¿Podría la navegación sextante de Apolo usar una geometría similar a la navegación marina?

¿Podría la navegación Sextante de Apolo para la Navegación Celestial Cislunar usar una geometría similar a la Navegación Marina?

Mi abuelo estaría familiarizado con el instrumento en las manos de este astronauta, aunque estaría desconcertado por la vista por la ventana.

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Hay numerosas referencias en Internet a la nave espacial Apolo que usa un sextante para corregir la posición celeste cislunar, pero no puedo encontrar una explicación del método geométrico utilizado.

El sextante en Apolo tenía 3 funciones:

  1. Medición de la actitud usando miras estelares. Esto se usó para corregir la deriva en la Unidad de medición inercial (IMU) utilizando los programas P51 y P52 https://web.mit.edu/digitalapollo/Documents/Chapter6/hoagprogreport.pdf . Esto es similar a cuando un avión pone a cero su girocompás en el rumbo de la pista antes de despegar.
  2. Correcciones orbitales en órbitas terrestres bajas y lunares, utilizando puntos de referencia de superficie conocidos. Esto es análogo a Marine Coastal Piloting, que utiliza puntos de referencia costeros medidos previamente.
  3. Arreglos celestiales durante la Navegación Cislunar. Esto utilizó vistas de estrellas y horizontes, junto con el programa Apollo P23. Es esta Navegación Cislunar la que me intriga. Es análogo a la Navegación Marítima Celestial en alta mar.

Offshore Marine Celestial Navigation utiliza el horizonte como plano de referencia horizontal con el que medir la altitud angular de un cuerpo celeste. Esto proporciona un círculo de posición en la Tierra (y la esfera celeste). Tres o más círculos de diferentes cuerpos celestes proporcionarán círculos de posición que se cruzan, dando una solución.

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Este método no funcionará en una nave espacial. El horizonte ya no proporcionará una superficie de referencia plana, sino una referencia cónica. (Los sextantes de aeronaves eluden el problema del horizonte ausente mediante el uso de un horizonte artificial interno. Pero un horizonte artificial tipo burbuja no funcionará en caída libre).

Avistar el horizonte visible desde el espacio proporciona un “cono de posición”. El vértice del cono está a una altura desconocida. Tres de estos conos de la observación de tres cuerpos celestes diferentes podrían dar una solución 3D si tiene un programa de computadora lo suficientemente inteligente como para descubrir las intersecciones cónicas.

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Otro método posible es volver a la navegación celeste marina tradicional obteniendo tres círculos de posición. Una vista del diámetro de la Tierra daría la altitud del observador. También permitiría que la altitud angular aparente del cuerpo celeste “a” derivara “b”.

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En el croquis se medirían “a” y “d”. Como se conocen el radio de la tierra y todos los ángulos, se puede calcular la altitud del observador. Tres observaciones celestes dan tres círculos de intersección de posición en la esfera celeste. Esto se puede traducir a la posición geográfica si se desea.

Los sextantes (incluidos los del Apolo) están calibrados a 10 segundos de arco. Las mediciones del diámetro lunar podrían acercarse a esta precisión, pero las mediciones del diámetro de la Tierra se verían obstaculizadas por el "borde borroso" de la atmósfera. En Apolo 8, Jim Lovell fue "notablemente consistente" en su elección de la altitud aparente del horizonte. Pero estaba usando un solo horizonte iluminado por el sol y una estrella, no un horizonte iluminado por el sol y otro nocturno (que a menudo sería necesario para medir el diámetro de la tierra).

¿Alguien sabe qué método geométrico se usó para la navegación celeste cislunar en Apolo? ¿Alguien piensa que la navegación celeste marina de mi abuelo podría usarse en el espacio (con la adición de diámetros planetarios)?

Respuestas (2)

Como aún no tenía 50 puntos de repetición, publiqué esto como una respuesta parcial. Mi investigación arrojó lo siguiente de (por ejemplo) Sextante de GIS Wiki (redacción similar en Cómo usar un sextante de Celestial Navitagion Information Network y también aquí ):

Sostenido horizontalmente, el sextante se puede usar para medir el ángulo entre dos objetos, como entre dos faros, lo que permitirá, de manera similar, calcular una línea de posición en un gráfico. La navegación celeste sigue siendo utilizada por navegantes privados y, en particular, por yates de crucero de larga distancia en todo el mundo.

Sí. Los ángulos sextantes horizontales se utilizan para el pilotaje costero. Sí, la navegación celeste en alta mar sigue funcionando tan bien como hace un siglo. Aparentemente también funciona en el espacio. Estoy buscando el método geométrico utilizado por el Programa Apolo.
Creo que usaron una forma de giroscopio... No estoy 100% seguro
Agregué un enlace a algunas fuentes posibles para su cotización. Aquí bloqueamos las citas de las fuentes todo el tiempo, pero Stack Exchange y las buenas prácticas requieren que citemos la fuente original de la información cuando la usamos.

Pregunta “¿Qué método geométrico se utilizó para la navegación del Apolo Cislunar? Respuesta: No había un solo método geométrico. Las miras de los sextantes se redujeron a líneas de posición, no a arreglos de posición discretos. La computadora de vuelo (FC) integró numéricamente múltiples entradas de navegación para actualizar continuamente el vector de estado.

Pregunta : “¿Se podría utilizar la Navegación Marino Celestial tradicional para la navegación Cislunar?” Respuesta: Tal vez. Pero los cálculos manuales serían tan tediosos que las respuestas probablemente serían irrelevantes para cuando aparecieran. Los cálculos podrían acelerarse con una computadora, pero aún proporcionaría solo una posición fija, no un vector. El vector de estado podría derivarse de múltiples correcciones, pero una vez más, la información sería obsoleta antes de que llegara.

La navegación cislunar en Apolo dependía del FC del módulo de comando o de la computación basada en tierra. No podría haberse logrado con cálculos manuales y efemérides.

• Lo siguiente es un extracto del documento de orientación y navegación de Apolo R-500 del MIT https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19660019469/downloads/19660019469.pdf

“La premisa establecida originalmente de que una sola falla debería dejar al sistema con la capacidad suficiente para regresar de manera segura ahora debe examinarse... Si los datos de navegación de rastreo en tierra no están disponibles debido a una pérdida de comunicaciones, entonces el sistema a bordo puede realizar toda la navegación necesaria. . Si la capacidad de navegación a bordo falla, la tierra puede proporcionar los datos necesarios. Esto se aplica a la falla del sistema óptico o de la computadora de a bordo”.

Una computadora siempre está en el bucle. Puede hacer un trabajo mejor y más rápido que los métodos tradicionales.

• Del Capítulo III-2 Navegación en vuelo de cabotaje: (mismo documento)

Entradas de la computadora de vuelo (FC):

Distancia, velocidad, elevación y azimut desde puntos de referencia bien establecidos
Ángulos entre líneas de visión a objetos celestes conocidos,
ocultaciones de estrellas y
diámetros aparentes de planetas.

La información de navegación de entrada enumerada anteriormente no incluye una posición absoluta fija, pero cada pieza de información puede actualizar una parte de las coordenadas del vector de estado. Por ejemplo, el radar puede proporcionar datos y velocidad del eje z. Las vistas de horizonte/estrella pueden proporcionar datos del eje x y del eje y, pero no datos de velocidad.

En el FC se mantiene un valor para el vector de estado de 6 dimensiones. Utiliza un sistema de coordenadas ecuatoriales centrado en la Tierra o en la Luna (dependiendo de la esfera de influencia). La computadora usa ecuaciones de movimiento para actualizar continuamente el vector de estado usando la integración numérica de los datos del sensor de inercia. A medida que otras entradas de navegación están disponibles, también se utilizan para actualizar el vector de estado.

Durante el vuelo cislunar, las observaciones de navegación podrían mantener ocupados a los astronautas las 24 horas del día, los 7 días de la semana... demasiado ocupados para realizar otras tareas. Para optimizar la carga de trabajo, el plan de vuelo limita las observaciones de navegación a aquellas que aumentarán la precisión de la navegación. La precisión se definió como un error RMS reducido en el siguiente punto final de tránsito, como la inserción orbital lunar.

¿Podría la navegación sextante de Apolo usar una geometría similar a la navegación marina?
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