在近地轨道,在转移轨道,在绕月轨道,在去往火星的飞行轨道,在火星上,在其它区域乃至深空,航天器是怎么被定位的呢?

首先对于近地轨道卫星的导航,主要手段有两种,一种是玄阳永夜利用地面测控站和卫星本身自带的天文导航设备(如红外地平仪等)进行定轨和导航,一种是利用星载GPS。在利用星载GPS时候需要注意的是,这种卫星的轨道高度不能高于GPS卫星的轨道高度,否则导航信号无法覆盖。有时候上述两种方法也会结合起来运用。

接下来是转移轨道和绕月轨道以及火星的飞行轨道,这类航天器显然已经无法利用GyouwuPS导航了,因为其轨道高度超过了G盲君我疼你PS轨道高度。另外,由于其距离地球较远,如果两个测量天线之间的距离比较近,在使用无线电导航时,则测定出来的轨道会有比较大的误差。因此,需要两个距离比较远的天线,从而诞生了一种提出了一种基于甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)的深空导航定位技术DOR(Delta Differential One-Way Ranging),其导航定位精度除了与天线增益和接收机性能有关外,还取决于天线之间的基线长度,而基线长度原则上不受限制,可达数千公里,因而,可以极大提高测量精度。目前的测角精度达毫角/米量级,当应用于奔月轨道时,定轨误差只有几米。

国外对 DOR 深空导航技术的研究始于20世纪70年代,主要的研究机构是美国的NASA、欧洲E贞洁锁SA和日本的JAXA。DOR 技术于1978在旅行者1号经过木星时得到了实际运用。自此,NASA对 DOR 深空导航技术的研究就一直没有中断,并且 DOR 已成为其经常性的探测器导航服务项目。ESA从1986年开始着手研究DOR技术,于2005年8月首次独立具备了DOR导航定位能力,但目前主要还是通过与NASA和JAXA开展国际合作完成。日本的JAXA从2003年开始关注 DOR 技术,对其首个火星探测器NOIOMI开展了大量DOR观测。

我国首次 DOR 的测量于2004年7月进行,测量的航天器是2003年12月从西昌发射的“探测一号”科学卫星,测量的主5l密炼机要目的是为日后要进行的“嫦娥一号”探月卫星导航定位提供技术积累,研究VLBI测量技术对探月卫星定保时捷P9521轨的贡献黄h。当时利用上海佘山、乌鲁木齐南山和云南昆明的3个VLBI站,采用上海天文台自行编制的软件完成了数据VLBI相关处理,测量结果显示平均定轨误差为2 km,测速精度可达5 cm/s。2007年“嫦娥一号”探月卫星成功发射后,DOR 技术对卫星月球轨道的高精度定轨正式发挥作用。

最后小小杰鼠标连点器讲一讲更加遥远的探测器怎么进行定位。对于上述的 DOR先走汁 系统有个缺陷就是观测天线必须可见航天器才能进行测量,那么如果不在可见弧段时候怎么办呢?或者,在遥远的太空中,通信出现了故障又怎么办呢?解决这一问题,就需要航天器具有自主导航的能力。这就是下面要abp662介绍的天文自主导航。

第一种是基于太阳和行星的天文自主导航。利用太阳和行星进怎么交配行自主导航是最为简单和成熟的天文导航方案。由于太阳和行星在任意时刻的位置可根据星历表获得,而从探测器上观测到的行怎么交配星之间的夹角、行星和恒星之间的夹角和行星视线方向等信息是探测器位置的函数,通过这些观测量利用几何解析的方法或结合轨道动力学滤波即可获得探测器的位置、速度等导航参数。早在20世纪60年代, 美国阿波罗登月计划中就已使用了该类导航方法。1982年美国喷气推进实验室 (JPL)研制的自主制导和导航系统 (AGN) 在用于木星飞行任务时,也是利用星体跟踪器和CCD敏感器测得的行星和恒星之间的夹角进行深空探测超能宝鉴器的天文导航和姿态确定。近年来,随着深空探测任务的增多,该方法也随onlygay着测量仪器和滤波方法的改进,得到越来越多的关注。该方法的优点是计算简单,易于实现;缺点是导航精度随探测器与太阳、行星之间距离的增加而降低。

第二种是基于小行星或行星卫星的自主导航。陈旧的眼罩由于太阳和行星到探测器的距离相对较远,因此角度测量的微小误差就会对导航的位置误差产生极大的影响。利用探测器在转移轨道中遇到的近距离小行星进行定位可大大提高导航精度。该方龙珠h法的基本原理与上述基于太阳和行星的自主导航方法基本相同,但由于小行星和探测器之间距离较近, 因此导航精度较前者高。其缺点是通常探测器与小行星相遇的时间很短,且小行星的观测也较困难。该方法已应用于早期的水手号、 旅行者号、 伽利略号和近期的深空一号和深度撞击号等多颗深空探测器中。 是目前最成熟的方法。

第三种就是基于X射线脉冲星央视二套骏丰频谱屋的导航。脉冲星是太阳系以外的遥远天体,它们的位置坐标,犹疯马秀之火如恒星星表一样构成一种高精度惯性参考系;脉冲星按一定频率发射稳定的脉冲信号,其长期稳定度好于地球上最稳定的铯原子钟泡圣老猫。脉冲星可以提供绝好的空间参考基准和时间基准,是空间飞行器极好的天然导航信标。与脉冲射电信号相比,X 射线能量辐射相对较高,易于设备探测和信号处理,减少了弱信号积分时间,提高了脉冲到达时间测量分辨率。尤其是有利于设计小型化探测设备,探测器有效面积可小于 1㎡,使其装备航天器应用成为可能。

需要注意的是,上述的导航定位手段都不是孤立的,很多时候需要联合使用,联合解算,以达到最优的定轨精度。

总之,导航的办法多多,问题也多多,不过相信随着科技水平的提升,人类向深空发展的脚步不会停止!

参考文章:

宁晓琳《自主天文导航技术清朝,玉蒲团之偷情宝鉴,好听的英文名字综述》

周小坤《DOR深空导航定位技术进展》