スタートラッカー

スタートラッカーは、光電セルまたはカメラを使用して星の位置を測定する光学装置です。 ^[1] 多くの星の位置は天文学者によって高い精度で測定されているため、衛星または宇宙船に搭載されたスタートラッカーは、星に対する宇宙船の向き（または姿勢）を決定するために使用できます。これを行うには、スタートラッカーが星の画像を取得し、宇宙船の基準フレーム内での星の見かけの位置を測定し、星の位置を星カタログの既知の絶対位置と比較できるように星を特定する必要があります。スタートラッカーには、観測された星のパターンを空の既知の星のパターンと比較して星を識別するプロセッサが含まれる場合があります。

1950年代から1960年代初頭にかけて、慣性航法システム（INS）が大陸間距離を測定するには精度が足りなかった時代に、スタートラッカーは初期の長距離弾道ミサイルや巡航ミサイルの重要な部分でした。 ^[2]

冷戦時代のミサイルが目標に向かって飛行する様子を想像してください。ミサイルは最初は北に向かって飛行し、北極圏を通過し、その後再び南に向かって飛行し始めます。ミサイルの視点から見ると、ミサイルの後ろの星は南の地平線に近づいているように見えますが、前方の星は昇っています。飛行前に、ミサイルが正しい位置にある場合、その瞬間にミサイルがどこにあるかに基づいて星の相対角度を計算できます。次に、測定された位置と比較して「エラーオフ」信号を作成し、ミサイルを正しい軌道に戻すために使用できます。^[2]

地球の自転により、使用可能な位置にある星は 1 日の間に変化し、ターゲットの位置も変化します。通常、いくつかの明るい星の中から 1 つを選択し、打ち上げ時に選択します。星の追跡のみに基づく誘導システムの場合、磁気テープなどの記録機構に、1 日の星の角度を表す信号が事前に記録されます。打ち上げ時に、テープは適切な時刻に送られます。^[2]飛行中、テープの信号を使用して、望遠鏡を大まかに配置し、星の予想される位置を指すようにしました。望遠鏡の焦点には、光電セルと、通常はチョッパーと呼ばれる回転ディスクである信号発生器がありました。チョッパーは、星のイメージを光電セルに繰り返し表示および非表示にして、信号を生成し、それを平滑化して交流出力を生成します。その信号の位相をテープ上の位相と比較し、誘導信号を生成します。^[2]

スタートラッカーは、INS と組み合わせられることが多かった。INS システムは加速度を測定し、それを時間とともに積分して速度を決定し、必要に応じて二重積分を行って発射場所に対する位置を算出した。わずかな測定誤差でも、積分すると「ドリフト」と呼ばれる大きな誤差になる。たとえば、SM -64 ナバホ 巡航ミサイル用に開発された N-1 ナビゲーション システムは、1 時間あたり 1 海里の速度でドリフトした。つまり、2 時間の飛行後、INS は実際の位置から 2 海里 (3.7 km、2.3 マイル) 離れた位置を示すことになる。これは、約半マイルという望ましい精度の範囲外だった。

INS の場合、磁気テープは取り除かれ、代わりに INS から信号が提供されます。システムの残りの部分は以前と同じように機能します。INS からの信号は、星追跡装置を大まかに位置付け、星の実際の位置を測定してエラー信号を生成します。この信号は、INS から生成された位置を修正するために使用され、累積ドリフトをトラッカーの精度の限界まで減らします。^[2]これらの「恒星慣性」システムは、1950 年代から 1980 年代にかけて特に一般的でしたが、今日でも一部のシステムでは使用されています。^{[3] [4]}

現在、多くのモデル^{[5] [6] [7] [8] [9]}が利用可能です。また、世界中のCubeSat研究者や開発者のコ​​ミュニティで使用するために設計されたオープンプロジェクトも存在します。^{[10] [11]} 高感度を必要とするスタートラッカーは、宇宙船から反射された太陽光や、宇宙船のスラスタからの排気ガスの煙（太陽光の反射またはスタートラッカーの窓の汚染）によって混乱する可能性があります。スタートラッカーは、さまざまな光学的誤差源（球面収差、色収差など）に加えて、さまざまな誤差（低空間周波数、高空間周波数、時間的、...）の影響も受けます。星の識別アルゴリズムにとって潜在的な混乱源も多数あります（惑星、彗星、超新星、隣接する星の点像分布関数の二峰性、他の近くの衛星、地球上の大都市からの点光源の光害など）。一般的に使用されている明るい航行用星はおよそ57個です。しかし、より複雑なミッションでは、星野データベース全体を使用して宇宙船の向きを決定します。高忠実度の姿勢決定のための典型的な星カタログは、標準の基本カタログ（たとえば、米国海軍天文台）から作成され、その後、見かけの等級変動、色指数の不確実性、またはヘルツシュプルング・ラッセル図内の位置が信頼性の低さを意味するなど、問題のある星を除外するためにフィルタリングされます。これらのタイプの星カタログには、宇宙船に搭載されたメモリに何千もの星が格納されている場合もあれば、地上局のツールを使用して処理されてからアップロードされる場合もあります。^{[要出典]宇宙状況認識センサーとして、スタートラッカーは}スペースデブリの検出^[12]や衛星の識別に 使用できます。 ^[13]

• 天体航法
• GoTo（望遠鏡）
• 太陽センサー
• 天体測量

• tetra3 - オープンソースのスタートラッカーソフトウェア
• Oresat スター トラッカー - オープンソースのスター トラッカー ハードウェアとソフトウェア
• LOST: オープンソースのスタートラッカー
• Astrometry.net (オンラインブラインド天体測定)