El sistema Astro-Nav del SR-71 Blackbird que rastreaba estrellas incluso de día
(theaviationgeekclub.com)- El SR-71 Blackbird tenía que realizar reconocimiento de alta velocidad durante largos periodos antes de la existencia de las redes de navegación satelital, y el Nortronics NAS-14V2 ANS corregía su posición usando las estrellas
- El equipo ubicado detrás de la cabina del RSO observaba estrellas con una lente superior para actualizar el sistema de navegación inercial, y la precisión de guiado de ruta era de al menos 90 m, es decir, unos 300 pies
- El SR-71, capaz de volar hasta 10 horas, debía mantener su posición dentro de 1,885 pies y permanecer a 300 pies del centro de la ruta de vuelo, y el ANS se encargaba de esa navegación de precisión
- El ANS rastreaba al menos dos estrellas de un catálogo a bordo y calculaba la posición con referencia terrestre con ayuda de un cronómetro; además, gracias a una ventana especial de cuarzo y a un rastreador estelar, podía ver estrellas incluso de día
- En un vuelo de entrenamiento del SR-71A #17972 el 2 de julio de 1967, una falla del ANS hizo que Jim Watkins y Dave Dempster entraran por error en el espacio aéreo mexicano
Navegación basada en estrellas: por qué el SR-71 la necesitaba
- El SR-71 era un avión de reconocimiento estratégico Mach 3+ de largo alcance derivado del Lockheed A-12 y el YF-12A
- El primer vuelo del SR-71 se realizó el 22 de diciembre de 1964, y el primer aparato desplegado operativamente fue entregado en enero de 1966 al 4200th, luego 9th Strategic Reconnaissance Wing, en Beale Air Force Base, California
- Kelly Johnson recordó en un texto de Lockheed Martin que el Blackbird pertenecía a una categoría completamente distinta a la de los aviones anteriores y que “hubo que inventarlo todo”
- Tras la experiencia del programa A-12, la Fuerza Aérea de EE. UU. concluyó que para operar el SR-71 con seguridad se necesitaba una tripulación de dos personas
- El piloto se encargaba de volar la aeronave y supervisar los sistemas automáticos
- El Reconnaissance Systems Officer, o RSO, manejaba las cámaras, sensores, sistemas defensivos y sistemas de navegación
El R2-D2 instalado detrás del RSO
- El RSO operaba el equipo de vigilancia y defensa instalado en la aeronave
- Esto incluía un sofisticado sistema de Electronic Counter Measures capaz de interferir la mayoría de los radares de adquisición y de guiado de blancos
- El Nortronics NAS-14V2 Astroinertial Navigation System, es decir, el ANS, también era equipo operado por el RSO
- Según la Smithsonian Institution, el ANS proporcionaba correcciones rápidas de posición astronómica para el SR-71
- El ANS estaba montado detrás de la cabina del RSO y, después del estreno de Star Wars en 1977, recibió el apodo de R2-D2
- Calculaba la posición de navegación usando las estrellas observadas por la lente superior del equipo, y ese valor se usaba para actualizar el sistema de navegación inercial y para el guiado de ruta
- La precisión de guiado de ruta era de al menos 90 m, 300 pies
- Algunas aeronaves y sistemas de misiles actuales usan versiones mejoradas como respaldo del GPS
El ANS funcionaba como un GPS de los años 60
- El ANS se parecía a un GPS de los años 60, pero en vez de satélites usaba estrellas para determinar su posición
- En una época sin redes modernas de navegación satelital, no había otra forma de sustituir la navegación de precisión necesaria en las zonas donde operaba el SR-71
- El SR-71 tenía que mantener su posición con gran precisión incluso durante vuelos de alta velocidad de hasta 10 horas
- Debía poder mantener su posición dentro de 1,885 pies, 575 m
- Debía permanecer dentro de 300 pies, 91 m del centro de la ruta de vuelo
- El ANS proporcionaba objetivos de precisión específicos ubicados en zonas hostiles
- Este equipo era una brújula giroscópica capaz de detectar la rotación de la Tierra incluso cuando el SR-71 estaba sobre la pista antes del despegue
- El RSO podía comparar las coordenadas de un punto de la pista con los valores del ANS, y ambos casi siempre coincidían exactamente
Programación previa al vuelo y observación de estrellas de día
- El ANS rastreaba al mismo tiempo al menos dos estrellas de su catálogo a bordo y calculaba la posición del SR-71 con referencia terrestre con ayuda de un cronómetro
- Antes de cada vuelo, la alineación básica de la aeronave y el plan de vuelo se registraban en una cinta perforada
- La cinta perforada proporcionaba a la aeronave la siguiente información
- A dónde ir
- Cuándo girar
- Cuándo activar y desactivar los sensores
- Las estrellas se observaban a través de una ventana especial de cuarzo detrás de la cabina del RSO
- Un rastreador estelar especial podía ver estrellas incluso de día
- No todas las misiones usaban las mismas estrellas, y las estrellas elegidas variaban según la zona de vuelo
- Si se volaba en el hemisferio sur, solo se usaban estrellas visibles allí, aunque no está confirmado que el SR-71 realmente haya volado en el hemisferio sur
Confiabilidad y límites observados en la operación real
- Una vez que el SR-71 alcanzaba su velocidad y altitud de crucero, la misión se centraba en recolectar información sobre países hostiles o potencialmente hostiles mediante cámaras y sensores
- El coronel de la Fuerza Aérea Jim Watkins describió volar a 85,000 pies y Mach 3 como “una experiencia casi religiosa”
- Entre los RSO circulaba una frase sobre el ANS: “nadie puede interferir ni derribar el sol, la luna, los planetas o las estrellas”
- El 2 de julio de 1967, Jim Watkins y Dave Dempster realizaron su primera salida internacional en el SR-71A #17972
- En esa misión de entrenamiento ocurrió una falla del ANS, y la tripulación entró por error en el espacio aéreo mexicano
1 comentarios
Opiniones en Hacker News
A principios de los 90 hice una app de carta estelar y efemérides llamada Pocket Stars para Windows Mobile, que estuvo de moda por un breve tiempo.
Originalmente servía para que navegantes de alta mar pudieran calcular su posición geográfica a partir de tres o más observaciones con sextante, en caso de falla del GPS, pero por razones difíciles de entender un contratista militar israelí compró una gran cantidad.
Supongo que era para que tanques y tropas pudieran orientarse incluso después de que todos los demás equipos electrónicos fallaran; fue mi enredo estilo Dr. Strangelove de 15 minutos.
Era conocimiento organizacional que se había perdido en la Marina, pero que seguía existiendo en la Guardia Costera, y el objetivo era navegar en zonas donde no se pudiera usar GPS.
https://slate.com/technology/2015/10/u-s-naval-academy-reins...
Es broma, aunque yo tampoco me avergüenzo casi nada de haber desarrollado para WinMo en el pasado.
Reproduciéndolo solo de memoria, sin googlear, suena como ese ambiente de bar de fines del siglo XX donde se intercambiaban datos imposibles de verificar.
Entre los viejos amigos de mi difunta madre había un ingeniero jubilado que decía haber inventado la lata de atún de dos niveles, y solía repartir recortes sobrantes de fundiciones de titanio de un negocio que tenía.
Creo que tenía dos cilindros pulidos de cristal de cuarzo de unas 8x4 pulgadas, tan planos que, si se ponía una gota de alcohol entre ellos, era difícil separarlos en vertical.
Afirmaba que esos objetos venían del sistema de navegación del misil nuclear Polaris, y que navegaba mirando las estrellas, comparándolas con marcas de tiempo ultraprecisas y usando algo parecido a una tabla de registros en memoria de núcleo.
Perdón si hay partes incorrectas, pero él sonaba bastante convincente y esta vez estoy escribiendo con Google apagado.
Había mucha geometría de por medio.
Durante la Guerra Fría, se hacían lanzamientos de prueba de misiles desde submarinos frente a la costa de California, y los misiles cruzaban el territorio continental de EE. UU. y caían frente a la costa de Florida.
Los soviéticos siempre enviaban “barcos pesqueros” para medir las pruebas, pero la Guardia Costera no los expulsaba; al contrario, querían que los soviéticos supieran lo precisos que eran esos misiles.
Es asombroso pensar lo que se lograba con tecnología analógica.
https://en.wikipedia.org/wiki/Optical_flat#Wringing
No sé por qué un sistema de navegación de misiles usaría planos ópticos, pero me da curiosidad.
Dijo que, después de que un operador de montacargas dejara caer un sistema de guiado Trident, tenía que correr una simulación para decidir si había que devolverlo a la Marina para remanufactura.
Al parecer, la caja de transporte tenía detectores de manejo brusco integrados; imagino que tal vez usaban pesos calibrados suspendidos de alambres delgados en 3 ejes, y según qué alambre se hubiera roto estimaban el rango de aceleración máxima.
Me contaron que, al salir de la mayor parte de la atmósfera, la unidad de guiado del bus MIRV abría la tapa del lente y fotografiaba las estrellas.
En ese momento el bus MIRV estaba girando, así que el telescopio barría una zona bastante amplia del cielo, pero las fotos se tomaban en instantes muy específicos y la región de interés era solo un fragmento bastante pequeño del cielo.
Según me dijeron, comparaba las constelaciones observadas con las imágenes de referencia almacenadas para recalibrar la unidad de medición inercial; en una rotación confirmaba el campo estelar, en la siguiente verificaba la corrección y enseguida comenzaba a separar las ojivas individuales.
Recalibrar la unidad de medición inercial con una ventana de observación tan breve suena extraño, pero también es muy posible que me hayan dado información falsa a propósito para no filtrar accidentalmente información TS/SCI a un pasante sin autorización.
Los detalles de los sistemas de guiado son fascinantes, pero es una lástima que el uso principal del guiado ultrapreciso sean las armas.
En una vitrina de vidrio del laboratorio había un acelerómetro de giroscopio integrador pendular de la unidad de medición inercial del Apollo, y era una pena que tan poca gente pudiera entrar a verlo.
También se pueden ver de cerca sistemas de navegación como los giroscopios.
Es interesante porque no es frecuente tener la oportunidad de ver de cerca y con detalle este nivel de ingeniería.
Tomé algunas fotos cuando lo visité hace unos 10 años.
Es un museo pequeño y bastante desordenado, pero también tiene exhibiciones únicas, como una maqueta del Miles M.52 y un Fairey Jet Gyrodyne real.
https://museumofberkshireaviation.co.uk/html/exhibits/cheval...
https://www.flickr.com/photos/stevecargill/albums/7217772030...
Suena como una especie de navegación por estima, pero ¿alguien puede explicar cómo se conectan las observaciones estelares con discos planos de cuarzo?
La expresión “era lo bastante potente como para ver estrellas incluso de día” suena bastante rara.
A 85,000 pies, que también era la altitud de crucero del SR-71, el concepto de un “cielo diurno” azul que bloquea la vista del espacio solo existe abajo, no arriba.
A esa altitud no hay suficiente dispersión de Rayleigh como para interferir con una cámara que busca estrellas para compararlas con una carta estelar.
En la práctica, si estás como a medio camino hacia el espacio, las estrellas siempre son visibles, por eso se usaba navegación estelar.
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/atmos/blusky.html
Hay patentes interesantes relacionadas con el sensor estelar de este dispositivo, en particular sobre el gradiente del fondo del cielo.
Personalmente, las patentes de Northrop me parecen más interesantes que las de Lockheed, y en todos los casos las patentes mencionan el uso de un filtro de paso infrarrojo para aumentar el contraste.
El sensor es básicamente un detector analógico lock-in/síncrono con un obturador giratorio y un prisma de cuña que hace precesar el campo estelar alrededor del eje de visión.
En la mayoría de las patentes, el componente clave es el obturador; hay distintos patrones, y Northrop propuso un diseño bastante ingenioso.
Del fotomultiplicador sale una señal modulada en frecuencia: la portadora viene del obturador y la frecuencia de modulación viene de la diferencia entre el prisma y el obturador.
Si se miden la fase y la magnitud de la señal modulada, se puede orientar el telescopio hacia la estrella, y la ganancia de codificación que viene del lock-in es considerable.
Comentarios anteriores:
https://news.ycombinator.com/item?id=27084261
https://news.ycombinator.com/item?id=23238437
https://airandspace.si.edu/webimages/collections/full/NAS-14...
La dispersión es proporcional a la cuarta potencia de la frecuencia, así que al bajar hasta el rango infrarrojo hay bastante menos luz dispersa.
Esa también es la razón por la que el cielo es azul, y si pudiéramos verla, en realidad estaría más cerca del ultravioleta.
El software de identificación para astrofotografía también es bastante bueno; fue divertido tomar capturas de pantalla de películas y averiguar si las estrellas eran reales y si correspondían al hemisferio correcto.
Eso sí, si no sabes la hora ni la orientación de la cámara, no sirve para determinar la ubicación.
Si vas al Evergreen Aerospace Museum en McMinnville, Oregón, puedes ver este dispositivo y el avión de cerca.
También exhiben otro payload del Blackbird marcado como DEF-H; parece una caja blanca común y corriente, y se puede ver, pero no permiten saber qué hace.
Solo con fotos no se percibe bien la escala, pero en persona era un avión enorme.
No soy experto, pero entiendo que el A-12 terminó siendo algo así como una versión beta del avión que luego derivó en el SR-71.
https://sandiegoairandspace.org/collection/item/lockheed-a-1...
Además de este dispositivo, también está el Spruce Goose, el avión de madera más grande de la historia, y es realmente gigantesco.
https://www.evergreenmuseum.org/exhibit/the-spruce-goose/
http://www.sr71.us/sr_sensors_pg3.htm
Cambiando un poco de tema, ayer llegó a San Francisco la Hokulea, una réplica de una canoa oceánica tradicional polinesia.
Navegó con métodos sin instrumentos, incluida la observación de estrellas.
https://www.sfchronicle.com/bayarea/article/hokulea-polynesi...
El primer viaje de la Hokulea fue en 1975, y desde entonces ha navegado por todo el mundo para demostrar y preservar los antiguos métodos polinesios de orientación.
Un canal de noticias local también tiene un video sobre un viaje anterior de 2014 que resume cómo los navegantes antiguos usaban las estrellas como puntos de referencia.
https://youtu.be/dla3RoQo37M
Es bastante conocido que ese conocimiento estuvo a punto de desaparecer porque lo ideal es enseñarlo en el mar, en la práctica.
Pero ahora hay incluso personas de treinta y tantos que pueden navegar observando las estrellas, los sonidos, la forma y los patrones de las olas, la disposición de las nubes y las aves.
https://manoa.hawaii.edu/exploringourfluidearth/physical/nav...
De forma similar, también hay personas capaces de orientarse en el desierto aunque la mayoría de las dunas cambien constantemente.
Justo estaba hablando con colegas sobre cuáles son las mejores condiciones para las olas de surf.
Las buenas olas de California se originan en tormentas al otro lado del Pacífico, y las olas viajan miles de millas durante varios días sin debilitarse de forma notable.
Si te interesan el SR-71 y otros aviones de reconocimiento de la Guerra Fría, Skunkworks de Ben Rich es un libro fascinante con muchos detalles interesantes del proceso de desarrollo.
Otro dato curioso es que, en 2025, el primer vuelo del SR-71 pasará a quedar en un tramo histórico en el que estuvo más cerca del Wright Flyer que de la actualidad.
Hice en JavaScript una computadora digital de sextante/navegación de ejemplo.
Por el soporte limitado del navegador para controlar la cámara, no es muy práctica, pero normalmente puede acertar dentro de unas 10 millas de la ubicación real.
La hice principalmente como ejemplo para mostrar cómo funciona el algoritmo en una presentación para la Louisville Astronomical Society.
App:
https://www.celestialprogramming.com/apps/celestialfix/sexta...
Video de la presentación; el audio está muy bajo:
https://www.youtube.com/watch?v=5kAqcZYmWjA&t=5s
Hice una implementación a nivel de juguete de una cámara estelar: https://nickp.svbtle.com/star-cameras
En el código fuente sí se ve, pero parece usar solo dos estrellas; me intriga cómo funciona eso.
Tengo entendido que ASTAP y Astrometry.Net usan tres o cuatro estrellas y calculan los ángulos y distancias entre ellas.
Es interesante que no esté confirmado si el SR-71 voló en el hemisferio sur.
Si en realidad no lo hizo y el sistema tampoco fue diseñado para eso, habría sido un diseño bastante audaz.
Así que quizá sea mejor asumir que lo que no se probó directamente no funciona en absoluto y vivir dentro de esa limitación.
Es un problema tan predecible que me cuesta creer si de verdad escuché esa historia, y también es difícil encontrar las palabras clave adecuadas para buscarlo en Google.
Aunque eso podría significar simplemente que había que usar dos estrellas visibles solo desde el hemisferio sur.
https://airandspace.si.edu/webimages/collections/full/NAS-14...
Cuando escuché por primera vez sobre la navegación astronómica para misiles, me pareció algo futurista, como de Star Trek.
Pero ahora que hago astrofotografía con frecuencia, se volvió simplemente otra herramienta que uso.
El método es muy simple: tomas una foto del cielo nocturno y, si conoces la distancia focal de la cámara y el tamaño de píxel, en unos segundos puedes saber exactamente hacia dónde apunta tu telescopio, con una precisión de 2.5 segundos de arco.
También se puede hacer de forma ciega, sin ninguna información del telescopio ni de la cámara, pero en ese caso tarda unos minutos.
Ahora, una persona promedio con hardware promedio puede estimar al instante cosas que en el pasado habrían requerido un gran esfuerzo de los mejores observatorios del mundo.
https://en.wikipedia.org/wiki/Fundamental_ephemeris