieron al equipo de navegación en la Tierra actualizar su estimación de la órbita del objetivo, con especial énfasis en la precisión a corto plazo.

En el camino, el equipo de navegación simuló las trayectorias del vehículo y del objetivo muchas veces.

El equipo de navegación usó la misma técnica para proporcionar estimaciones posteriores al sobrevuelo del tiempo y la distancia al objetivo en la aproximación más cercana. Las únicas diferencias entre los resultados previos y posteriores al sobrevuelo son que

  • El estado de navegación posterior al sobrevuelo incluía imágenes de antes y después del sobrevuelo (incluidas algunas de muy cerca de la aproximación más cercana), y
  • La estimación posterior al sobrevuelo del tiempo y la distancia en el acercamiento más cercano es un resultado interpolado en lugar de extrapolado.

La combinación de lo anterior inevitablemente hizo que las estimaciones posteriores al sobrevuelo del tiempo de aproximación más cercana y la distancia fueran más precisas que las estimaciones previas al sobrevuelo, pero la técnica básica siguió siendo la misma.

Fuente principal: Williams, B., et al. "Estrategia de navegación y resultados para el acercamiento y sobrevuelo del sistema de Plutón de New Horizons". Conferencia de especialistas en astrodinámica AAS/AIAA Vale, CO. 2015.

La conferencia en la que se presentó este documento se conoce informalmente como la conferencia GN&Ski. Se celebra una vez al año, en invierno, y en una estación de esquí. Las sesiones de conferencias de la mañana comienzan ridículamente temprano, y las sesiones de conferencias de la tarde duran hasta bien entrada la noche. Pero hay un intervalo agradable y largo entre las sesiones de la mañana y la tarde que les da a los asistentes un poco de tiempo para ir a las pistas.

Todavía estoy "insatisfecho" de que los números reconstruidos finales para el acercamiento más cercano a 486958 Arrokoth provienen solo de la simulación de trayectoria sin ningún uso de datos de imágenes tomados por la nave espacial durante el sobrevuelo. Esas fotos contienen tanto el objeto como las estrellas de fondo y sus posiciones relativas cambian de un cuadro al siguiente.
@uhoh: se utilizaron imágenes para afinar los sobrevuelos de Plutón y Arrokoth. Que el uso fuera por parte de personas y múltiples computadoras poderosas en la Tierra en lugar de la insignificante computadora en el vehículo fue muy intencional. No tendría ningún beneficio poner esa inteligencia en el vehículo, y el costo habría sido enorme.
Estoy bastante seguro de que el OP pregunta cómo se hicieron las "estimaciones posteriores al sobrevuelo", no antes del sobrevuelo, ya que usa esas palabras exactas. Y todavía me cuesta creer que esas imágenes de sobrevuelo no ofrecieran una estimación más precisa de la distancia de sobrevuelo real (estimada después del sobrevuelo) que los planes de trayectoria previos al sobrevuelo. Cuando se habla de afinar los sobrevuelos, se habla antes del sobrevuelo, no después.
@uhoh: no dije ni insinué que el uso de imágenes posteriores al sobrevuelo no habría mejorado la estimación del tiempo y el estado de aproximación más cercana. Por supuesto, tener imágenes que abarquen el acercamiento más cercano habría mejorado las estimaciones del acercamiento más cercano. La interpolación es casi siempre mejor que la extrapolación. He actualizado mi respuesta en ese sentido.
¿Cómo se estima la distancia de sobrevuelo?
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