thumb|O software de rastreamento de estrelas em tempo real STARS opera em uma imagem do em 2012, um experimento de cosmologia baseado em balões de alta altitude lançado da Antártica em 29 de dezembro de 2012.

Um rastreador de estrelas é um dispositivo óptico que mede as posições de estrelas utilizando ou uma câmera. Como as posições de muitas estrelas foram medidas por astrônomos com um alto grau de precisão, um rastreador de estrelas em um satélite ou nave espacial pode ser usado para determinar a orientação (ou ) da nave em relação às estrelas. Para fazer isso, o rastreador de estrelas deve obter uma imagem das estrelas, medir sua posição aparente no referencial da nave espacial e identificar as estrelas para que sua posição possa ser comparada com sua posição absoluta conhecida a partir de um catálogo de estrelas. Um rastreador de estrelas pode incluir um processador para identificar estrelas comparando o padrão das estrelas observadas com o padrão conhecido de estrelas no céu.

História Nas décadas de 1950 e início de 1960, os rastreadores de estrelas foram uma parte importante dos primeiros mísseis balísticos de longo alcance e mísseis de cruzeiro, na época em que os sistemas de navegação inercial (INS) não eram suficientemente precisos para alcances intercontinentais.

Considere um míssil da Guerra Fria voando em direção ao seu alvo; ele inicialmente começa voando para o norte, passa sobre o Ártico e então começa a voar para o sul novamente. Da perspectiva do míssil, as estrelas atrás dele parecem se mover mais perto do horizonte sul, enquanto aquelas na frente estão subindo. Antes do voo, pode-se calcular o ângulo relativo de uma estrela com base em onde o míssil deveria estar naquele instante, se estiver na localização correta. Isso pode então ser comparado com a localização medida para produzir um sinal de "erro de desvio" que pode ser usado para trazer o míssil de volta à sua trajetória correta.

Devido à rotação da Terra, as estrelas que estão em uma localização utilizável mudam ao longo do dia e de acordo com a localização do alvo. Geralmente, uma seleção de várias estrelas brilhantes era usada e uma era selecionada no momento do lançamento. Para sistemas de orientação baseados apenas no rastreamento de estrelas, algum tipo de mecanismo de gravação, tipicamente uma fita magnética, era pré-gravado com um sinal que representava o ângulo da estrela ao longo do período de um dia. No lançamento, a fita era avançada para o horário apropriado. Durante o voo, o sinal na fita era usado para posicionar aproximadamente um telescópio para que ele apontasse para a posição esperada da estrela. No foco do telescópio havia uma fotocélula e algum tipo de gerador de sinal, tipicamente um disco giratório conhecido como . O chopper faz com que a imagem da estrela apareça e desapareça repetidamente na fotocélula, produzindo um sinal que era então suavizado para produzir uma saída de corrente alternada. A fase desse sinal poderia ser comparada com a fase do chopper para determinar o ângulo até a estrela, e esse ângulo poderia ser comparado com o esperado na fita para produzir um sinal de orientação. Choppers combinados com amplificadores de detecção síncrona também podem ajudar a fornecer imunidade a ruídos.

Os rastreadores de estrelas eram frequentemente combinados com um INS. Os sistemas INS medem acelerações e as integram ao longo do tempo para determinar uma velocidade e, opcionalmente, integram duas vezes para produzir uma localização relativa ao seu local de lançamento. Mesmo pequenos erros de medição, quando integrados, somam-se a um erro apreciável conhecido como "deriva". Por exemplo, o sistema de navegação N-1 desenvolvido para o míssil de cruzeiro derivava a uma taxa de 1 milha náutica por hora, o que significa que após um voo de duas horas o INS estaria indicando uma posição a de sua localização real. Isso estava fora da precisão desejada de cerca de meia milha.

No caso de um INS, a fita magnética pode ser removida e esses sinais fornecidos pelo INS. O resto do sistema funciona como antes; o sinal do INS posiciona aproximadamente o rastreador de estrelas, que então mede a localização real da estrela e produz um sinal de erro. Este sinal é então usado para corrigir a posição gerada pelo INS, reduzindo a deriva acumulada de volta ao limite da precisão do rastreador. Esses sistemas "inerciais estelares" foram especialmente comuns das décadas de 1950 a 1980, embora alguns sistemas o utilizem até hoje.

Tecnologia atual Muitos modelos de rastreadores de estrelas estão atualmente disponíveis no mercado comercial. Existem também projetos abertos projetados para serem usados pela comunidade global de pesquisadores e desenvolvedores de CubeSats.

Os rastreadores de estrelas, que exigem alta sensibilidade, podem ser confundidos pela luz solar refletida pela nave espacial, ou por plumas de gás de exaustão dos propulsores da nave espacial (reflexão da luz solar ou contaminação da janela do rastreador de estrelas). Os rastreadores de estrelas também são suscetíveis a uma variedade de erros (baixa , alta frequência espacial, temporais, etc.), além de uma variedade de fontes ópticas de erro (aberração esférica, aberração cromática, etc.). Existem também muitas fontes potenciais de confusão para o algoritmo de identificação de estrelas (planetas, cometas, supernovas, o caráter bimodal da para estrelas adjacentes, outros satélites próximos, poluição luminosa de fontes pontuais de grandes cidades na Terra, etc.).

Existem cerca de 57 brilhantes em uso comum. No entanto, para missões mais complexas, bancos de dados de campos de efemérides estelares inteiros são usados para determinar a orientação da nave espacial. Um catálogo de estrelas típico para determinação de atitude de alta fidelidade é originado de um catálogo base padrão (por exemplo, do Observatório Naval dos Estados Unidos) e então filtrado para remover estrelas problemáticas, por exemplo, devido à variabilidade da magnitude aparente, incerteza do índice de cor ou uma localização no diagrama de Hertzsprung-Russell que implica falta de confiabilidade. Esses tipos de catálogos de estrelas podem ter milhares de estrelas armazenadas na memória a bordo da nave espacial, ou então processados usando ferramentas na estação terrestre e depois carregados. Como sensores de consciência situacional espacial, os rastreadores de estrelas podem ser usados para detecção de detritos espaciais, e para identificação de satélites.

Ver também Controle de atitude Giroscópio Astrometria

Referências

Bibliografia

Ligações externas tetra3 - software rastreador de estrelas de código aberto openstartracker - software rastreador de estrelas de código aberto com recursos completos e histórico de voo Oresat star tracker - hardware e firmware de rastreador de estrelas de código aberto LOST: Rastreador de Estrelas de Código Aberto Astrometry.net (Astrometria cega on-line)

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