¿Cómo se realiza la navegación celestial a baja altitud?

Question

Cuando enviamos una sonda a Júpiter o Saturno, o incluso a la órbita terrestre, ¿cómo se programan y coordinan los encendidos de cohetes?

Por ejemplo, cuando quiero conducir a otra ciudad, me uno a la autopista y uso las líneas en la carretera para ajustar mi dirección. También uso la intuición para ajustar mi velocidad, aunque eso no hará ninguna diferencia en dónde termine (sólo en cuándo). Sin embargo, las naves espaciales no tienen líneas en la carretera con las que alinearse. Tampoco tienen una medida directa que tomar para la velocidad, lo cual es crítico en las órbitas y en las transferencias planetarias.

Supongo que algunas estrellas brillantes cerca de la oposición o fuera del eclíptico (¿Capella?) y el GPS podrían ser utilizados para la navegación interplanetaria o en la órbita terrestre baja, pero ¿cómo se hacía antes del GPS? ¿Navegación inercial? ¿Cómo lograron los soviéticos que el Vostok ingresara en una órbita limpia (entiendo que la órbita del Sputnik era muy elíptica)? ¿Cómo se orientaban las primeras sondas interplanetarias?

Answer 1

El GPS ahora se utiliza para la órbita terrestre baja, al menos por el transbordador espacial y la ISS. Los satélites GPS están a 20,000 km de altura, por lo que una LEO de 300 km sobre la superficie no es muy diferente a estar en la superficie.

Encontrar el satélite después del lanzamiento depende de la señal de portadora de las comunicaciones a bordo y de una estimación razonable de dónde apuntabas el cohete. Si la nave no está transmitiendo, puedes usar radar activo, pero si no está transmitiendo, probablemente no tenga mucho sentido saber dónde está.

Para que la nave encuentre su propia posición, usa una combinación de seguidores del sol (especialmente para la órbita terrestre cuando solo necesitas una posición aproximada para apuntar los paneles solares) o magnetómetros para detectar la posición en el campo magnético de la Tierra.

Para un apuntado más preciso, por ejemplo, para telescopios espaciales, se utilizan seguidores de estrellas. Al capturar al menos tres estrellas fijas (o planetas) tienes una fijación muy precisa de tu actitud. Conocer tu posición con precisión generalmente es menos importante, ya que las estrellas están tan lejos que dónde estás (dentro de unos pocos km) es bastante irrelevante en comparación con saber dónde estás apuntando.

Las misiones Apollo utilizaron el cálculo de rumbo muerto para fijar la posición, la velocidad de la nave espacial se determinó a partir del desplazamiento Doppler de una frecuencia de radio precisa enviada desde la Tierra y devuelta por la radio de la nave espacial. Esto, junto con el tiempo y la órbita, te da la posición tridimensional. También usaron sextantes que miraban el limbo de la tierra/luna o estrellas fijas para obtener principalmente la actitud (orientación tridimensional) de la nave espacial para que estuviera correctamente apuntada para cualquier quemado del motor. Consulta Cómo voló Apollo a la Luna o escucha el podcast del autor.