L'obiettivo principale dei navigatori è di mantenere la navicella sulla traiettoria prestabilita per tutta la durata della missione. La squadra di navigazione fornisce al progetto le previsioni di traiettoria della navicella, dei pianeti e dei satelliti di Saturno. Essi pianificano e generano anche le manovre di correzione della traiettoria (trajectory correction maneuvers (TCMs)) richieste per mantenere la navicella sulla traiettoria prestabilita. Quando giocate a biliardo, è molto più facile mettere la palla in buca se potete toccarla un paio di volte con la stecca mentre si avvicina alla buca. Senza questi piccoli aggiustamenti, la navicella potrebbe mancare Saturno per molti milioni di chilometri. Dopo le modifiche, i navigatori ricostruiscono la traiettoria mediante, tra l'altro, confronti con le osservazioni scientifiche.

Tecniche di navigazioni intelligenti.

Per pianificare i TCM e misurare la traiettoria della navicella, i navigatori usano un certo numero di tecniche per localizzare esattamente la navicella e i corpi celesti. Sono necessari tre tipi di informazioni: doppler, ranging e navigazione ottica. Ogni tipo di dato fornisce informazioni diverse, che, usate insieme permettono di effettuare misure molto accurate.

Il Doppler è un modo per misurare la velocità di un oggetto che si avvicina o si allontana dalla Terra. In termini semplici un antenna del Deep Space Network manda un segnale alla navicella che viene subito rimandato indietro. Se la navicella si sta allontanando o avvicinando alla stazione trasmittente, il segnale ritorna un po' più velocemente o lentamente, rispettivamente. Se avete mai notato il rumore di un' automobile o di un aeroplano che cambia di tono mentre vi passa vicino, avete capito come funziona l'effetto Doppler. Misurando questa differenza di frequenza si riesce a determinare la velocità della navicella, e ciò aiuta i navigatori a capire dove è diretta.

Il Ranging utilizza il fatto che la luce ha una velocità finita per determinare la distanza della terra dalla navicella. I segnali mandati alla navicella sono ricevuti e rimandati indietro velocemente, e il ritardo fra il segnale mandato dalla Terra e lo stesso segnale ricevuto è equivalente alla distanza della navicella dalla Terra. E' un po' come spedire una lettera a voi stessi per vedere quanto tempo impiega il servizio postale a consegnarvela. Quando viene usato col sistema Doppler la velocità e la posizione della navicella possono essere determinate con grande accuratezza.

I Dati Ottici consistono di immagini dei corpi celesti contro un fondo scuro, presi con le fotocamere della navicella. Le misure estratte da queste immagini possono essere usate per determinare dove è la navicella rispetto al corpo celeste nel campo di vista.Comunque, in molti casi, i dati ottici sono anche usati per determinare dov'è il corpo celeste, e non la navicella.Questo è un particolare importante per i satelliti di Saturno meno conosciuti, dei quali non si conosce esattamente l'orbita.

La Navigazione per Cassini

La navigazione per Cassini è naturalmente separata in un numero di fasi quasi indipendenti, ognuna con le proprie necessità. Durante la prima parte della crociera, l'attenzione è puntata sui successivi avvicinamenti ai pianeti, in particolare con la Terra. Le TCM, o manovre propulsive attorno a questi avvicinamenti, richiedono solitamente tre manovre fra incontri successivi: la prima subito dopo l'incontro per correggere eventuali errori, e la seconda e la terza per garantire l'accuratezza dell'avvicinamento al prossimo incontro.In aggiunta, c'è una grande manovra nello spazio profondo fra i due incontri con Venere.

Dopo l'incontro con la Terra, la navigazione è praticamente la stessa che nelle prime parti della crociera, eccezion fatta per una manovra propulsiva aggiuntiva prima e dopo l'incontro con Giove, dovuta al lungo periodo di tempo che intercorre fra questi due eventi.

Durante l'avvicinamento a Saturno, i navigatori completano le preparazioni per la navigazione orbitale e calibrano le camere ottiche per prepararle alla trasmissione dei dati., Vengono prese alcune immagini ottiche dei satelliti, ed è pianificato un avvicinamento al satellite più distante da Saturno, Febo, 19 giorni prima dell'arrivo a Saturno.

L'inserimento nell'orbita di Saturno pone la navicella in un' orbita con un periodo di cinque mesi. In prossimità del punto più distante dell'orbita la navicella compie una grande manovra propulsiva per alzare il punto di maggior avvicinamento a Saturno al di fuori del sistema principale degli anelli e dirigere la navicella verso Titano, per poter rilasciare la sonda. 24 giorni dopo l'avvicinamento a Titano la navicella (e la sonda) sono puntate verso l'esatto punto di ingresso su Titano. Due giorni più tardi la sonda si separa dalla navicella, e due giorni dopo che la navicella ha effettuato una manovra propulsiva per impostare l'avvicinamento ed il rilascio della sonda. La navigazione che porta al rilascio della sonda Huygens utilizza sia il Doppler che il Ranging e le immagini di Titano e dei principali satelliti di Saturno.

Durante le orbite l' attività di navigazione supporta sia l'aggiornamento della traiettoria nominale che il suo controllo con manovre di aggiustamento. Gli obiettivi della navigazione sono di mantenere le sequenze stabilite e la temporizzazione delle attività, tenendo conto delle variazioni delle posizioni dei satelliti e del modello atmosferico di Titano. La navigazione usa un misto di Doppler e Range, insieme con immagini ottiche di Titano e degli altri satelliti. Una media di 6 immagini vengono raccolte ogni giorno e trasmesse alla Terra.

In generale, la strategia della manovre orbitali usa tre manovre propulsive fra ogni incontro: una manovra di 'pulizia' per correggere eventuali errori delle orbite precedenti e due manovre di puntamento per i successivi avvicinamenti. La prima manovra avviene 2 giorni dopo l'avvicinamento e richiede dati di tracciamento per determinare gli errori, la seconda manovra avviene generalmente quanto la navicella è più lontana da Saturno e la terza tre giorni prima dell'incontro.

Prima dell' avvicinamento a Saturno, le posizioni di molti satelliti possono essere conosciute con un'incertezza fra 1000 e 3000 Km. Durante la fase di avvicinamento vengono utilizzate le immagini ottiche per ridurre l'incertezza a 100 Km. Una volta in orbita, ci si attende che l'approssimazione sia dell' ordine delle decine di chilometri. Le posizioni dei satelliti saranno aggiornate periodicamente come parte delle attività di navigazione.