Techniklexikon

Astronavigation

Navigationsverfahren für Luft- und Raumfahrzeuge, bei dem die Positionsbestimmung auf dem Anpeilen von Gestirnen beruht. Die Astronavigation dient neben der Positionsbestimmung auch zur Festlegung der Flugrichtung sowie zur Bahnkorrektur. Um sich im Weltraum orientieren zu können, benötigt man mangels fester Ortsmarken ein Bezugssystem mit raumfester Orientierung. Dieses liefert z.B. ein schnell rotierender Kreisel: Er behält seine Ausrichtung bei und beantwortet quer zur Achse gerichtete Kräfte durch eine Präzessionsbewegung. In Raketen verwendet man mindestens zwei, meist aber drei solcher Kreisel und montiert diese jeweils um 90 Grad versetzt auf eine gemeinsame Plattform. Diese wird mit Hilfe einer vollkardanischen Aufhängung so gelagert, dass sie um alle drei Raumachsen frei beweglich ist. Kurz vor dem Start werden die schnell rotierenden Kreisel geeicht und laufen danach frei weiter. Trotz beliebiger Drehbewegungen der Rakete im Raum weisen die Achsen dieses Referenzsystems immer in Richtung des ursprünglich eingestellten Koordinatensystems. Weicht eine der drei Achsen von ihrer Soll-Lage ab, resultiert daraus eine Verschiebung zwischen dem mit dem Flugkörper mitbewegten Gehäuse und der raumstabilen Kreiselplattform selbst, die ein direktes Mass für die Abweichung ist. Beschleunigungssensoren (mit kleinen, an Federn aufgehängten Massen in Richtung der drei Bahnkoordinatenachsen der Kreiselplattform) erfassen die jeweils erfahrenen Beschleunigungen des Raumflugkörpers, die sich durch Integration in Geschwindigkeit und zurückgelegte Strecke umrechnen lassen. Zur Korrektur der bei längeren Raumflügen nicht zu verhindernden Kreiseldrift verwendet man Sternsensoren. Dabei handelt es sich im Prinzip um kleine Teleskope, die das Bild eines bekannten hellen Fixsterns auf eine Photozelle werfen (z.B. Canopus, den hellsten Stern des Südhimmels). Die Position des Sternes auf der Photozelle wird als Sollposition gespeichert. Im Verlauf des Fluges vergleicht man dann immer wieder die tatsächliche Position mit der gespeicherten. Lageänderungen oder Abweichungen von der Sollbahn führen zu einer Änderung der Sternposition auf den Sensoren. Ihre Grösse ist ein Mass für die Abweichung und dient zur Berechnung der Bahnkorrektur, die von Korrekturdüsen und Servomotoren ausgeführt wird. Die Kreiselplattform wird ebenfalls nachgestellt, das Kreiselsystem also wieder exakt ausgerichtet. [SF]