¿Puede una nave espacial usar un acelerómetro para determinar su orientación?

Sé que casi todas las naves espaciales usan un giroscopio para determinar su orientación, pero no sé si también podría usarse un acelerómetro además de un magnetómetro para calcularla.

He estado tratando de resolverlo buscando en Internet, pero todos los artículos dicen que solo se puede hacer si el acelerómetro solo lee la gravedad, en otras palabras, si no se mueve en absoluto. Usan un vector de gravedad como referencia y luego calculan la rotación necesaria para transformar las coordenadas del cuerpo en coordenadas fijas. ¿Significa que esta configuración no se puede usar para determinar la orientación de un cohete en movimiento y tiene que depender de las medidas del giroscopio?

Respuestas (2)

Si se distribuyen varios acelerómetros alrededor del vehículo, sus lecturas se pueden combinar para determinar la velocidad angular (a partir de la aceleración centrípeta) y la aceleración angular con cierta facilidad. Probablemente se necesitarían al menos 4 o 5 para cubrir todos los grados de libertad, con uno en el CG para cancelar la aceleración lineal.

Para calcular la orientación a partir de esto, la velocidad angular debería integrarse con el tiempo. Con esta integración, surgen los mismos problemas de imprecisión que con la determinación de la posición del acelerómetro. La posición se aleja del valor real con el tiempo. Un giroscopio es más eficaz en este papel.

Los magnetómetros son útiles en el espacio, pero deben usarse de manera diferente que en la Tierra. Normalmente en la Tierra se pueden tomar como una brújula, una dirección de marco inercial que no tiene deriva de giroscopio, pero en órbita, es un problema más complejo.

En lugar de la aceleración centrípeta, podría ser más preciso/confiable medir las aceleraciones tangenciales e integrarlas para obtener movimientos angulares que tratar de medir las aceleraciones radiales resultantes de las rotaciones. Pero su punto sobre la deriva aún se aplicaría. Los giroscopios serán vulnerables a la precesión, por lo que también tendrán problemas de precisión. La forma más precisa de determinar la orientación sería observar puntos fijos conocidos, por ejemplo, estrellas; Se podrían usar acelerómetros o giroscopios para determinar la orientación momento a momento con avistamientos periódicos para mantener la calibración.
@AnthonyX usar aceleración centrípeta para obtener velocidad angular no es integración, por lo que no es tan susceptible a la deriva como integrar dos veces para la posición en múltiples acelerómetros y determinar la actitud de esa manera. El método centrípeto involucra solo una integración para obtener la posición angular. La precisión dependería de la amplitud con la que se colocarían los acelerómetros.
@uhoh Oh, cierto. Editaré mi respuesta. Estaba pensando en mi ejemplo del entrenador de realidad virtual a bordo de la ISS. Es un Oculus Rift modificado, y el seguimiento tuvo que ser reemplazado por un seguimiento de adentro hacia afuera con una cámara web debido a algunas suposiciones basadas en la Tierra en el hardware/software de seguimiento. Uno de ellos es que el magnetómetro se utiliza como una dirección de referencia inmóvil para el suelo. Esto no funciona en el espacio.

Depende un poco de la tecnología a la que te refieras.

Los sistemas de navegación inercial originales usaban giroscopios giratorios. Esos eran y son caros.

Los modernos sistemas de navegación inercial MEMS ( ejemplo ) no utilizan giroscopios giratorios. En su lugar, obtienen información de aceleración lineal y angular (y velocidad angular) de sus conjuntos de acelerómetros MEMS. Eso no es perfecto, las tasas de grados/hora son típicas, por lo que se utilizan otros sistemas (incluidos los rastreadores de horizonte y sol y los magnetómetros) para hacer correcciones a largo plazo.

Los sistemas MEMS se basan en elementos diminutos que vibran. El movimiento traslacional y angular afecta la vibración de varias maneras , que se detectan y leen electrónicamente. Este es un ejemplo temprano de Draper Labs que funcionó como una gran variedad de diapasones:

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Un movimiento lineal afecta a todas las horquillas de la misma manera, mientras que una rotación las afecta de manera diferente, y la electrónica de lectura y procesamiento la utilizó para realizar las mediciones.

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