DE1448564C3 - Verfahren zur Sternbilderkennung in Raumfahrzeugen (Sternfeldsensor) - Google Patents

Description

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Koordinatensystems markiert, auf irgendeinen Be- gen, besonders hellen Sternen auskommt und ent-

obachtungsstern, der Zentralstern genannt werden sprechend wenig Sternbilder zu speichern und zu

soll, (z.B. den dem Koordinatenursprung am nach- vergleichen hat. Wegen der Überdeckungsmöglich-

steri liegenden) ausgerichtet wird (s. Abbildung). keit durch die Erde (die in 500 km Höhe 22° unter

3. Die übrigbleibende Rotation, durch welche sich 5 -dem Horizont erscheint) und wegen der Schwierigdas beobachtete Sternbild noch von dem gespeicher- keiten, die bei der Konstruktion von Weitwinkelten unterscheiden kann, wird eliminiert, indem zu- objektiven auftreten, ist es jedoch ratsam, das Genächst eine Vorauswahl mittels der Entfernungen r,- sichtsfeld des Aufnahmegerätes nicht größer als 22° (s. Abbildung) der beobachteten Sterne vom Zentral- im Radius zu wählen. Bei Verwendung zweier um stern getroffen wird. Die Koordinaten r,· sind gegen io 180° versetzter Aufnahmesysteme ist eines von Drehungen invariant. beiden frei von Überdeckung, durch die Erde.

4. Die endgültige Auswahl unter den dann noch Die Minimalzahl der in einem Gesichtsfeld sichtin Konkurrenz stehenden Sternbildern erfolgt mittels baren Sterne muß fünf sein, wenn damit zu rechnen der Winkelkoordinaten ψι (s. Abbildung), und' even- ist, daß bis zu zwei Sterne für die Sternbilderkennung tuell zusätzlich durch die verschiedene Helligkeit. 15 ausfallen (z. B. durch schwankende Helligkeit der

5. Falls die Mission des Satelliten eine genauere Sterne, Schwankungen der Empfindlichkeit des AufOrientierung verlangt, ajs mit dem beschriebenen nahmegerätes. Überdeckung durch den Mond). Bei System möglich ist, kann ein zweites Aufnahme- gleichmäßiger Verteilung der Sterne müssen dann system mit größerem Auflösungsvermögen und klei- etwa 130 Sterne sichtbar sein (dies entspricht Sternen nerem Gesichtsfeld parallel geschaltet werden, wobei ao bis zur sichtbaren Helligkeit 3): Ein Blick auf die die Sternkarte für dieses kleine Feld entweder be- Sternkarte zeigt, daß man mit etwa 200 Sternen ausrechnet oder gespeichert werden kann. Eine zweite kommen wird. Ebenso viele Sternbilder müssen geElektronik ist für dieses System nicht erforderlich. speichert werden.

Für· die praktische Verwirklichung des erfindungs- Wenn man annimmt, daß ein Raumfahrzeug in

gemäßen Verfahrens bieten sich nach dem gegen- 25 der Lage sein muß, in zwei Minuten um einen Winkel

wärtigen Stand der Technik folgende Möglich- von 90° zu schwenken (diese Zeit ist klein gegenüber

keiten an: der Umlaufzeit von etwa 100 Minuten auf einer

Geht man von den heute zur Verfügung stehenden erdnahen Bahn), so dauert die Ausrichtung auf den Geräten aus, welche die Abbildung eines Gesichts- Zentralstern (etwa 10° vom Mittelpunkt entfernt) feldes von etwa 40° Durchmesser mit einer Auf- 3° rund 40 Sekunden. Im normalen Betrieb weiß das lösung von 0,1° gestatten (z.B. Vidikon oder Glas- Fahrzeug jedoch, wo es sich befindet und schwenkt fibertechnik), so erkennt man, daß zwei Sterne zur lediglich nach einem neuen Stern über. Die dabei sicheren Sternbilderkennung nicht ausreichen dürf- auftretenden Abweichungen sind kleiner als 1°, so ten, da es dann im ganzen nur 400 verschiedene daß die mit dem Einschwenken auf den Zentralstern Koordinaten gibt. Drei Sterne hingegen liefern drei 35 auftretende Zeitverzögerung bei 10 Sekunden liegt. Entfernungen untereinander, bei gleicher Auflösung Die Zuordnung nach den r_; erfolgt nach bekannten sind, dies mehr als 10 Millionen mögliche vonein- digitalen Verfahren durch Vergleich mit den Speiander verschiedene Zahlentripel, was zur sicheren cherwerten und wird dadurch vereinfacht, daß die r,-Sternbilderkennung in diesem Verfahren als aus- nach ihrer Größe geordnet sind. Die Zuordnung reichend angesehen wird. 4° nach den restlichen Daten erfolgt in gleicher Weise

Das Gesichtsfeld des Aufnahmegerätes sollte so und geht sehr schnell vor sich, da bereits eine Vorgroß wie möglich sein, da man dann mit sehr weni- auswahl getroffen worden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

kleinen Gesichtsfeld das jeweilige Sternbild zu Patentansprüche: erkennen, ganz gleich, in weiche Richtung er gerade schaut, vermieden. Auf diese Weise wäre es auch

1. Verfahren zur Sternbilderkennung in Raum- möglich, Planeten zu erkennen und somit Navigation fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, 5 bei interplanetaren Flügen durchzuführen. Ein daß die Optik und die Sternbildaufnahmekamera Mensch könnte nach einer gewissen Einübungszeit des Raumfahrzeuges fest mit diesem verbunden im Planetarium diese Aufgabe mit Leichtigkeit und parallel zu einer Achse des Fahrzeuges lösen. Obwohl uns das Prinzip, nach dem die Natur ausgerichtet ist, daß das ganze Raumfahrzeug die Zeichenerkennung organischen Lebewesen erauf einen dem Fadenkreuz der Aufnahmeoptik *° möglicht, nicht restlos, bekannt ist, hat es nicht an benachbarten ^Stern; dem· sogenannten Zentral- ; . Versuchen gefehlt, mit Hilfe elektrischer Netzwerke stern, ausgerichtet wird, . daß dann aus dem die Tätigkeit des Menschen bei der Sternbilderken-Abstand einiger besonders heller Sterne zum nung nachzuahmen. So wurde auf der WGLR-Zentralstern, indem die gemessenen Abstände Tagung in Berlin 1964' von den Forschungsergebmit gespeicherten Werten verglichen werden, i5 nissen einer amerikanischen Firma berichtet, die ein eine Groberkennung und aus den ebenfalls ge- Gerät konstruiert hat, das in der Lage ist, ein einziges speicherten Winkelstellungen der Sterne die Sternbild am Himmel zu erkennen und festzuhalten. Feinerkennung erfolgt. Für dieses eine Sternbild sind etwa 70 000 elektrische

2. Verfahren zur Sternbilderkennung in Raum. Verbindungen notwendig. Es ist nicht sehr wahrfahrzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ²° scheinlich, daß es in naher Zukunft möglich sein zeichnet, daß zur Feinerkennung des Sternbildes wird, auf diesem Wege ein brauchbares, zuverlässiges auch die unterschiedliche Helligkeit der Sterne und einfaches Gerät zu schaffen, das in Raumfahrherangezogen wird. zeuge eingebaut werden könnte.

Die bestehende' Aufgabe, d. h. die Vermeidung as der oben angeführten Nachteile bekannter Sternsensoren wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren

~~ gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die

Optik und die Sternbildaufnahmekamera des Raumfahrzeuges fest mit diesem verbunden und parallel

Für die Orientierung von Raumfahrzeugen bietet 3<> zu einer Achse des Fahrzeuges ausgerichtet ist, daß sich der Fixsternhimmel an. Die Lage der Fixsterne, das ganze Raumfahrzeug auf einen dem Fadenkreuz bezogen auf das körpereigene Koordinatensystem, der Aufnahmeoptik benachbarten Stern, dem sogewird mit Hilfe sogenannter Sternsensoren ermittelt. nannten Zentralstern, ausgerichtet wird, daß dann Bei den zur Zeit bekannten Typen von Sternsensoren aus dem Abstand einiger besonders heller Sterne sind Gesichtsfeld und Empfindlichkeit so aufein- 35 zum Zentralstern, indem die gemessenen Abstände ander abgestimmt, daß nur ein Stern sichtbar ist. Die mit gespeicherten Werten verglichen werden, eine Abweichung dieses einzelnen Sternes von der Mittel- Groberkennung und aus den ebenfalls gespeicherten lage kann quantitativ gemessen werden. Mit der- Winkelstellungen der Sterne die Feinerkennung artigen Sensoren zusammengestellte und in Raum- erfolgt.

fahrzeugen eingebaute Informationssysteme habend Außerdem kann erfindungsgemäß zur Feinerkenfolgende schwerwiegende Nachteile: -nung des Sternbildes die unterschiedliche Helligkeit

1. Große Drehgeschwindigkeiten, wie sie nach der Sterne herangezogen werden.

Lösen des Raumfahrzeuges von der Rakete und In der vorliegenden Erfindung wird, im Gegensatz

z. B. nach einem Zusammenstoß mit einem Meteo- zu den oben beschriebenen Versuchen, von vornriten auftreten, können im allgemeinen wegen des ⁴5 herein darauf verzichtet, das menschliche Gehirn beschränkten Gesichtsfeldes nicht gemessen werden, nachzuahmen, indem nur sehr wenige, besonders weshalb zusätzliche Geräte (z. B. Wendezeiger) not- helle Sterne beobachtet werden. Das bedeutet einen wendig sind. Verzicht auf Zuverlässigkeit, die der Mensch gerade

2. Für die allererste Orientierung und insbesondere dadurch erreicht, daß er zur Sternbilderkennung nach einem Zusammenstoß mit einem Meteoriten ⁵° alle ihm sichtbaren Sterne heranzieht. Ferner wird sind zusätzliche Instrumente sowie ein besonderes auf Schnelligkeit der Bilderkennung kein Wert gelegt, Befehlsprogramm notwendig, z. B. Orientierung da sie in Raumfahrzeugen nicht in demselben Maße einer Achse zur Sonne hin mit Hilfe eines zusatz- notwendig ist wie z. B. in Flugzeugen. Andererseits liehen Sonnensensors und anschließendes Drehen erlaubt der Verzicht auf Schnelligkeit, daß die Anum diese Achse mit anschließendem Abbremsen bei 55 zahl der zu vergleichenden Kombinationen und Koinzidenz der Beobachtungssignale mehrerer Stern- dadurch auch der technische Aufwand außerordentsensoren. Hch verringert wird. Das erfindungsgemäße Verfah-

3. Bei großen Schwenkwinkeln müssen die Senso- ren arbeitet folgendermaßen:

ren mechanisch gedreht werden, was im Vakuum auf 1. Es werden so wenig Sterne wie möglich begroße Schwierigkeiten stößt und die Zuverlässigkeit ^6o obachtet und die entsprechenden Sternbilder digital beeinträchtigt. Die gebräuchlichen Schmiermittel gespeichert. Diese Verminderung wird ermöglicht verdampfen bekanntlich im Vakuum, und das bisher durch eine entsprechend hohe Meßgenauigkeit, eine vorgeschlagene Einschließen des Sensors, beispiels- Fähigkeit, in der beispielsweise jede Fernsehkamera weise in eine Glashülle, erschwert wegen der Streu- dem menschlichen Sehvermögen weit überlegen ist. ung des Sonnenlichts die Beobachtung des Sternes 65 2. Translationen, durch welche die beobachteten durch den Sensor. Sternbilder sich von den gespeicherten unterscheiden, Diese Nachteile wurden ganz sicher durch einen werden dadurch beseitigt, daß die Achse des Fahr-Annarat. der in der Läse wäre, in einem nicht zu zeuges, welche den Nullpunkt des körpereigenen