¿Se usó (o probó) el sextante Apolo para determinar la posición mientras estaba en la órbita terrestre?

El video Apollo Program Guidance and Navigation System 79974 explica que el sextante de la nave espacial podría usarse junto con la computadora de navegación para determinar una posición fija mientras se encuentra en la órbita terrestre y una actitud fija cuando se dirige a la Luna.

Este documento dice en la página 14:

La línea de visión de la estrella articulada del sextante realiza la medición precisa de la dirección de la estrella para la alineación de la IMU. Durante toda la misión Apolo 8, la IMU estaba programada para permanecer en funcionamiento de forma continua. La realineación periódica se realizó 30 veces con el sextante cada vez utilizando la adquisición automática de apuntamiento de estrellas del programa P52.

Pregunta: Esto describe la determinación de la actitud usando dos estrellas. Pero, ¿se usó alguna vez el sextante o incluso se demostró para ayudar a determinar la posición usando un punto en la Tierra en combinación con una estrella?

Capturas de pantalla del video , se abren en una ventana nueva para tamaño completo.

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Creo que el sextante Apolo era demasiado lento para determinar la posición mientras estaba en órbita terrestre. Se utilizó un sextante clásico en un barco marino mientras la Tierra realizaba una rotación completa en 24 horas. Pero el CM de Apolo en la órbita terrestre tuvo un período de solo 90 minutos, es decir, 16 veces más rápido. La rotación de la Tierra necesita 4 segundos por minuto de arco, pero la órbita de Apolo necesita 15 segundos para un grado o 0,25 segundos para un minuto de arco.
@Uwe es un buen punto. Tanto la estrella como el punto en la Tierra se moverán a una velocidad determinada por la velocidad de cabeceo de la nave espacial (que probablemente seguirá casi la velocidad orbital) y el punto en la Tierra tendrá un componente de movimiento adicional debido a la geometría, ya que es cerca, en lugar de en la esfera celeste. Sería difícil obtener una solución muy precisa en los puntos que se mueven de manera diferente, al mismo tiempo. Sin embargo, si se trata de una capacidad de copia de seguridad de emergencia, cualquier cosa sería mejor que nada, incluso si no tiene una precisión óptima.
Fue un problema obtener una posición precisa del horizonte de la Tierra. Si desea medir tanto una estrella como un punto de referencia en la Tierra, necesita buenas condiciones de iluminación para ver tanto la estrella como el punto en la Tierra. Ni demasiada luz solar ni muy poca. Cuando se usaban sextantes en barcos marinos, era difícil medir la altura de una estrella sobre el horizonte. Necesitas ver tanto la estrella como el horizonte. Solo fue posible en un período corto con el crepúsculo náutico, pero no durante el día o la noche.
@Uwe si "Fue un problema ..." se refiere a una experiencia de los astronautas del Apolo, ¿hay alguna fuente para esta información? (Supongo que no estuvo allí personalmente, pero ¿supongo demasiado?) Si esto se sabe, ¡considere publicar una respuesta y compartir la fuente! ¡Esto suena muy interesante!
El problema con el horizonte de la Tierra se describe en el documento que citó en las páginas 24 y 25 bajo el título Referencia de navegación del horizonte de la Tierra.

Respuestas (1)

Todas las misiones Apolo realizaron regularmente realineamientos de IMU utilizando el sextante. La mayoría de las misiones también utilizaron el sextante para actualizar la posición, o al menos se practicó en caso de pérdida de comunicación con el suelo. Luego, el sextante y la computadora a bordo fueron necesarios para la navegación y llevar a los astronautas a casa.

Había dos programas separados en la computadora del módulo de comando para este tipo de actualización de posición. Programa 22 (Navegación Orbital) y Programa 23 (Navegación Cislunar). P22 en órbita lunar y terrestre baja no involucró a ninguna de las estrellas de navegación. En su lugar, apuntaría el sextante a un punto de referencia predeterminado con latitud y longitud conocidas y tomaría cinco marcas en intervalos de tiempo cortos. Esto se practicó con éxito durante las misiones orbitales de la Tierra Apolo 7 (ver el Informe de la misiónpágina 5-95) y Apolo 9. El mismo método podría usarse en la órbita lunar, ya sea para actualizar la posición de la nave espacial en la computadora o para calcular las coordenadas de un punto de referencia en la superficie lunar. Este segundo método se utilizó para las misiones de aterrizaje lunar para obtener coordenadas más precisas del lugar de aterrizaje, antes y después del aterrizaje real.

El otro Programa, P23, es el que usa el método de actualización de posición que estabas describiendo, apuntando el sextante a una estrella y una posición en la Tierra. Este programa en realidad tenía algunos modos diferentes: horizonte de la Tierra, punto de referencia de la Tierra, horizonte lunar, punto de referencia lunar. Así que podrías darle a la computadora las coordenadas de un punto de referencia conocido en la Tierra o la Luna o también podrías usar el horizonte más cercano a la estrella de navegación. Este último método es el que más se utilizó, generalmente unas horas después de TLI, cuando aún estaba cerca de la Tierra. Por ejemplo, Plan de vuelo del Apolo 11 , página 3-7.

El programa 23 funciona mejor durante la fase de misión unas horas después de TLI o TEI y unas horas antes de LOI o reingreso. Y fue entonces cuando el Apolo 8 practicó estos procedimientos. Misiones posteriores como el Apolo 11 solo probaron los P23 en las horas posteriores a TLI.

Ahora, el Programa 23 también fue intentado en órbita terrestre por el Apolo 7. Pero no funcionó muy bien. Aquí la cita del Informe de la Misión, página 5-98:

Navegación a mitad de camino/horizonte estelar/punto de referencia.- Se programaron varias mediciones del horizonte estelar/terrestre, pero todos los intentos de realizar estos avistamientos fueron infructuosos. Esta falla se debió en parte a la dificultad de la tarea de control a velocidades orbitales terrestres relativamente altas, pero principalmente a la incapacidad de la tripulación para definir un localizador de horizonte, que era el objetivo principal de estas pruebas. El filtro dicroico en la línea de visión del punto de referencia del sextante no ayudó en la definición de tierra/mar y, de hecho, suavizó el horizonte de tal manera que era imposible en los rangos orbitales terrestres definir un localizador para avistamientos repetibles. La tripulación afirmó que a distancias más largas, los avistamientos deberían realizarse con facilidad. La capacidad para realizar avistamientos de puntos de referencia lunares/estrellas se demostró utilizando la estrella Alphard y el punto de referencia lunar 5 (cráter Diofanto).

Un sextante necesita dos puntos para medir un ángulo entre ellos. En la Tierra, por ejemplo, el ángulo entre el horizonte y una estrella o el Sol. "P22 en órbita lunar baja y terrestre no involucraba ninguna de las estrellas de navegación. En su lugar, apuntaría el sextante a un punto de referencia predeterminado con latitud y longitud conocidas y tomaría cinco marcas en intervalos de tiempo cortos". Si se midió un punto de referencia pero no una estrella, ¿se usó el horizonte para medir el ángulo entre el punto de referencia y uno o ambos horizontes vistos desde la órbita terrestre?
Bueno, en P22 en realidad no usaron el sextante de la manera clásica, por lo que no se requirió la línea de visión dividida. En este caso, y durante una realineación de IMU, el sextante se usaría básicamente como un telescopio. El sextante tenía un campo de visión de 2°, lo que permite mediciones precisas. En cambio, P22 funciona principalmente con la computadora y necesita al menos 3 mediciones en el punto de referencia, pero nada más. La computadora usó algo así como el método de Gauss .
@indy91 esto es fantástico, ¡gracias por profundizar en esto y explicar los diferentes procedimientos con tanta claridad! Es tarde aquí, lo leeré a fondo por la mañana.
Pero, ¿qué pasa con la rotación del Apollo CM durante las mediciones del hito? ¿Causará errores una rotación muy lenta o es posible compensar la rotación de la cápsula?
Cuando los astronautas tuvieran el punto de referencia alineado en el sextante, presionarían un botón de "marcar". Esto envió una señal a la computadora, que luego almacenó los ángulos sextantes actuales (eje y muñón) y la actitud de la IMU (cabeceo, guiñada y balanceo) para esta marca específica. Con un montón de conversiones, la computadora podría calcular la dirección del punto de referencia desde el CSM en el sistema de coordenadas inercial desde estos ángulos. Así que no, una pequeña rotación no dañó las medidas.
@ indy91 He estado leyendo más sobre la selección automática de objetivos y el posicionamiento automático de la óptica, así como el seguimiento automático del objetivo en la próxima revolución que realiza la computadora de guía. ¡Nunca deja de sorprenderme cuánta automatización se podría hacer con una cantidad tan pequeña de memoria para el almacenamiento de programas y para la ejecución!
vea este comentario sobre el telescopio de alineación versus el sextante
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