宇宙船の状態（位置、速度、姿勢、姿勢率）の知識と維持は、地上管制官と宇宙船自体の間のコラボレーションです。

ビークルの誘導、ナビゲーション、および制御システム

一部の車両は、並進状態（現在の場所）と回転状態（指している場所）の両方を追跡します。他の人は単に回転状態を追跡します。並進状態の決定は、地球に戻った人々によって行われます。

これを行うソフトウェアはカルマンフィルターです。カルマンフィルターは、宇宙船の状態とその状態の不確実性の概念を維持します。フィルタは、2つの基本的な操作を使用して、状態と不確実性を時間の経過とともに進め、伝播および更新します。伝播ステップは、一連の微分方程式（F = maなど）ごとに状態とその不確実性を進めます。更新ステップでは、状態を反映するセンサーの読み取り値ごとに状態が調整されます。

加速度計などの一部のセンサーは、更新ステップではなく伝播ステップで使用される情報を提供します。位置が検出された加速度からのみ伝播される場合、位置エラーは際限なく大きくなります。これの別名は「推測航法」です。位置の測定は簡単ではありません。推測航法の問題を解決することがGPSを開発する主な動機でした。

スタートラッカーなどの他のセンサーは、更新ステップで使用できる情報を提供します。これは、姿勢が位置よりも宇宙で追跡するのがはるかに簡単であることを意味します。

位置の伝播を困難にするもう1つの点は、加速度計が非重力によってのみ感知することです。重力による加速度を感知できません。これは、位置を推定する（すべてではない）宇宙船慣性航法システムが、飛行ソフトウェアで重力をモデル化する必要があることを意味します。これは、岩の多い物体の周りを周回する車両にとっては簡単ではありません。地球、月、火星には非球形の重力場があります。重力場の非球形の性質のモデルを持っていることに加えて、飛行ソフトウェアはまた、彼らが軌道を回っている体の回転のモデルを持っている必要があります。

着陸船は知っている必要がありますがそれらが高精度である場合、軌道を回る車両はしばしばそうではありません。多くのオービターは、慣性航法システムを使用して位置を伝播しません。並進状態は、地面によって命令された軌道修正操作を実行するために必要な範囲でのみ伝播されます。

火星への初期のミッションでは、これらの修正火傷は時限火傷の形でした。車両は指示された方向を向いてから、指示された時間に燃焼を開始して、指示された時間スラスターを発射しました。時限燃焼アプローチには大きな問題がありました。それらはあまり正確ではありませんでした。十分に調整されたスラスターを使用した場合でも、コマンドと実際の$ \ Delta v $に5〜10％の差異があることは非常に一般的でした。

現在、これらの操作は、コマンドされた$ \ Deltavの観点からコマンドされています。 $は、コマンドされた書き込み開始時間に実行されます。車両は、加速度計を使用して累積$ \ Delta v $を測定し、これが目的の値に達すると燃焼を停止します。これは、本格的な位置慣性航法よりも、飛行ソフトウェアにとってはるかに簡単な作業です。フライトソフトウェアは、車両がどこにあるか、または車両がどれだけ速く進んでいるかを知る必要はありません。加速度計によって感知されるように、速度がどれだけ変化したかを知る必要があるだけです。

地上処理

ミッションの巡航段階では、通常、搭載システムは位置を追跡しません。車両の並進状態を推定して維持することは、車両を遠隔監視および制御する地上の人々の仕事です。 NASAとインドの両方に、惑星間ビークルと通信する深宇宙ネットワークがあります。これらの深宇宙ネットワークの仕事の1つは、ビークルの軌道を推定することです。

ビークルへの信号の送信とビークルの応答の受信の間のタイムラグは、距離（範囲）の適切な推定を提供します。 。受信信号のドップラーシフトは、距離が変化する速度（距離速度）の適切な推定値を提供します。

これらの地上アンテナが宇宙船と通信するためにどこを指す必要があるかを考えるかもしれません。宇宙船がどこにあるかについての手がかりも与えるでしょう。少なくとも単一の地上局ではそうではありません。アンテナを予想とはかなり異なる方向に向ける必要がある場合、宇宙船はコースから大きく外れて使用できなくなります。単一の地上局からの唯一の有用な測定値は、距離と距離率です。

角度測定は、宇宙船が2つの地上局に同時に見える短時間の間に可能です。これらの間隔の間、NASAは非常に長いベースライン干渉法（VLBI）技術を使用して、直径数千キロメートルの単一アンテナに相当するものを作成します。これらのVLBI測定は、単一のアンテナによって提供される距離/距離レート測定に加えて、角度測定を提供します。

これらの測定を行うポイントは、ビークルが本来あるべき軌道にあることは決してないということです。宇宙船の状態のこれらの地上測定値をいくつか収集した後、宇宙船の軌道を再推定できます。このプロセスは、宇宙船の飛行ソフトウェアで使用されているカルマンフィルターにいくぶん似ています。カルマンフィルターは、測定値を1回処理してから、それらを破棄します。地上管制官が使用するバッチ最小二乗フィルターは、すべてのデータを一度に処理し、それらを再利用して軌道の推定をさらに絞り込むことができます。

宇宙船が正確に正しい軌道にあることは決してないため、地上管制官は時折、宇宙船に前述の軌道修正操作を実行して宇宙船を目標に向かってコースに戻すように命令します。

他の惑星への比較的まれなミッションでは、衛星はほぼ常に追跡されていると思います。どちらの方法でも、中心体の周りの軌道にある物体の将来の位置を非常に高い精度で短時間で非常に簡単に予測できます。したがって、軌道の非保存的な摂動を打ち消すために定期的なチェックが行われると仮定すると、宇宙力学を使用することができます。

編集：

興味深い点は、非保存的な摂動のいくつかは惑星間宇宙飛行では実質的に非興奮性であり（たとえばドラッグ）、他の摂動は増加する可能性があることです（太陽圧は地球の磁場の外側では大きくなりますが、太陽から離れると小さくなります。

編集2：

よくスタートラッカーは宇宙の写真を撮り、それを星図と一致させようとします。基本的に、空のその領域の写真を撮った場合、私はこのように直面しているに違いないと言っています。太陽センサーははるかに単純で、太陽から任意の距離での太陽フラックスにかなり自信があります。したがって、火星にいる場合は、明るさに基づいて宇宙船のどの部分が太陽を指しているかがわかります。また、地平線トラッカーがあります。これらは惑星に目を向け、宇宙の暗い背景と惑星の表面の違いに基づいて惑星の輪郭を見つけます。姿勢を測定するために使用できるジャイロスコープもあります。