Zu den letzten Punkten kann ich etwas sagen. Ein einfacher Sternsensor verfügt nur über einen kleinen Sichtbereich und behält quasi immer einen hellen Stern im Blick und sammelt Lageinformationen aus Sensoren, die die Stellung des Sternsensors zur Achse des Raumfahrzeugs ermitteln. Dies sind gewöhnlich zwei Winkelangaben. Daher war ein solcher Sensor früher auf einem beweglichen Ausleger montiert. Verliert der Sternsensor sein Ziel aus dem Blick, wird es u. U. schwierig, den Stern wieder zu finden. Normalerweise gibt es dafür noch einen Sonnensensor, damit man nicht so lange suchen muss.
Ein Cäsium-Sensor hingegen ist eine Fotozellenmatrix. Die Dinger wurden früher als Aufnahmeröhren in Fernsehkameras verwendet und haben somit zumindest einige Tausend "Pixel". Er macht aus Licht elektrische Ladung und dies in einem Raster. Damit kann man verfolgen, wenn der helle Leitstern aus der Mitte wandert und wie schnell. Das ist dann Futter für den Steuercomputer, den es bei Voyager schon gab. Für Sonnen- und Sternsensor gibt es auch Reservesysteme in den Voyagers. So ähnlich wird das auch bei sowjetischen Raumsonden gewesen sein.
Diese Art der Navigation nennt man übrigens trägheitslos. Bei Trägheitssystemen hingegen erfasst man auf der Basis eines Kreiselsystems (Trägkeitsmoment) Beschleunigungen und Richtungsänderungen (sind ja auch Beschleunigen dazu notwendig) und berechnet daraus die aktuelle Geschwindigkeit und Lage. Ein solches System wird allerdings im Laufe der Zeit immer ungenauer, da sich die Fehler ja aneinander reihen. Daher wird bzw. wurde ein solches System gewöhnlich beim Start verwendet und bei größeren Beschleunigungsphasen. Zwischendurch wird es anhand anderer Orientierungssysteme geeicht.
Man kann die Trägheitsnavigation mit der Radsensor-Navigation beim PKW (mit eingebautem Navigationssystem) vergleichen und den Sternsensor mit GPS. Hat man in einem Tunnel keine GPS-Signale, so kann das Fahrzeug dennoch mit Hilfe von Radsensoren recht genau berechnen, wie weit und in welche Richtung man gefahren ist, auch bei Lenkmanövern, wenn die Werte für rechtes und linkes Rad getrennt gemessen werden. Der Fehler liegt bei einem 1-km-Tunnel bei angenommenen 2 Metern.
Ist der "Blindflug", also der Tunnel allerdings 100 Kilometer lang, dann wäre der Fehler beträchtlich größer. Hat man dazwischen aber wieder Gelegenheit zur Eichung (Abgleichung mit GPS), so kann man nacheinander auch 90 Tunnel von jeweils 1 km Länge durchfahren, ohne große Abweichungen befürchten zu müssen.
Heute verwendet man Matrizen aus Halbleitersensoren, also CCDs, in sogenannten Sternscannern (Weitwinkelteleskope mit CCD-Chip im Fokus sowie Steuerrechner). CCD wurden 1969 erfunden, 1974 gab es einen ersten 100-mal-100-Sensor als Labormuster, 1976 kam das erste CCD mit einem Spionagesatelliten ins All. Außerdem besitzt der Steuerungscomputer ein Modell des Sternenhimmels (ähnlich wie bei Teleskopen mit GoTo) z.B. mit Sternen bis 5. Klasse, so dass er nach einem kurzen "Blick nach draußen" sofort seine Lage im Raum kennt.
Die Orientierung nach Magnetfeldlinien wird heute in der Flugzeugnavigation verwendet. Außerdem sind derartige Sensoren heute in elektronischen Kompasse und auch in vielen Smartphones eingebaut. Das muss dann eine "frühe Version" eines solchen Systems gewesen sein.
