Maschinelle Übersetzung, nicht von einem Muttersprachler geprüft. Englisch ist die maßgebliche Fassung.

BahnenAuf GitHub bearbeitenQuelle: docs/LUNAR-INFRASTRUCTURE.md

Lunare Bahn und Oberfläche als Navigations- und geodätische Infrastruktur

Szenarioart lunar-infrastructure, fünf durch study ausgewählte Studien. MODELLED: ein eingeschränktes Dreikörpermodell mit angegebenen Vereinfachungen und ILLUSTRATIVE Eingaben. Die Numerik wird gegen unabhängige numpy/scipy-Programme geprüft; nichts wird mit einer Messung einer Mondgröße verglichen, und nichts hier ist eine Aussage über eine Mission oder ein System. Nicht mit einer Behörde verbunden und von keiner unterstützt. Beratende Software, kein typzugelassenes Gerät. Kshana sendet nichts und steuert keine Hardware.

Die Entwürfe, Eingaben und Zielwerte wurden in xval/lunar-infra/PREREGISTRATION.md festgelegt (eingecheckt, bevor eine Studie bewertet wurde), dazu zwei offengelegte Änderungen (PREREGISTRATION-amendment-1.md). Das Urteil zu jedem Zielwert steht in xval/lunar-infra/RESULTS.md.

Studie Szenario Was berechnet wird
od-consistency lunar-infrastructure-od-consistency.toml, ...-model-error.toml Bordseitige Erde-GNSS-Bahnbestimmung in einer NRHO (oder family = "elfo") gegen eine unabhängige bodengestützte Entfernungs- und Entfernungsraten-Bahnbestimmung von drei DSN-Stationen; die formale Kovarianz jeder Schätzung; eine gesetzte Monte-Carlo-Simulation, ob die beiden Kovarianzen ihre Differenz erklären (q, Chi-Quadrat mit 6 Freiheitsgraden); eine eingespeiste nicht modellierte Beschleunigung
carrier-phase lunar-infrastructure-carrier-phase.toml (schnell), xval/lunar-infra/scenarios/carrier-phase-scored.toml (bewertet, etwa acht Minuten) Doppeldifferenzierte Trägerphase gemeinsam für Oberflächenstation und Orbiter; Kovarianz der Float-Mehrdeutigkeit; LAMBDA; Bootstrap- und Monte-Carlo-Erfolg; Positions-Sigma für Float und Fixed
frame-coestimation lunar-infrastructure-frame-coestimation.toml Fisher-Information des 7-Parameter-Monddatums aus Erdstations-Entfernungsmessung, mit und ohne Entfernungen zwischen Orbiter und Oberflächenstation; gesetzte Zufallsstationsmengen
space-tie lunar-infrastructure-space-tie.toml GNSS, VLBI und Laserentfernungsmessung an einem Raumfahrzeug: Cramér-Rao-Genauigkeit der Offsets zwischen den Techniken gegenüber dem Fehler des lokalen Anschlusses
geodesy-sensitivity lunar-infrastructure-geodesy-sensitivity.toml Information zu h2, k2, l2 und der physikalischen Libration aus Laserentfernungsmessung, Orbiter-Tracking, einem Gravimeter und einer Oberflächenuhr (Konstanten gemeinsam mit den Mondzeit-Modulen)
Konsistenz einer bordseitigen Erde-GNSS-Bahnbestimmung in einem nahezu geradlinigen Halo-Orbit mit einer unabhängigen bodengestützten Bahnbestimmung, aus echten Läufen der Engine v0.40.0 auf scenarios/lunar-infrastructure-od-consistency.toml und der Variante mit Modellfehler (400 Versuche je Lauf). Die mittlere normierte Differenz q beträgt 5,81 ohne Modellfehler und 5,95 mit einem eingespeisten Beschleunigungsfehler von 3e-10 m/s2, bei erwarteten 6: Die beiden Bahnlösungen sind konsistent (Zielwert C1 MET). Der Anteil der Versuche oberhalb des 95-%-Punkts beträgt 0,040 und 0,052; der Zielwert für das Erkennen des eingespeisten Fehlers lag bei mindestens 0,5, daher ist er NOT MET (C3): Die bordseitige Lösung ist auf etwa 352 m bekannt gegenüber 23 m bei der bodengestützten, sodass sich eine Verschiebung von zehn Metern in ihrer Kovarianz verbirgt. MODELLED: ein eingeschränktes Dreikörpermodell mit angegebenen Vereinfachungen und illustrativen Eingaben, keine Messung einer Mondgröße. Beratend: Analyseausgabe eines Forschungs- und Ingenieurwerkzeugs, keine typzugelassene Navigationsausrüstung und kein Safety-of-Life-Dienst.Konsistenz einer bordseitigen Erde-GNSS-Bahnbestimmung in einem nahezu geradlinigen Halo-Orbit mit einer unabhängigen bodengestützten Bahnbestimmung, aus echten Läufen der Engine v0.40.0 auf scenarios/lunar-infrastructure-od-consistency.toml und der Variante mit Modellfehler (400 Versuche je Lauf). Die mittlere normierte Differenz q beträgt 5,81 ohne Modellfehler und 5,95 mit einem eingespeisten Beschleunigungsfehler von 3e-10 m/s2, bei erwarteten 6: Die beiden Bahnlösungen sind konsistent (Zielwert C1 MET). Der Anteil der Versuche oberhalb des 95-%-Punkts beträgt 0,040 und 0,052; der Zielwert für das Erkennen des eingespeisten Fehlers lag bei mindestens 0,5, daher ist er NOT MET (C3): Die bordseitige Lösung ist auf etwa 352 m bekannt gegenüber 23 m bei der bodengestützten, sodass sich eine Verschiebung von zehn Metern in ihrer Kovarianz verbirgt. MODELLED: ein eingeschränktes Dreikörpermodell mit angegebenen Vereinfachungen und illustrativen Eingaben, keine Messung einer Mondgröße. Beratend: Analyseausgabe eines Forschungs- und Ingenieurwerkzeugs, keine typzugelassene Navigationsausrüstung und kein Safety-of-Life-Dienst. Festsetzen der ganzzahligen Trägerphasen-Mehrdeutigkeit zwischen Mondoberflächenstationen und einem Orbiter, aus dem eingecheckten Ergebnis des bewerteten Laufs der Engine v0.40.0 (tests/fixtures/lunar_infra/phase_full_run.json: 3 Bogenlängen, je eine Monte-Carlo-Simulation mit 400 Ziehungen, geschrieben von scenarios/carrier-phase-scored.toml). 1 Tag: Erfolg 1,0 % (Standardfehler 0,5 %), 134 Mehrdeutigkeiten, Orbiter-Positions-Sigma 45,6 m Float und 18,5 m Fixed; 2 Tage: Erfolg 0,5 % (Standardfehler 0,4 %), 259 Mehrdeutigkeiten, Orbiter-Positions-Sigma 21,5 m Float und 8,7 m Fixed; 3 Tage: Erfolg 2,8 % (Standardfehler 0,8 %), 375 Mehrdeutigkeiten, Orbiter-Positions-Sigma 6,3 m Float und 2,1 m Fixed. Ein ganzzahliges Festsetzen wird nicht erreicht: Der Erfolg bleibt bei 25 dBi zwischen 1 % und 3 %, und bei den registrierten 12 dBi lässt sich das Problem nicht aufstellen. MODELLED: ein eingeschränktes Dreikörpermodell mit angegebenen Vereinfachungen und illustrativen Eingaben, keine Messung einer Mondgröße. Beratend: Analyseausgabe eines Forschungs- und Ingenieurwerkzeugs, keine typzugelassene Navigationsausrüstung und kein Safety-of-Life-Dienst.Festsetzen der ganzzahligen Trägerphasen-Mehrdeutigkeit zwischen Mondoberflächenstationen und einem Orbiter, aus dem eingecheckten Ergebnis des bewerteten Laufs der Engine v0.40.0 (tests/fixtures/lunar_infra/phase_full_run.json: 3 Bogenlängen, je eine Monte-Carlo-Simulation mit 400 Ziehungen, geschrieben von scenarios/carrier-phase-scored.toml). 1 Tag: Erfolg 1,0 % (Standardfehler 0,5 %), 134 Mehrdeutigkeiten, Orbiter-Positions-Sigma 45,6 m Float und 18,5 m Fixed; 2 Tage: Erfolg 0,5 % (Standardfehler 0,4 %), 259 Mehrdeutigkeiten, Orbiter-Positions-Sigma 21,5 m Float und 8,7 m Fixed; 3 Tage: Erfolg 2,8 % (Standardfehler 0,8 %), 375 Mehrdeutigkeiten, Orbiter-Positions-Sigma 6,3 m Float und 2,1 m Fixed. Ein ganzzahliges Festsetzen wird nicht erreicht: Der Erfolg bleibt bei 25 dBi zwischen 1 % und 3 %, und bei den registrierten 12 dBi lässt sich das Problem nicht aufstellen. MODELLED: ein eingeschränktes Dreikörpermodell mit angegebenen Vereinfachungen und illustrativen Eingaben, keine Messung einer Mondgröße. Beratend: Analyseausgabe eines Forschungs- und Ingenieurwerkzeugs, keine typzugelassene Navigationsausrüstung und kein Safety-of-Life-Dienst. Genauigkeit des siebenparametrigen Monddatums (drei Translationen, ein Maßstab und drei Rotationen) aus Erdstations-Entfernungsmessung, mit und ohne Entfernungen zwischen Orbiter und Oberflächenstation, aus einem echten Lauf der Engine v0.40.0 auf scenarios/lunar-infrastructure-frame-coestimation.toml. Das Cramér-Rao-Sigma der Translationen und Rotationen sinkt mit den Orbiter-Verbindungen (zum Beispiel t_z von 0,98 m auf 0,046 m); der kleinste Informations-Eigenwert steigt auf das 111-Fache, und die CRLB-Spur sinkt auf 1,0 % (Zielwert F3 MET). Dies setzt voraus, dass die Bahn in den Mondachsen bekannt ist, wobei ihr Fehler durch das Orbiter-Entfernungs-Sigma von 1 m getragen wird. MODELLED: ein eingeschränktes Dreikörpermodell mit angegebenen Vereinfachungen und illustrativen Eingaben, keine Messung einer Mondgröße. Beratend: Analyseausgabe eines Forschungs- und Ingenieurwerkzeugs, keine typzugelassene Navigationsausrüstung und kein Safety-of-Life-Dienst.Genauigkeit des siebenparametrigen Monddatums (drei Translationen, ein Maßstab und drei Rotationen) aus Erdstations-Entfernungsmessung, mit und ohne Entfernungen zwischen Orbiter und Oberflächenstation, aus einem echten Lauf der Engine v0.40.0 auf scenarios/lunar-infrastructure-frame-coestimation.toml. Das Cramér-Rao-Sigma der Translationen und Rotationen sinkt mit den Orbiter-Verbindungen (zum Beispiel t_z von 0,98 m auf 0,046 m); der kleinste Informations-Eigenwert steigt auf das 111-Fache, und die CRLB-Spur sinkt auf 1,0 % (Zielwert F3 MET). Dies setzt voraus, dass die Bahn in den Mondachsen bekannt ist, wobei ihr Fehler durch das Orbiter-Entfernungs-Sigma von 1 m getragen wird. MODELLED: ein eingeschränktes Dreikörpermodell mit angegebenen Vereinfachungen und illustrativen Eingaben, keine Messung einer Mondgröße. Beratend: Analyseausgabe eines Forschungs- und Ingenieurwerkzeugs, keine typzugelassene Navigationsausrüstung und kein Safety-of-Life-Dienst. Genauigkeit der Offsets zwischen Laserentfernungsmessungs-, VLBI- und GNSS-Positionen eines Raumfahrzeugs gegenüber dem Fehler des bodengestützten lokalen Anschlusses, aus einem echten Lauf der Engine v0.40.0 auf scenarios/lunar-infrastructure-space-tie.toml (ein Bogen von 6.56 Tagen, Technik-Sigmas GNSS 10 m, VLBI 1 m, Laser 0,1 m). Bei einem lokalen Anschluss von 1 mm bis 1 m bleibt das Sigma der Translation Laser minus GNSS nahe 1,04 m, bis der Anschluss 1 m erreicht: Es wird durch das Messrauschen der Techniken begrenzt, nicht durch den lokalen Anschluss. Die allein durch den Anschluss gesetzte Untergrenze ist die Quadratwurzel aus zwei mal sein Sigma. MODELLED: ein eingeschränktes Dreikörpermodell mit angegebenen Vereinfachungen und illustrativen Eingaben, keine Messung einer Mondgröße. Beratend: Analyseausgabe eines Forschungs- und Ingenieurwerkzeugs, keine typzugelassene Navigationsausrüstung und kein Safety-of-Life-Dienst.Genauigkeit der Offsets zwischen Laserentfernungsmessungs-, VLBI- und GNSS-Positionen eines Raumfahrzeugs gegenüber dem Fehler des bodengestützten lokalen Anschlusses, aus einem echten Lauf der Engine v0.40.0 auf scenarios/lunar-infrastructure-space-tie.toml (ein Bogen von 6.56 Tagen, Technik-Sigmas GNSS 10 m, VLBI 1 m, Laser 0,1 m). Bei einem lokalen Anschluss von 1 mm bis 1 m bleibt das Sigma der Translation Laser minus GNSS nahe 1,04 m, bis der Anschluss 1 m erreicht: Es wird durch das Messrauschen der Techniken begrenzt, nicht durch den lokalen Anschluss. Die allein durch den Anschluss gesetzte Untergrenze ist die Quadratwurzel aus zwei mal sein Sigma. MODELLED: ein eingeschränktes Dreikörpermodell mit angegebenen Vereinfachungen und illustrativen Eingaben, keine Messung einer Mondgröße. Beratend: Analyseausgabe eines Forschungs- und Ingenieurwerkzeugs, keine typzugelassene Navigationsausrüstung und kein Safety-of-Life-Dienst. Welche Beobachtungsfamilie für die Love-Zahlen h2, k2 und l2 des Mondes empfindlich ist, aus einem echten Lauf der Engine v0.40.0 auf scenarios/lunar-infrastructure-geodesy-sensitivity.toml. Jede Zelle ist die partielle Ableitung (RMS) der Beobachtungen einer Familie nach einem Parameter, in den eigenen Einheiten dieser Familie (die Zellen werden also entlang einer Zeile verglichen, nicht entlang einer Spalte); ein Strich bedeutet, dass die Familie keine Empfindlichkeit hat. Laserentfernungsmessung: h2 7,6, k2 keine, l2 9,8. Orbiter-Tracking: h2 keine, k2 0,00086, l2 keine. Oberflächengravimeter: h2 2.9e+03, k2 4.3e+03, l2 keine. Oberflächenuhr: h2 2.8e-17, k2 2.8e-17, l2 keine. Mit allen vier Familien beträgt das Cramér-Rao-Sigma 0,36 % des nominalen h2, 0,52 % von k2 und 1,16 % von l2. Das Hinzufügen einer Familie senkte den kleinsten Eigenwert nie (28 von 28 Hinzufügungen), aber die Spur der Pseudoinversen war nur in 16 von 28 Fällen nicht größer: Diese Hälfte von Zielwert G3 ist NOT MET. Die Orbiter-Familie sieht das Sichtlinienintegral der k2-Beschleunigung, einen Wert am oberen Ende. MODELLED: ein eingeschränktes Dreikörpermodell mit angegebenen Vereinfachungen und illustrativen Eingaben, keine Messung einer Mondgröße. Beratend: Analyseausgabe eines Forschungs- und Ingenieurwerkzeugs, keine typzugelassene Navigationsausrüstung und kein Safety-of-Life-Dienst.Welche Beobachtungsfamilie für die Love-Zahlen h2, k2 und l2 des Mondes empfindlich ist, aus einem echten Lauf der Engine v0.40.0 auf scenarios/lunar-infrastructure-geodesy-sensitivity.toml. Jede Zelle ist die partielle Ableitung (RMS) der Beobachtungen einer Familie nach einem Parameter, in den eigenen Einheiten dieser Familie (die Zellen werden also entlang einer Zeile verglichen, nicht entlang einer Spalte); ein Strich bedeutet, dass die Familie keine Empfindlichkeit hat. Laserentfernungsmessung: h2 7,6, k2 keine, l2 9,8. Orbiter-Tracking: h2 keine, k2 0,00086, l2 keine. Oberflächengravimeter: h2 2.9e+03, k2 4.3e+03, l2 keine. Oberflächenuhr: h2 2.8e-17, k2 2.8e-17, l2 keine. Mit allen vier Familien beträgt das Cramér-Rao-Sigma 0,36 % des nominalen h2, 0,52 % von k2 und 1,16 % von l2. Das Hinzufügen einer Familie senkte den kleinsten Eigenwert nie (28 von 28 Hinzufügungen), aber die Spur der Pseudoinversen war nur in 16 von 28 Fällen nicht größer: Diese Hälfte von Zielwert G3 ist NOT MET. Die Orbiter-Familie sieht das Sichtlinienintegral der k2-Beschleunigung, einen Wert am oberen Ende. MODELLED: ein eingeschränktes Dreikörpermodell mit angegebenen Vereinfachungen und illustrativen Eingaben, keine Messung einer Mondgröße. Beratend: Analyseausgabe eines Forschungs- und Ingenieurwerkzeugs, keine typzugelassene Navigationsausrüstung und kein Safety-of-Life-Dienst.

Angegebene Vereinfachungen#

Erde und Mond als Punktmassen auf einer Kreisbahn, keine Sonne, keine Gravitationsharmonischen des Mondes; die Rotationsachse der Erde ist die Bahnnormale; das Inertialsystem ist bei t = 0 gleich dem rotierenden System; ein kugelförmiger Mond; ein synchrones Mondsystem (keine Libration) außer in geodesy-sensitivity; die Bahn wird in den Mondachsen in frame-coestimation als bekannt gehalten (ihr Fehler wird durch das Orbiter-Entfernungs-Sigma getragen); die Orbiter-Familie von geodesy-sensitivity sieht das Sichtlinienintegral der k2-Beschleunigung, nachdem eine Konstante und ein linearer Trend entfernt wurden, einen Wert am oberen Ende.

Aufbau des Berichts#

Jeder Bericht trägt kind, study, label, scenario_hash, die Felder der Studie und einen units-Block (eine Einheit und eine Herkunftsklasse für jedes numerische Feld). Es werden keine Zeitreihen ausgegeben. Feldlisten: der units-Block jedes Berichts und docs/field-units-schema.json.

Quellen#

k2 = 0,024116 +/- 0,000108 (Lemoine et al., Geophys. Res. Lett. 41(10), 3382-3389, 2014, doi 10.1002/2014GL060027), als Nominalwert verwendet. h2 und l2 sind Linearisierungspunkte, keine verifizierten Werte. Die DSN-Stationskoordinaten sind die ITRF93-Werte in den Kommentaren des NAIF-Kernels earthstns_fx; die DSN-Genauigkeitsbänder wurden nur aus Suchzusammenfassungen gelesen. Das Space-Tie-Konzept folgt den öffentlichen Beschreibungen von GRASP und ESA Genesis. Die vollständige Tabelle, mit der Angabe, wie jeder Wert gelesen wurde, steht in der Vorregistrierung.

Ergebnisse auf einen Blick (siehe RESULTS.md)#

Nicht erreicht und durch Tests festgeschrieben, die den Fehlschlag behaupten: C3 (die Kennzahl für den eingespeisten Fehler schlägt bei 3e-10 m/s2 nicht an), die Bootstrap-Raten-Hälfte von Q3 bei 1e-9 und die CRLB-Spur-Hälfte von G3. Das ganzzahlige Festsetzen der Mehrdeutigkeit wird bei den registrierten Eingaben nicht erreicht. Nichts ist VALIDATED.