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¿Alguno de nuestros satélites o la exploración del espacio de artesanía de necesidad o de uso de la relatividad estrictamente para los fines de la navegación?

Pensé que leí en algún sitio que todo lo que he enviado al espacio utilizado sólo Newton para la navegación, debido a efectos relativistas son órdenes de magnitud más pequeñas que otras causas de desviación de curso.

Pero ahora no lo encuentro. Ahora todo lo que puedo encontrar artículos acerca de las sondas de prueba de diversos aspectos de la relatividad -, pero nada acerca de si la relatividad era necesario para la navegación, más allá de las necesidades del experimento.

No tenemos más necesidad de la relatividad para navegar por el sistema solar?

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accipehoc Puntos 8

Tenga en cuenta que interplanetario sondas de no saber dónde están en el espacio hasta llegar a cerca del objeto de destino (y a veces ni siquiera entonces). El ordenador de a bordo de un vehículo que se acerca a la tierra en Marte no es necesario considerar el tercer cuerpo de las perturbaciones, vamos solos efectos relativistas. Por ejemplo, el Laboratorio científico de Marte de Entrada, Descenso y Aterrizaje del vuelo de software de modelado de la gravedad mediante un simple J2 (abultamiento ecuatorial) modelo de gravedad de Marte. Este simple modelo fue el mayor contribuyente a que el error en la aristocracia de la posición; Marte presenta importantes anomalías gravitacionales. Los errores que resultaron de este modelo simplista de Marte campo de gravedad son órdenes de magnitud que la de los errores que el resultado de ignorar que la de Newton efectos gravitacionales del Sol y de Júpiter, que a su vez son órdenes de magnitud más grandes que los errores que como resultado del desconocimiento de los efectos relativistas.

La navegación de la nave espacial en el espacio interplanetario es realizado por las personas y los equipos en la Tierra en lugar de por la nave espacial. Apegados a la tierra de equipos no tienen el enorme restricciones impuestas en la computadoras de a bordo, para que puedan modelo de efectos relativistas. Los efectos relativistas son importantes para una nave espacial que lleva muchos meses a muchos años para llegar de la Tierra a la meta. Como resultado, la Deep Space Network utiliza parámetros Post-Newtoniana (PPN) formulación para calcular los efectos de la gravitación en las naves espaciales; consulte la sección 4 de la Formulación Observados y Calculados los Valores de Espacio Profundo de la Red de Tipos de Datos para la Navegación.

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El impacto de la relatividad general en una nave espacial en órbita puede ser visto de acuerdo a las modificaciones de la mecánica Newtoniana. No es difícil de calcular las órbitas en el espacio-tiempo de Schwarzschild sin golpear fuera de Christoffel de conexión términos. El invariante intervalo de $ds^2~=~g_{\mu\nu}dx^\mu dx^\nu$ cero, con una variación $\delta\int ds~=~0$. A continuación, podemos ver la acción es equivalente a la hora adecuada, y hay un Lagrangiano ${\cal L}~=~ds/dt$ que no tiene ninguna variación.

Para la métrica de Schwarzschild $$ ds^2~=~c^2\left(1~-~\frac{2m}{r}\right)dt^2~-~\left(1~-~\frac{2m}{r}\right)^{-1}dr^2~-~r^2d\Omega^2, $$ para $m~=~GM/c^2$. Asumimos que hay un campo débil para $(1~-~\frac{2m}{r})^{-1}~\simeq$ $1~+~\frac{2m}{r}$ y ponemos la dinámica en un solo plano, de modo $$ ds^2~=~c^2\left(1~-~\frac{2m}{r}\right)dt^2~-~\left(1~+~\frac{2m}{r}\right)dr^2~-~r^2d\phi^2. $$ Ahora conseguir el Lagrangiano con $$ \left(\frac{ds}{dt}\right)^2~=~c^2\left(1~-~\frac{2m}{r}\right)~-~\left(1~+~\frac{2m}{r}\right)\left(\frac{dr}{dt}\right)^2~-~r^2\left(\frac{d\phi}{dt}^2\right)^2. $$ Mientras que esta es la plaza de la Lagrangiana, desde el lado de la mano izquierda de Euler-Lagrange ecuación tiene dos derivados habrá un término con $O(c^-1)$ a partir de la derivada de la raíz cuadrada. Esto se asocia con una "plaza de la Lagrangiana" en el denominador. Esta es la razón por la $c^2$ plazo se mantiene en el $dt^2$ parte de la línea de elemento. Hemos de dejar de lado esta "plaza de la Lagrangiana" en un semi-relativista caso. Esto significa que podemos utilizar $\left(\frac{ds}{dt}\right)^2$ como el Lagrangiano de a $O(c^{-1})$ de error. Entonces tenemos las siguientes ecuaciones diferenciales $$ \frac{\partial}{\partial t}\left(\frac{\partial{\cal L}}{\partial\dot r}\right)~-~\left(\frac{\partial{\cal L}}{\partial r}\right)~=~0~\rightarrow~\ddot r~\simeq~\left(1~-~\frac{2GM}{rc^2}\right)\left[\left(1~-~\frac{v^2}{c^2}\right)\frac{GM}{r^2}~+~\frac{1}{2}r\dot\phi\right] $$ $$ \frac{\partial}{\partial t}\left(\frac{\partial{\cal L}}{\partial\dot\phi}\right)~-~\left(\frac{\partial{\cal L}}{\partial\phi}\right)~=~0~\rightarrow~r^2\ddot\phi~+~-2r\dot r\dot\phi~=~0 $$ Estos son los dos relevante de las ecuaciones de movimiento

El primero de estos se pueden poner en forma estándar con el momento angular $L^2~=~m^2r^4\dot\phi^2$, por lo que $$ \ddot r~=~\left(1~-~\frac{2GM}{rc^2}\right)\left[\left(1~-~\frac{v^2}{c^2}\right)\frac{GM}{r^2}~+~\frac{L^2}{2mr^3}\right]. $$ Ahora, con la eliminación de la $O(c^{-2})$ términos sólo tenemos el estándar de Newton resultado para la fuerza de la gravitación. Vemos entonces que hay de la modificación por el factor de Lorentz $1~-~\frac{v^2}{c^2}$ y la métrica de Schwarzschild plazo $1~-~\frac{2GM}{rc^2}$.

Para una nave espacial en órbita alrededor de la Tierra con $v~=~\sqrt{GM/r}$ que $v/c~\simeq~2.3\times 10^{-5}$ y la corrección relativista términos van a estar en el orden de $(v/c)^2~=~5\times 10^{-10}$. Este parece pequeño, hasta que uno considera de navegación. Este error es en gran medida va a influir en la tasa relativa de que los relojes de la marca. Si en un segundo hay este error en el momento de la $5\times 10^{-10}sec$ corresponde a la deriva en el error de distancia de $d~=~ct$ $=~16$cm. Esto de repente se convierte en un problema considerable. Para el seguimiento de GPS esto es algo de importancia y el conocimiento del campo gravitacional es una parte de la geodesia de los satélites.

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Fernando Briano Puntos 3704

Es incluso más en casa de lo que usted piensa. Usted necesita para navegar en la tierra el uso de datos de satélite.

¿Utiliza el GPS?

Las técnicas más sofisticadas, como el GPS Diferencial (DGPS) y en Tiempo Real Cinemático (RTK), los métodos, entregar centímetro a nivel de posiciones con un par de minutos de medición. Estos métodos permiten el uso de GPS y relacionados con el sistema de navegación por satélite de datos a ser utilizado para la alta precisión de la topografía, autónomos, y otras aplicaciones que requieren una mayor posición en tiempo real precisión que se puede lograr con el estándar de los receptores GPS.

Para alcanzar este nivel de precisión, los impulsos de reloj de los satélites GPS debe ser conocida con una exactitud de entre 20 y 30 nanosegundos. Sin embargo, debido a que los satélites están en constante movimiento con relación a los observadores en la Tierra, los efectos predichos por las teorías Especial y General de la Relatividad debe ser tomado en cuenta para alcanzar el nivel deseado de 20-30 precisión de nanosegundos.

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La combinación de estos dos relativitic efectos significa que los relojes a bordo de cada satélite debería marcar más rápido que en la similitud de los relojes de la tierra por aproximadamente 38 microsegundos por día (45-7=38)! Esto puede parecer pequeña, pero la alta precisión requerida del sistema GPS requiere precisión de nanosegundos, y 38 microsegundos es de 38.000 nanosegundos. Si estos efectos no fueron debidamente en cuenta, de una revisión de navegación basada en la constelación GPS sería falso, después de 2 minutos, y errores en el global de las posiciones siguen acumulando a un ritmo de alrededor de 10 kilómetros cada día! Todo el sistema sería totalmente inútil para la navegación en un tiempo muy corto.

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