經過5年的太空旅行,朱諾終於到達並開始圍繞木星飛行。探測器實際上是如何知道它在軌道上的,以便它可以發送諸如“歡迎來到木星!”之類的確認消息。 ?
出於這個問題的目的,請按照我們在計算機中慣用的口語來對待“知道”。就是說,問題可以表述為:“什麼觸發了Juno探針發送確認消息?”意識不是必需的。
經過5年的太空旅行,朱諾終於到達並開始圍繞木星飛行。探測器實際上是如何知道它在軌道上的,以便它可以發送諸如“歡迎來到木星!”之類的確認消息。 ?
出於這個問題的目的,請按照我們在計算機中慣用的口語來對待“知道”。就是說,問題可以表述為:“什麼觸發了Juno探針發送確認消息?”意識不是必需的。
Juno航天器無法直接測量和計算它是否在軌道上。它沒有發送任何此類確認消息。它發送的只是一個FSK音調,表明它已經完成了命令執行的活動。航天器返回地球後,它傳輸了該事件的所有記錄的工程數據,從而提供了有關其如何完成其被指揮的活動的更多信息。
航天器可以確定其姿態,但是沒有提供有關其軌蹟的任何信息。從理論上講,Juno可以確定它自己在軌道上的唯一方法是使用外展攝像頭在JOI之後定期觀察木星,並觀察其相對於參考恆星的位置,並將其與預測是否會發生變化進行比較它在軌道與否。但是,兩者之間的差異最初很小,因此可能需要幾個小時或幾天才能做出確定。這種功能是在JPL上開發的,稱為 AutoNav,但Juno並未使用它。
Juno可以通過整合加速度計讀數來推斷其在軌道上。但這不是直接確定軌道的方法。
我們 知道朱諾進入軌道的最直接方法是雙向多普勒簽名。我們知道了朱諾接近地球的軌跡,並且由此知道,在成功的軌道插入燃燒過程中,X波段信號沿視線的多普勒頻移向地球的變化將是什麼樣子。然後,我們可以實時查找該簽名。瞧瞧,就在那裡。
朱諾軌蹟的設計是為了讓飛船在整個燃燒過程中都能看到地球。 (從地球上看,飛船在軌道後面燒掉一部分,這是很普遍的。)
雙向多普勒的工作原理是,將來自地球原子鐘的非常精確的頻率發送到航天器,然後讓航天器以相干相位將該頻率轉向,其中該頻率乘以一個精確的有理數(通常為880) / 749)。地球上接收到的信號經過適當轉換,並在同一個原子鐘上跳動,以獲得多普勒頻移。這樣可以在每秒幾毫米的範圍內測量航天器相對於地球沿視線的速度分量。雙向多普勒可以僅用載波來完成,因此鏈路上不需要攜帶數據。這樣就可以以相對較低的信號強度從航天器獲得多普勒跟踪支持。
使用姿態確定設備(包括來自地球的無線電信號的多普勒頻移),它可以確定 * sup>相對於木星的位置和速度,並根據該數據,知道木星質量,就可以計算出軌道。如果軌跡在木星周圍形成一個循環-這是一個軌道!
*實際確定是在地球上執行的,Juno只是從地球彈回一個信號,並從其餘自身儀器發送遙測信號 sup>
首先要澄清。如果有人堅持認為“知道”需要自我意識和智慧,那麼朱諾航天器當然不會“知道”任何東西。與其迷住“知道”的含義的愚蠢性,不如尋找一種替代方法來回答問題。替代方案:Juno的車載計算機軟件有多複雜?航天器軟件是否以某種有限的方式知道它確實已經實現了軌道運行?
我正在製作此社區Wiki,因為這不是答案。正確答案很難找到。 (據我所知,沒有一個答案是正確的。)JPL和洛克希德·馬丁公司都很少或幾乎沒有公佈其車輛內部工作的技術細節。車輛的製導,導航和控制系統以及任務管理器顯然受到ITAR限制和專有標記。我將研究兩種情況,一種情況是飛行器不知道它是否在圍繞木星的軌道上,另一種情況是在這種情況下。
一種方法,該工具可以執行軌道插入燃燒當將要移動的ΔV(預定的期望ΔV與累積的感測到的ΔV之差)達到零時,將自動將車輛定向到預定方向,啟動火箭並停止。假設預定方位和預定期望增量V都是從地球發送到航天器的命令序列的一部分。在這種情況下,車輛不知道它在軌道上。它所知道的只是燃燒完成了。執行此操作的軟件非常簡單。如果簡單的軟件足以勝任工作,那麼簡單就是最好的選擇。
如果該簡單方法無法滿足需要,則可能需要更多的複雜性。例如,航天器可能需要更複雜的製導,導航和控制軟件,以及更複雜的任務管理軟件。 (顯然,它具有相當廣泛的故障檢測,隔離和恢復軟件)。在這個更複雜的版本中,任務管理器很可能具有在軌模式,由GNC軟件評估是否已達到所需的軌道,觸發了過渡模式。儘管這不是自我意識的軟件,但它是可以知道飛行器確實在木星軌道上運行的軟件。內存和256 MB閃存。這相當於1999年以來的低成本個人計算機。在相當有限的系統中,沒有太多的空間可用於實現複雜性。
軌道插入燒傷的持續時間由航天器上的加速度計控制。任務控制知道航天器的進入速度和計劃軌道所需的期望速度。當發動機運轉時,航天器會測量其隨時間的減速率,當總速度變化達到必要的數值時,它將關閉發動機。
在這種情況下,確認消息是在探針完成了插入燒傷,任務控制能夠通過多普勒頻移確認速度,如此處其他答案所示。
除非地球明確告知,否則探針確實不知道。可以通過在地球上找到其位置,跟踪其路徑並確定它是否確實在軌道上來對其進行測試。 太空飛行基本原理-導航中對此進行了詳細說明。簡而言之,他們使用兩種技術:測距,即發送脈衝並立即響應以給出距離;和多普勒頻移,顯示了航天器和地球之間的相對速度。這兩個具有足夠的測量值,將使人們能夠確定一個物體的軌道。它可以做的就是告訴速度變化,前提是儀器已在船上正確校準過。那就是航天器正在尋找的東西,或者是燃燒的時間,這兩者都可以讓它知道它已經達到了正確的燃燒。但是,如果目標錯誤,儀器錯誤或類似原因,則刻錄可能不會成功。只有從地球進行的測量才能真正讓系統知道它已經成功捕獲了火星。
Juno航天器使用多種技術來確定其位置和軌跡。稱為“恆星追踪器”的機載系統幫助航天器確定其在太空中的方向。結合從地球上進行的無線電信號分析確定的定位數據,車輛可以沿其軌跡“三角剖分”其位置,併計算偏差。一旦航天器知道了它的實際當前軌跡,它就可以執行計算以確定要應用哪些推力矢量(使用其各種發動機)以實現正確的航向。在這種情況下,那將是軌道插入。有關更多信息,請參見本文。
這與陀螺儀有關。如果您對物理學沒有敏銳的知識,則可能需要花點時間發揮自己的才能:-)
這是一個非常簡單的過程,而且全部都是自動完成的(必須:需要48分鐘
1-您擁有木星的引力分量,這是一個信號從地球到達朱諾的信號,而且從地球到達朱諾的時間也就不足為奇了。所以48 + 48 =災難!!)
1-它正在將Juno拉向它。讓我們將其稱為 down-force
;
2-要逃避 down-force
,Juno必須向前加速得如此之快,以至於最終他會逃脫繼續加速;
3-陀螺儀實際上會發出聲調(讀取)並向下加速,並將推進火箭設置為 forward
方向,直到向下的加速度等於零為止。這稱為自由落體。
這些前向火箭必須不時地打開(陀螺儀自動設置),因為儘管您可能聽到過,但仍有摩擦(小但有) ),這會因為木星的大氣而減慢朱諾在軌道上的前進速度。
不要將加速度與速度混淆。
想像你在車上。當您踩油門時,您會加速。您會感覺到背部向汽車座椅的壓力。當達到所需速度時,您將停止加速(不再有背壓),而只需將油門踏板踩到足以保持該速度(克服摩擦和其他壓力,但不再加速)即可。
如果您的想像力足夠好,請認為,要走路,您必須向前傾斜身體以開始跌倒。為避免砸到地板上的臉,您可以向前伸腿並提高速度,直到加速度為零,然後在公園裡散步。
關於Juno的不錯的網站,有很多視頻和書呆子事實: http://spaceflight101.com/juno/juno-mission-trajectory-design/