Sternsensor

Sternsensoren sind optische Messinstrumente auf Basis von CCD- und anderen optoelektronischen Sensoren. Sie dienen zur Suche und (genäherten) Richtungsmessung nach hellen Gestirnen und werden unter anderem in folgenden Bereichen eingesetzt:

• Raumfahrt (näheres siehe unten)
• Astrometrie und technische Physik (grobe Orientierung größerer Instrumente im Raum)
• Geodäsie (Suchroutinen in der Astrogeodäsie, Orientierung von Geschützen usw.)

In der Raumfahrt zählen Sternsensoren zu den wichtigsten Gebern bei Systemen zur Lageregelung und zur Fluglage – GNC (Guidance Navigation and Control Sensors) – wobei sie die Lageregelung von Kreiselplattformen kontrollieren und unterstützen können. Sie orientieren sich an hellen Himmelskörpern (Sterne von mindestens 1.Größe). Eine seit etwa 15 Jahren bewährte und automatisierbare Vorgehensweise ist dabei:

1. zunächst Suche nach der Sonne (z. B. spiralförmig), die möglichst genau im Gesichtsfeld zentriert wird,
2. Ausrichtung einer der Achsen nach der Sonne
3. anschließend Drehung um diese Achse, bis ein im vorausberechneten Winkel zur Sonne eingestelltes Gestirn im Gesichtsfeld des Sensors erscheint
4. zuletzt Kontrolle dieser (zweideutigen) Peilung durch ein drittes Objekt - entweder einen weiteren Stern 1. Größe oder die Wärmestrahlung der Erde.

Moderne Sternsensoren gehen auf die Entwicklung des Space Sextanten zurück, der Mitte der 1960er Jahre zunächst für das Apollo-Programm entstand und seither eingesetzt wird.

Als stellare Objekte für die Schritte 3 und 4 werden traditionell die hellen Sterne Sirius oder Canopus verwendet. Die Genauigkeit und Automatisierung dieser Astro-Peilmethode wurde u.a. von russischen Kosmonauten in den 1980er Jahren auf der Raumstation Mir erprobt und überprüft, indem sie dieselben Verfahren mit einem optischen Space Sextanten durchführten (zu sehen auf den MIR-Ausstellungen in München und Wien, ca. 1995).

Generell kann man – auch nach der nötigen Empfindlichkeit bzw. Spektralbereich – unterscheiden:

• Erdsensoren, die sich an der Erde orientieren (auch im Infrarot möglich)
• Sonnensensoren (sehr unempfindlich, aber schnell)
• und Sternsensoren verschiedener Genauigkeit und Lichtempfindlichkeit. Um das Jahr 2000 war die in der Raumfahrt nutzbare Genauigkeit etwa 0,01°, was z.B. für Zwecke der Astrometrie noch um den Faktor 10 bis 100 zu verbessern wäre ¹.

Siehe auch:

• CCD-Sensor, digitale Bildverarbeitung
• Suchalgorithmus, Zielachse, Zielfehler
• Raumlage, Raumgefühl, Schwerelosigkeit

¹) Zu den diesbezüglichen technischen Grenzen siehe Zenitkamera und elektronisches Tachymeter. Erste Entwicklungen dazu siehe Fa. Kern Aarau.