¿Cómo se dirige la antena de una sonda espacial hacia la Tierra?

Consulte esta respuesta para saber con qué precisión se debe apuntar la antena. Esa precisión no es una función de la distancia. Es solo una función del tamaño de la antena y la longitud de onda de la transmisión. La antena de New Horizons tiene la misma precisión de puntería necesaria en Plutón que en Júpiter. Lo que cambia es la potencia recibida en la Tierra y, por lo tanto, la velocidad máxima de datos. Eso baja con el cuadrado de la distancia.

El tamaño de la antena y la longitud de onda determinan el ángulo más estrecho posible en el que se puede enfocar el haz. Una vez que tenga ese ángulo, solo necesita mantener la Tierra en algún lugar allí. El tamaño angular de la Tierra a la distancia de la nave espacial es generalmente mucho más pequeño que el ancho del haz de la antena. Entonces, solo una pequeña fracción de la potencia de la antena cae sobre la Tierra. Una fracción aún más pequeña cae sobre la antena receptora en la Tierra.

Las antenas se apuntan utilizando rastreadores de estrellas y un modelo a bordo de la posición de la Tierra en relación con la nave espacial en su trayectoria. Los rastreadores de estrellas son cámaras que determinan con precisión la actitud de la nave espacial al hacer coincidir los patrones del campo de estrellas. Solo unas pocas estrellas brillantes en el campo de visión harán el truco. Las precisiones típicas son unos pocos segundos de arco. Ball tiene un rastreador de 0,1 segundos de arco.

Sí, Mars Orbiters y todas las naves espaciales tienen que cambiar la orientación de sus antenas con el tiempo para rastrear la Tierra. Tanto la Tierra como la nave espacial se mueven en el espacio inercial (es decir, en relación con las estrellas que rastrea el rastreador de estrellas), por lo que la dirección para apuntar la antena siempre cambia.