• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Mars Relay Network ansluter jorden till NASAs robotutforskare

    Fem rymdfarkoster som för närvarande är i omloppsbana om den röda planeten utgör Mars Relay Network för att överföra kommandon från jorden till ytuppdrag och ta emot vetenskapsdata tillbaka från dem. Medurs från övre vänster:NASA:s Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), Mars Atmospheric and Volatile Evolution (MAVEN), Mars Odyssey, och Europeiska rymdorganisationens (ESA:s) Mars Express och Trace Gas Orbiter (TGO). Kredit:NASA/JPL-Caltech, ESA

    En tätt koreograferad dans mellan NASA:s Deep Space Network och Mars orbiters kommer att hålla byråns Perseverance i kontakt med jorden under landning och därefter.

    När NASA:s Mars 2020 Perseverance-rover landar med Ingenuity Mars Helikopter på den röda planeten den 18 februari, de kommer inte att vara ensamma. Från omloppsbana, två robotkompisar kommer att spela en speciell roll i evenemanget genom att checka in på uppdragets vitala tecken från det ögonblick som Perseverance kommer in i atmosfären till långt efter att den gjort sina första spår på Mars-ytan.

    NASA:s Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) och Mars Atmospheric and Volatile Evolution (MAVEN) orbiter är en del av Mars Relay Network, en konstellation av rymdfarkoster som fungerar som en livlina till de nuvarande ytuppdragen på Mars – NASA:s Curiosity-rover och InSight-lander.

    Medan vissa kommandon och telemetri kan skickas direkt till och från jorden, för det mesta, de enorma mängderna vetenskapliga data som samlats in av rovers och landare kan inte, för det skulle ta för lång tid. De flesta data som reser tillbaka till jorden måste först skickas till Mars orbiters ovanför, som sedan överför data tiotals miljoner mil genom interplanetär rymden till radioantenner på jorden, inklusive antennerna till NASA:s ärevördiga Deep Space Network (DSN).

    "Det är en enorm strävan att upprätthålla kommunikation med vår rymdfarkost i hela solsystemet, men Mars ytuppdrag tar detta engagemang till en annan nivå, sa Bradford Arnold, DSN-projektledare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien. "Sedan Mars Global Surveyor (MGS) kom i omloppsbana 1997, en stadig ström av orbiters har lagts till, bära reläradio och antenner, som tillhandahåller högeffektiv kommunikation mellan ytlandare och jorden. Medan koreografin av detta reläschema nu är något vanligt för tillgångar på plats, det är fortfarande extremt utmanande att samordna alla kommunikationslänkar under den mycket korta tiden under en landares ankomst."

    Denna dans kommer att se till att världen kan se Perseverances inträde, härkomst, och landning – ett upprörande sekvens av händelser som börjar när roverns interplanetära kryssning slutar.

    Över horisonten

    När uthållighet kommer in i Mars atmosfär inuti dess skyddande aeroskal, Rover kommer att växla mellan flera av sina antenner ombord för att hålla kontakten med jorden. Vissa av dessa antenner använder kraftfulla X-bandsöverföringar som kan skicka små mängder data direkt till DSN. Andra använder ultrahöga frekvenser (eller UHF) för att kommunicera med MRO och MAVEN.

    Hanteras av JPL för NASA:s Space Communications and Navigation-program (SCaN), DSN består av flera paraboliska radioantenner vid markstationer i södra Kalifornien, nära Madrid, Spanien, och utanför Canberra, Australien. Denna konfiguration tillåter uppdragskontrollanter att kommunicera med rymdfarkoster i hela solsystemet hela tiden under jordens dagliga rotation. Under Perseverances landning, Madrids antenner kommer att tränas på Mars, ta ledningen när du tar emot data. Goldstone-komplexet nära Barstow, Kalifornien, kommer också att lyssna in som backup.

    Sedan landningen av NASA:s Mars Exploration Rovers Spirit and Opportunity 2004, vetenskapsdata har rutinmässigt vidarebefordrats via Mars orbiters till DSN, börjar med MGS och sedan NASA:s veteran Odyssey orbiter, som har cirkulerat Mars sedan 2001.

    Eftersom de sista två minuterna av Perseverances nedstigning och landning mestadels kommer att vara bortom Mars horisont ur jordens perspektiv, "direkt-till-jorden" X-bandskommunikation kommer att vara omöjlig, och rover kommer att kommunicera med jorden enbart via MRO och MAVEN när den landar.

    I omloppsbana sedan 2006, MRO designades som ett vetenskapsuppdrag och för att fungera som ett kommunikationsrelä för landade ytuppdrag. Men den fick en uppgradering för att förbereda för Perseverances landning.

    "I det senaste året, MRO-rymdfarkostens mjukvara och dess UHF-radio har uppdaterats för att möjliggöra nästan omedelbar återkomst av data som samlats in under EDL. MRO kommer att fånga telemetrin som sänds av Perseverance och använda sin 3-meters (10 fot) skål för att överföra den omedelbart till jorden, sa Roy Gladden, chef för Mars Relay Network på JPL. "Vi kallar det här ett böjt rör, "som tillåter oss att få besked från Perseverance även om Mars blockerar vår sikt från jorden."

    Deep Space Network har markstationer i Madrid (Spanien), Goldstone (södra Kalifornien), och Canberra (Australien). På bilden här, Madrids radioantenner kommer att ta ledningen när det gäller att ta emot telemetri från Mars Relay Network under Perseverances inträde, nedstigning och landning. Kredit:NASA/JPL-Caltech

    Första ordet från Jezero

    När MRO vidarebefordrar Perseverances landning i nästan realtid, ingenjörer inom uppdragskontroll hoppas kunna bekräfta landningen – och få den första bilden – strax efter 12:55. PST (3:55 p.m. EST). På grund av avståndet som signalen måste färdas från Mars till jorden, rymdfarkosten kommer att ha landat (känd som "rymdfarkostshändelsetid") 11 minuter och 22 sekunder tidigare.

    Senare, vid cirka 16:27. PST (19:27 EST), Odyssey kommer att flyga över landningsplatsen och kommunicera med rovern för att bekräfta dess hälsa. Nästa stafettpass efter det blir ca 18:36. PST (21:36 EST) av ESA:s (Europeiska rymdorganisationens) Trace Gas Orbiter (TGO), som också kommer att kontrollera Perseverances hälsa och vidarebefordra alla bilder som rovern har sänt från landningsplatsen.

    Dessutom, MAVEN kommer att fånga hela landningen med en datarik bredspektruminspelning, och kommer att skicka tillbaka informationen till jorden flera timmar efter landning. Dessa data kan användas för att fylla i valfri telemetri (ingenjörsdata) från rovern under EDL som missades av MRO under det initiala reläet, och tillhandahålla andra mätningar av händelsen.

    Detta kompissystem hjälper till att säkerställa att lite data går förlorade under Perseverances historiska landning i Jezero Crater samtidigt som det bekräftar roverns hälsa och dess exakta plats.

    Vetenskapsverksamhet

    Självklart, kommunikationen slutar inte efter landning. Det är då den komplicerade uppgiften att skicka kommandon till Perseverance och ta emot roverns enorma vetenskapliga datautdata.

    Under sitt uppdrag, Rover kommer att ha alla orbiters i Mars Relay Network som stöd – inklusive NASA:s MRO, MAVEN, Odyssey, och ESA:s TGO, som har spelat en nyckelroll i nätverket under de senaste åren. Även ESA:s Mars Express orbiter kommer att vara tillgänglig för nödkommunikation om behov skulle uppstå. Medan NASAs orbiters uteslutande kommunicerar med DSN, ESA orbiters kommunicerar också via European Space Tracking-nätverket och markstationer i Ryssland.

    Även om Mars Relay Network har utökats till att omfatta fler rymdfarkoster och fler internationella partners, med varje nytt ytuppdrag kommer extra komplexitet när du schemalägger reläsessionerna för varje orbiter-överflygning.

    "Curiosity och InSight är tillräckligt nära varandra på Mars för att de nästan alltid är synliga av omloppsbanorna samtidigt när de flyger över. Uthållighet kommer att landa tillräckligt långt bort för att den inte samtidigt kan ses av MRO, TGO, och Odyssey, men ibland MAVEN, som har en större omloppsbana, kommer att kunna se alla tre fordon samtidigt, ", tillade Gladden. "Eftersom vi använder samma uppsättning frekvenser när vi kommunicerar med dem alla tre, vi måste noggrant planera när varje orbiter pratar med varje landare. Vi har blivit bra på det här under de senaste 18 åren när rovers och landare har kommit och gått, inklusive att samarbeta med ESA, och vi är glada över att se Mars Relay Network sätta nya genomströmningsrekord när det ger Perseverances enorma datamängder."

    I sista hand, denna kommunikationssträvan som förbinder Jorden och Mars kommer att göra det möjligt för oss att se högupplösta bilder (och höra de första ljuden) fångade av Perseverance, och forskare kommer att kunna vidareutveckla vår kunskap om den röda planetens gamla geologi och fascinerande astrobiologiska potential.

    Mer om uthållighet

    Ett nyckelmål för Perseverances uppdrag på Mars är astrobiologi, inklusive sökandet efter tecken på forntida mikrobiellt liv. Rovern kommer att karakterisera planetens geologi och tidigare klimat, bana väg för mänsklig utforskning av den röda planeten, och bli det första uppdraget att samla och cachelagra Martian rock och regolit.

    Efterföljande uppdrag, för närvarande övervägs av NASA i samarbete med ESA, skulle skicka rymdfarkoster till Mars för att samla dessa förseglade prover från ytan och returnera dem till jorden för djupgående analys.

    Mars 2020-uppdraget är en del av ett större NASA-initiativ som inkluderar uppdrag till månen som ett sätt att förbereda sig för mänsklig utforskning av den röda planeten. Anklagas för att ha återvänt astronauter till månen 2024, NASA kommer att etablera en varaktig mänsklig närvaro på och runt månen till 2028 genom NASA:s Artemis månutforskningsplaner.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com