Automation for Interplanetary Navigation

Abstract

The purpose of automation of space navigation is: (1) a quick and frequent determination of the position of a spaceship; (2) a simple computation of the trajectory and minimum distance from the target.

The determination of the position is accomplished by automatic sighting of one or two planets and measurement of their relative bearing in respect to the stars, as seen from the space-ship. Formulae are developed and an electromechanical computing apparatus of conventional construction is programmed for the measurements.

For orbit computation accelerations are derived from Newtonian attractive forces, and, if applicable, combined with the ship’s own thrust. Double integration yields the current co-ordinates of the space-ship, from which the minimum distance from the target is determined. To avoid tedious mathematical treatment by progressive approximation, an analogy computer is programmed, which digests the position information. This computer makes use of magnetic tapes, but otherwise consists mainly of conventional electronic computing elements.

The mechanical, optical, and photo-electric apparatus is discussed in J. J. de Kler’s paper (p. 669).

Zusammenfassung

Die Automation für interplanetarische Steuerung von Raumfahrzeugen bezweckt: 1. die schnelle und wiederholte Ortsbestimmung; 2. die einfache Errechnung des Kurses und der Entfernung vom Reiseziel.

Die Ortsbestimmung beruht auf automatischer Anvisierung eines oder zweier Planeten und der Vermessung von deren Lage gegenüber den Fixsternen, gesehen vom Raumschiff aus. Es werden Formeln entwickelt und die Vermessungsdaten in einem Digitalrechner üblicher Konstruktion programmiert.

Für die Kursberechnung werden aus dem Newtonschen Anziehungsgesetz Beschleunigungen abgeleitet und gegebenenfalls mit eigenem Schub des Fahrzeuges kombiniert. Das Ganze wird zweimal integriert und ergibt dann die laufenden Koordinaten des Raumfahrzeuges, woraus die verbleibende Entfernung vom Reiseziel bestimmt wird.

Um zeitraubende mathematische Iterationsverfahren zu umgehen, wird unter Verwendung der Ergebnisse der Ortsbestimmung eine Analogie-Rechenmaschine programmiert, die teilweise aus Magnetbändern, hauptsächlich aber aus einer normalen elektronischen Apparatur besteht.

Der mechanische, optische und photo-elektrische Teil des Gerätes wird in der Veröffentlichung von J. J. de Kler, besprochen (S. 669).

Résumé

L’automatique peut remplir les buts suivants:

• 1°) Détermination de position rapide et fréquente, 2°) Calcul simple de navigation et détermination de la distance minimum à la planète de destination.

• 1°) La détermination de position est basée sur l’observation d’une ou deux planètes à partir du véhicule spatial et leur triangulation par rapport aux étoiles fixes. Les données obtenues automatiquement sont introduites comme éléments de calcul dans une calculatrice digitale de type ordinaire.

• 2°) Pour les calculs de navigation, les accélérations sont déduites du champ gravifique Newtonien, éventuellement composé avec le vecteur de la poussée appliquée au véhicule. Les coordonnées courantes s’en déduisent par double intégration et permettent une estimation de la route minimale vers la destination.

Pour éviter la méthode d’approximations successives, si couteuse du point de vue temps, un calculateur analogique est imaginé, dans lequel s’introduisent aussi les données de position calculées. Il comporte de rubans magnétiques, mais se compose principalement d’éléments électroniques de type courant.

Les appareils mécaniques, optiques et photo-électriques pour l’observation automatique sont décrits dans un article de J. J. de Kler, (p. 669).