朱諾號抵達木星減速時,地球如何判斷發動機噴口是朝向正確的方向的?
11-28
感覺好神奇啊,飛了好幾年,難道飛行器就不會翻跟頭打轉兒嗎?
旁邊又沒有什麼參照物或者另一個飛行器給照相。
地球是如何判斷和調整飛行器的姿態的呢?
蟹妖
你的判斷主要是靠探測器的姿態確定的,如果知道姿態信息,發動機安裝方式已知,那噴口方向是否正確也很簡單判斷了。
重中之重是姿態確定及控制:
1. 從發射之後起,探測器一直在保持轉動,可以實現一定程度的姿態穩定,生活中參考陀螺。
2. 飛船上裝載了星敏感器,這東西一直對著宇宙背景拍照,通過星圖識別判斷自己當前在宇宙中的絕對姿態,精度是角秒級別(3600分之一度),坐標系轉幾下就知道自己當前姿態和相對木星、地球的狀態了。朱諾上用的就是下面這看起來丑不拉幾的玩意兒,其實老牛逼了。
3. 當然由於木星離地球太遠,不可能實時控制,都是星上導航和制導設備自動控制的姿態,提前寫好的程序也很重要。
首先,地球是不需要判斷推進噴嘴的朝向的,深空探測器都有一個特點,就是要具有極高的自主性,航天器必須具備自主姿態和軌道確定的能力。由於航天器距離地球太遠,一是傳輸時間很長,控制指令再回傳已經不具備實效性;二是天體的位置很有可能對通信鏈路產生了遮擋,根本無法傳遞。所以,朱諾號降軌不是由地球控制的。
其次,該討論朱諾號自身是如何實現降軌的了。對於深空探測而言,航天器要完成對自身軌道和姿態確定才能進行相應控制。航天器軌道在地面就已經進行過預算和模擬,其經過可見的恆星和行星星曆都是已知的並且被存儲到航天器控制代碼中,通常採用星敏感器、空間六分儀、恆星敏感器、地平儀等等探測航天器與天體之間的相對位置關係,可以推算航天器的姿態和軌道;航天器代碼中也會有利用陀螺、加速度計等進行軌道遞推的方法,從而使航天器實時知道自身位置和姿態。只要航天器知道自身航向(+X方向),只需開啟向-X方向推的推力器即可實現減速降軌。
最後,如果航天器對自身姿態判斷有誤怎麼辦?這也是航天器自主性的一個內容,就是在軌故障診斷。解決的辦法有很多,我這裡只舉一個例子,比如朱諾號需要進行減速降軌,那隻需要判斷衛星速度是提升了還是下降了,這可以利用衛星自身加速度計輕鬆實現。假如發現推力器噴反了,開啟對側推力器噴回來就行了;如果對側推力器也故障了,還可以用朱諾號自帶的飛輪對姿態進行控制,轉個身反著噴就可以了。
希望上述解答可以幫到你理解深空探測的軌道控制。
謝邀!
鑒於宇宙中恆星間的距離足夠遙遠,所以我們站在地球上看到的星空,和朱諾在木星附近看到的星空是沒有太大差別的,大體上北斗還是北斗,獵戶依然獵戶。當然,有嫦娥的月亮看不見了,地球也變成了一個小亮點。在這種情況下,利用星空確定自身方向並不困難。
可是知道方向還不夠,朱諾還需要知道自己的位置,這個相對要難一些。好似你隻身一人走在塔克拉瑪干沙漠,看星星看太陽就能輕鬆確定東南西北,但你還是需要時刻知道自己的具體位置,這樣才不至於迷路。在地球上我們已經習慣了GPS和北斗的導航定位服務,打開手機瞬間就可以知道位置。但朱諾號已經遠離地球億萬公里,GPS也罷、北斗也罷,統統指望不上了。理論上可以用宇宙間若干個脈衝星進行導航定位,奈何這項技術目前還遠不成熟。
那麼朱諾號如何知道自己位置呢。在宏觀上主要靠精確的軌道預測,在微觀上可以靠視覺定位。這裡的宏觀是太陽系尺度的宏觀,基於精確的太陽及幾大行星的引力模型,科學家可以精確地預測和控制朱諾的飛行軌道,使得朱諾可以準確地進入木星軌道。當然,在這個尺度上,所謂「精確」和「準確」,差出個幾千幾萬公里也不算啥。這裡的微觀是行星尺度上的微觀,當朱諾靠近木星時,朱諾上的攝像機可以對木星成像,利用這些成像,科學家在地面可以更細緻地判斷朱諾相對木星的距離、方位,再根據這些信息,控制朱諾調整航向,從特定方位刺入木星表面。這一點看似容易,畢竟在地面機器人視覺定位早已不是新玩意。但朱諾的問題在於與地面的通信延遲約48分鐘,最快時朱諾的速度是每秒70公里,需要準確穿越的低電磁縫隙只有幾千公里寬度。一個不留神,朱諾撞入強電磁場,就很可能直接掛掉了。所以這個視覺定位不僅需要準確定位,還需要精確地木星軌道預測。
祝福朱諾,為NASA的這個開創性的任務點贊!
謝邀,航天器確定姿態指向一般用天文導航,用星敏感器拍攝和識別星星的位置以確定自身姿態指向。
前幾個月日本還有一顆太空望遠鏡衛星「瞳」因為星敏感器受到輻射死機和一系列程序bug人為失誤搞反了噴口方向結果轉散架。
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