¿Es así como se ven las maniobras de mantenimiento de la estación, o simplemente fallas en los datos? (SOHO a través de Horizontes)

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¿Es así como se ven las maniobras de mantenimiento de la estación, o simplemente fallas en los datos? (SOHO a través de Horizontes)

soho
Espacio
halo-órbita
jpl-horizontes
mantenimiento de la estación
puntos lagrangianos

UH oh

He estado disfrutando de la interfaz web de JPL Horizons y después de que descubrí la base de datos increíblemente extensa asociada con SOHO ( Observatorio Solar y Heliosférico , también vea sohowww.nascom.nasa.gov ) para esta respuesta , decidí aprender más sobre la órbita del satélite.

Exporté un conjunto de datos de órbita histórica (y proyectada) SOHO Spacecraften pasos de 1 día usando la siguiente configuración:

También exporté las posiciones de the Sun, y de the Earth-Moon Barycenterla misma manera.

Usando la masa reducida del sistema Sun vs Earth-Moon Barycenter (EMB) como:

m = \frac{{metro}_{mi a r t h} + {metro}_{metro o o norte}}{{metro}_{s tu norte} + {metro}_{mi a r t h} + {metro}_{metro o o norte}}

$\mu = \frac{m_{earth}+m_{moon}}{m_{sun}+m_{earth}+m_{moon}}$

Usé las ecuaciones de movimiento en un marco giratorio y resolví numéricamente la aceleración cero a lo largo de la línea EMB-sol (y, z en cero):

r_{1} = \sqrt{(X + m)^{2}}

$r_1=\sqrt{(x+\mu)^2}$

r_{2} = \sqrt{(X - 1 + m)^{2}}

$r_2=\sqrt{(x-1+\mu)^2}$

\ddot{X} = X - \frac{(1 - m) (X + m)}{{r_{1}}^{3}} - \frac{m (X - 1 + m)}{{r_{2}}^{3}}

$\ddot x=x-\frac{(1-\mu)(x+\mu)}{{r_1}^3}-\frac{\mu(x-1+\mu)}{{r_2}^3}$

Encontré un cero en x = 0.989986el que está aproximadamente el 99% de la distancia del baricentro Sun-EMB (básicamente el Sol) al EMB, o aproximadamente 1,5 millones de km desde la tierra hacia el sol.

Así que hice un punto y lo llamé $L_1$ y lo definió como esta ubicación, así que a medida que el EMB se mueve lentamente más cerca y más lejos del sol durante el año, mi $L_1$ el 'origen' respirará con él.

Finalmente, quité la rotación de la posición para que la línea Sun-EMB quedara fija con el sol a la izquierda, de modo que se viera como la configuración estándar para problemas CR3BP.

¡Tengo una trayectoria bastante bonita! La trama no es impresionante: las limitaciones de Matplotlib y el (demasiado) restrictivo límite SE de 2 MB para GIF.

Tenga en cuenta que las escalas x, y y z son todas diferentes: esto se representa en este momento solo para que quepa en un cubo. La mancha (roja) a la izquierda en el medio de la órbita es $L_1$ como se definió anteriormente, y la pequeña mancha en forma de cigarro (azul) a la derecha representa el movimiento del EMB en este cuadro en particular. Observé una trama con EMB fijo en lugar de $L_1$ , pero la órbita se hizo más gruesa. De esta manera se ve realmente mejor, como era de esperar. Los pequeños puntos negros son los primeros y últimos 20 días (puntos de datos) en el conjunto de datos extraído.

Si observa detenidamente la "parte superior", hay un pequeño parpadeo y una excursión hacia el sol. Creo que este es el famoso y aterrador episodio de junio a noviembre de 1998 cuando el SOHO casi se pierde. Hay una página de documentos de recuperación o puede leer sobre ello en Aerospace America, mayo de 1999: Saving SOHO o el artículo de FC Vandenbussche SOHO's Recovery de ESA: una historia de éxito sin precedentes o para obtener más detalles técnicos; Roberts 2002 La misión SOHO L1 Halo Orbit Recovery de las anomalías de control de actitud de 1998 .

Quería ver si podía encontrar el evento y otras maniobras de mantenimiento de la estación en los datos sin procesar. Entonces, solo para ver qué sucedió, tracé la variación de x, y y z en mis coordenadas durante el intervalo del 3 de diciembre de 1996 al 4 de julio de 2016, que es todo lo que me dio Horizons el día que lo descargué. Aparentemente, propaga el vector de estado unas semanas en el futuro.

Para buscar maniobras, tracé la primera, segunda y tercera diferencia finita, una forma numérica de aproximar derivadas. Esto es lo que obtuve:

En las gráficas de 2.ª y 3.ª diferencia, el movimiento aproximadamente armónico casi desaparece y las discontinuidades se vuelven prominentes. Supuse que los datos me mostraban maniobras de mantenimiento de la estación (SK). Noté un gran zig-zag a mediados de octubre de 2014. Encontré SOHO-Spacecraft-Events.pdf pero, extrañamente, no hay ninguna maniobra de propulsión en la lista en ese momento.

Click para agrandar:

Así que mi pregunta es: ¿son estos zig-zags (y en particular, el del 15 de octubre de 2014) solo errores de costura en los datos reconstruidos, o una partícula de materia oscura chocó con un bosón de Higgs y SOHO puede informar la primera observación? ? (humor).

Estos también son del sitio sohowww.nascom.nasa.gov :

UH oh

nota: estoy buscando una referencia/enlace atractivo y útil para las ecuaciones de movimiento en el marco giratorio CR3BP, que otros lectores puedan beneficiarse. Acabo de sacar los eqn de arriba de mi script.

imallet

Vale, tengo curiosidad: ¿qué motivó esta línea particular de investigación?

UH oh

@imallett, la causa proximal es exactamente como escribí en la primera oración. Cuando vi que las Pléyades pasaban volando junto al sol en el GIF que hice para esa respuesta, miré más a mi alrededor y vi que SOHO ha estado generando imágenes y datos durante los últimos 20 años y emitiendo alertas de CME. miró la órbita - uno de los primeros sobre un punto de libración. Luego vi el artículo de Roberts de 2002, que en realidad es bastante completo, educativo y (al menos para mí) emocionante.

UH oh

Desde que @TildalWave dijo la palabra múltiple me he estado agachando y tratando de aprender mecánica orbital. Cuando vi que Horizons tiene una base de datos de misiones históricas, ¡no pude resistirme! Las gráficas de diferencia son algo que siempre hago con datos nuevos, por supuesto, ¡otro momento de aprendizaje!

Respuestas (2)

¿Es así como se ven las maniobras de mantenimiento de la estación, o simplemente fallas en los datos? (SOHO a través de Horizontes)

nota: estoy buscando una referencia/enlace atractivo y útil para las ecuaciones de movimiento en el marco giratorio CR3BP, que otros lectores puedan beneficiarse. Acabo de sacar los eqn de arriba de mi script.
Vale, tengo curiosidad: ¿qué motivó esta línea particular de investigación?
@imallett, la causa proximal es exactamente como escribí en la primera oración. Cuando vi que las Pléyades pasaban volando junto al sol en el GIF que hice para esa respuesta, miré más a mi alrededor y vi que SOHO ha estado generando imágenes y datos durante los últimos 20 años y emitiendo alertas de CME. miró la órbita - uno de los primeros sobre un punto de libración. Luego vi el artículo de Roberts de 2002, que en realidad es bastante completo, educativo y (al menos para mí) emocionante.
Desde que @TildalWave dijo la palabra múltiple me he estado agachando y tratando de aprender mecánica orbital. Cuando vi que Horizons tiene una base de datos de misiones históricas, ¡no pude resistirme! Las gráficas de diferencia son algo que siempre hago con datos nuevos, por supuesto, ¡otro momento de aprendizaje!

david hamen · Answer 1

Lo más probable es que esté viendo un artefacto de cómo JPL representa sus efemérides para un cálculo numérico rápido.

JPL integra las ecuaciones de movimiento a lo largo del tiempo. Esto inevitablemente da como resultado desajustes entre el estado integrado y las observaciones. Estos errores se utilizan para ajustar los estados iniciales y luego se vuelve a realizar la integración. El ciclo se detiene cuando los errores caen por debajo de algún umbral. Luego, JPL calcula conjuntos de coeficientes polinómicos de Chebyshev que producen aproximadamente el estado integrado. Cada conjunto de coeficientes pertenece a un lapso de tiempo específico.

Se utilizan conjuntos múltiples para permitir la cobertura de lapsos de tiempo más largos. (Una alternativa sería usar polinomios de mayor orden, pero eso casi inevitablemente generará serios problemas de cálculo numérico. Un orden mayor no significa necesariamente una mayor precisión). JPL intenta que las transiciones de un conjunto a otro sean continuas, definitivamente con respecto a a la posición, posiblemente con respecto a la velocidad, pero no a las derivadas segunda y tercera.

Sus terceras diferencias magnifican las discontinuidades en esas transiciones de un conjunto de coeficientes a otro. Dudo que haya algún significado físico para esos picos.

entonces, ¿tal vez algo así como la propagación hacia adelante y hacia atrás de cada medición, con "errores de costura" cerca de los puntos medios, y es probable que las mediciones hayan ocurrido justo antes de SK? Entonces, ¿no hay constante de acoplamiento de materia oscura de Higgs? ¡Ratas! ¡Gracias por la respuesta rápida y al mismo tiempo definitiva!
Veré más: en la gráfica de la segunda diferencia, puede ver que el evento de mediados de octubre de 2014 es tan grande como la pérdida de control de 1998. Estas son las únicas dos cosas que aparecen como grandes en la trama de 20 años. Algo al respecto no es rutinario.

UH oh · Answer 2

Me acabo de dar cuenta de que este escenario también se resume en el resultado de Horizons:

Por lo tanto, el estado inicial al reanudar las operaciones el 25 de septiembre de 1998 se integró hasta el 19 de agosto asumiendo una trayectoria puramente balística. Los errores de trayectoria durante este intervalo pueden ser significativos debido a la dinámica no modelada.

Unir soluciones con dinámicas no modeladas es probablemente una de las fuentes de estos fallos a finales de 1998.

  An unexpected loss of contact with SOHO occurred on 25 June 1998. The mission
   was recovered and normal operations resumed in mid-November 1998. Despite 
   subsequent failures of all three gyroscopes (the last in December 1998), 
   new gyro-less control software installed by February 1999, allowing SOHO to 
   resume normal operations (and making SOHO the first 3-axis-stabilised 
   spacecraft to operate without a gyroscope).
[...]

SPACECRAFT TRAJECTORY (concatenated trajectories from GSFC FDF):

  For the time-span 1998-Aug-19 to 1998-Sep-25, there is no official 
  trajectory information due to the recovery effort. Therefore, the initial 
  state at resumption of operations 1998-Sep-25 was integrated back to 
  August 19 assuming a purely ballistic trajectory. Trajectory errors 
  during this interval may be significant due to unmodelled dynamics.

  Trajectory name             Start        Stop
  --------------------------  -----------  -----------
  soho_1995                   1995-Dec-02  1996-Jan-01
  soho_1996                   1996-Jan-01  1997-Jan-01
  soho_1997                   1997-Jan-01  1998-Jan-01
  soho_1998a                  1998-Jan-01  1998-Aug-19
  soho_1998a-b_gap            1998-Aug-19  1998-Sep-25 (ballistic filler)
  soho_1998b                  1998-Sep-25  1999-Jan-01 (recovery of contact)
  soho_1999                   1999-Jan-01  2000-Jan-01
  soho_2000                   2000-Jan-01  2001-Jan-01
  soho_2001                   2001-Jan-01  2002-Jan-01
  soho_2002                   2002-Jan-01  2003-Jan-01
  soho_2003                   2003-Jan-01  2004-Jan-01
  soho_2004                   2004-Jan-01  2005-Jan-01
  soho_2005                   2005-Jan-01  2006-Jan-01
  soho_2006                   2006-Jan-01  2007-Jan-01
  soho_2007                   2007-Jan-01  2008-Jan-01
  soho_2008                   2008-Jan-01  2009-Jan-01
  soho_2009                   2009-Jan-01  2010-Jan-01
  soho_2010                   2010-Jan-01  2011-Jan-01
  soho_2011                   2011-Jan-01  2012-Jan-01     
  soho_2012                   2012-Jan-01  2013-Jan-01 
  soho_2013                   2013-Jan-01  2014-Jan-01
  soho_2014                   2014-Jan-01  2015-Jan-01 
  soho_2015                   2015-Jan-01  2016-Jan-01 
  soho_2016                   2016-Jan-01  2017-Jan-01    
  soho_2017                   2017-Jan-01  2018-Jan-01 (prediction Dec20-Jan01)
  soho_2018                   2018-Jan-01  2018-Dec-03 (prediction after Sep 9)

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