עוקב כוכבים

עוקב כוכבים (באנגלית: Star tracker) הוא מדיד אופטי המודד את מיקומם של כוכבי שבת באמצעות תאים פוטווולטאים או מצלמה. עוקב כוכבים המותקן על גבי לוויין או חללית יכול לשמש כדי לקבוע את האוריינטציה (המנח המרחבי) של החללית ביחס לרקע הקבוע של הכוכבים. כדי לאפשר זאת, עוקב הכוכבים נדרש למדוד את המיקום הנצפה של הכוכבים במערכת הייחוס מוגדרת, ולזהות אותם כך שניתן יהיה להשוות את המיקום הנצפה שלהם עם מיקומם האסטרונומי הידוע, שנלקח מתוך מפת כוכבים. עוקב כוכבים עשוי לכלול מעבד המאפשר לזהות כוכבים באמצעות השוואת דפוסי ההתנהגות הפוטומטריים של הכוכבים הנצפים עם הדפוסים הידועים של כוכבים בשמים. בשנות ה-50 ושנות ה-60 המוקדמות, עוקבי כוכבים היו למעשה מערכות חיוניות לניווט טילי שיוט וטילים בליסטיים לטווח בינוני ומעלה, שכן באותה תקופה מערכות הניווט האינרציאליות (INS) לא היו מדויקות מספיק לטווחים בין-יבשתיים. במקרה של טילי שיוט - בהם שלב ההנחיה נמשך לאורך כל משך מעופם, בחירת כוכב מנחה המתאים להכוונת טיל ספציפית תלויה בזמן - עקב סיבוב כדור הארץ, וכן במיקום המטרה המיועדת. בעבור מערכות שהתבססו אך ורק על מעקב כוכבים, סוג כלשהו של מנגנון הקלטה מראש - סרט מגנטי בדרך כלל - היה מאחסן בזיכרונו אות המייצג את הזווית המשתנה של הכוכב המנחה בשמים במהלך היממה במיקום ארצי נתון. בזמן השיגור, הקלטת קודמה לזמן המתאים (לשעה הנמדדת בנקודת המטרה ברגע השיגור). במהלך מעופו של הטיל, האות מהקלטת שימש כדי לכוון בקירוב טלסקופ כך שהוא יצביע על המיקום הצפוי של הכוכב. במוקד הטלסקופ הוצב גלאי אור, וסוג כלשהו של מחולל אות, בדרך כלל דיסק מסתובב הידוע כ"חוסם אות" (Optical chopper). חוסם האות גרם לכוכב להיעלם ולהופיע מחדש באופן חוזר ונשנה על גלאי האור, מה שהפיק אות ששימש כדי להפיק פלט של זרם חילופין. הפאזה של האות הושוותה לזו של האות מהקלטת המגנטית כדי להפיק אות הנחיה. בדרך זו מתקבל, שככל שהטיל מתקרב ליעדו הפער בין המיקום הנצפה של הכוכב ובין מיקומו הנמדד בנקודת היעד (סימולטנית) הולך ומצטמצם, כך שהאותות מהקלטת ומגלאי האור הולכים ומתלכדים - כלומר מופק אות תיקון מסלול אפסי המעיד על פגיעה במטרה. מאוחר יותר, המערכת שוכללה באמצעות שילובה יחד עם מערכת ניווט אינרציאלית, כשבמקרה זה המערכת האינרציאלית שימשה כדי לייצר את אות הייחוס, ועוקב הכוכבים שימש רק כדי לבצע תיקונים מחזוריים בניווט במקרה של שגיאה בהכוונה, ועל ידי כך צומצם את הצורך בקלטת מגנטית נפרדת. מעקב כוכבים מועיל במיוחד עבור טווחים ארוכים מאוד, שכן השגיאות הכרוכות בו לא תלויות בטווח, בשונה מניווט אינרציאלי בו יש אפקט "סחיפה", כלומר שגיאה מצטברת היחסית לטווח. מערכות "אסטרו-אינרציאליות" כאלו היו נפוצות במיוחד משנות ה-50 עד לשנות ה-80. מודלים רבים לעוקבי כוכבים נגישים כיום. עוקבי כוכבים, אשר מצריכים רגישות גבוהה במיוחד, עשויים "להסתנוור" מאור שמש המוחזר על ידי החללית, או מלהבות הגזים הנפלטים ממדחפי החללית. עוקבי הכוכבים נתונים למגוון של שגיאות, ביניהן שגיאות בעלות מקורות אופטיים (אברציה כדורית, אברציה כרומטית, וכו'). ישנם גם גורמים רבים שעשויים להטעות את אלגוריתם זיהוי הכוכבים של העוקב (כוכבי הלכת, שביטים, סופר-נובות, לוויינים קרובים, כמו גם זיהום אור נקודתי מערים גדולות על כדור הארץ...). ישנם 57 כוכבים המשמשים בדרך כלל לצורכי ניווט. אף על פי כן, בעבור משימות מורכבות יותר, בסיסי נתונים כוכביים שלמים משמשים כדי לקבוע את כיוון החללית. קטלוג כוכבים בעל אמינות גבוהה טיפוסי מופק מקטלוג סטנדרטי, ולאחר מכן מסונן כדי להסיר כוכבים בעיתיים מסיבות שונות, למשל עקב שונות גבוהה בבהירות הנראית, אי ודאות באינדקס הצבע שלהם, או מיקום בדיאגרמת הרצשפרונג-ראסל הגורם לחוסר אמינות. ניווט אסטרונומי מדיה וקבצים בנושא עוקב כוכבים בוויקישיתוף