¿Cómo pudo New Horizons dirigir datos con tanta precisión a la Tierra?

La sonda espacial New Horizons está enviando imágenes de Ultima Thule , a 6.400 millones de kilómetros de distancia.

A menos que tenga un poder muy grande para enviar información en un ángulo muy grande, me parece que el nivel de precisión para enviar esta información para que pueda ser capturada por una antena en la Tierra es prohibitivamente difícil de conseguir. ¿Cómo lo está logrando la NASA?

Relacionado: es un procedimiento estándar sobreenfriar los receptores en la Tierra, en congeladores transparentes a la longitud de onda que se recibirá, para reducir drásticamente el ruido térmico. Pueden discernir una señal de llegada muy débil.
@EmilioMBumachar una de las cosas más importantes que hemos hecho para la precisión de la detección es descubrir cómo vincular muchas antenas de radar en grandes matrices para aumentar la apertura funcional del detector. La óptica básica dicta qué tan nítidamente puede enfocar depende de la apertura de su cámara. Solo entonces los sensores pueden "ver" claramente la nave espacial que transmite datos. También hay un alto grado de redundancia en los datos para poder realizar la corrección de errores.
Olvídese de New Horizons, todavía estamos recibiendo datos de la Voyager 2, algo así como 119 AU (~ 17,8 mil millones de km) de distancia, enviados con tecnología de la década de 1970... :-)

Respuestas (1)

La antena de alta ganancia de New Horizon como un ángulo de apertura de su haz de alrededor de 0,6°. Eso significa que debe apuntar a la Tierra con un margen de error de 0,3°. Como ejemplo práctico, esto es más como apuntar una antorcha (linterna) con un haz (bien enfocado) a un objetivo lejano que apuntar con un punto láser diminuto. A modo de comparación, 0,6° es un poco más grande que el tamaño aparente de la Luna en nuestros cielos, que tiene 0,5° de ancho.

La antena está fijada a la nave espacial, de modo que toda la sonda espacial tiene que girar (esa es la razón por la que no hubo descarga directa de datos durante el encuentro con Plutón). La rotación se logra mediante sus propulsores integrados que se pueden usar para ajustar la rotación con mucha precisión.

Ahora el único punto restante es averiguar dónde se encuentra la Tierra. Afortunadamente, alguien instaló una luz de baliza brillante relativamente cerca de la Tierra (más conocida como el Sol) que se puede usar para encontrarla. Desde Plutón, la Tierra está como máximo a 1,3° de cualquier lado del Sol.

New Horizons está equipado con un rastreador de estrellas, esencialmente una cámara que toma imágenes del cielo y algún software que lee la posición y el brillo de las estrellas y las compara con un mapa. Si, por alguna razón, falla la orientación de la antena hacia la Tierra, la sonda espacial puede cambiar a su antena de ganancia media más pequeña, que puede funcionar incluso cuando no llega a la Tierra hasta 10°. Básicamente, esto permite operar en un modo de seguimiento solar puro sin conocer la orientación precisa de la sonda.

Y, como último respaldo, también hay una antena omnidireccional que puede recibir comandos en casi cualquier condición para ayudar a que la nave espacial vuelva a estar operativa. Debido a su baja ganancia, esta antena podría usarse solo durante la fase inicial del vuelo: después de viajar más de unas pocas AU, la señal recibida es demasiado débil para ser útil.

Además de los giroscopios de velocidad y los rastreadores de estrellas, New Horizons también está equipado con detectores de balizas brillantes, también conocidos como sensores solares.
Dudo mucho que el Omni esté dentro del alcance.
@Joshua parece que no El sistema de baja ganancia solo estaba destinado a usarse dentro de 1AU. Si bien probablemente había algo de espacio para empujarlo usando un transmisor más potente a su distancia actual o ~ 44 AU, se necesitaría un aumento de ~ 2000x frente a 1 AU. Si bien Arecibo es un transmisor más poderoso que cualquiera de los radiotelescopios normales de la NASA, no es mucho más poderoso. spaceflight101.com/newhorizons/spacecraft-overview
Tal vez, para el beneficio de los lectores legos que no están íntimamente familiarizados con las medidas de los ángulos en la práctica, se debe tener en cuenta que el ángulo del haz de 0,6° es ligeramente mayor en la vista del cielo de HN que la luna llena en nuestro cielo. Por lo tanto, no es necesario apuntar con una precisión fantástica que exceda lo que los ojos humanos podrían hacer.
Incluso con un haz de enfoque tan estrecho que lo apunte al sol, le daría cobertura para ser recibido en la Tierra. La señal se extendería inversamente con el cuadrado de la distancia y después de 6.300 millones de km, eso es una gran cantidad de huella de señal.
@Old_Fossil Solo durante unos pocos días al año, la mayor parte del tiempo la Tierra estaría fuera del haz. Con antenas de alta ganancia, casi no hay señal fuera del ángulo de apertura previsto, la caída es muy pronunciada.
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