Constelación de GPS para Marte

¿En qué se diferenciaría una constelación de satélites GPS para Marte? Para la Tierra, se supone que el sistema funciona con al menos 24 satélites en órbita a ~20.000 km. ¿El equivalente marciano necesitaría menos de ellos? ¿A qué altura de la órbita?

¡Buena pregunta! Otros sistemas como Glonass , Galileo y BeiDou tienen o tendrán un número similar de satélites en órbitas similares a las del GPS ( grupos en pocos planos de MEO ). La atmósfera terrestre tiene mucha agua, lo que varía la velocidad de la señal GPS. Sin él, ¿tal vez Marte no necesitaría tantas estaciones terrestres?

Respuestas (2)

El GPS requiere que cuatro satélites sean visibles desde cualquier punto de la superficie en cualquier momento (uno menos si los receptores llevan un reloj atómico de alta precisión).

En un mundo esférico perfecto, esto puede (teóricamente) ser proporcionado por ocho satélites en una órbita muy alta: desde lejos, cada observador puede ver exactamente la mitad del planeta. Esta constelación usaría cuatro órbitas diferentes con dos satélites colocados uno frente al otro en cada órbita.

Las órbitas altas pueden no ser favorables debido a la gran distancia a los receptores y, en consecuencia, se necesita una alta potencia de transmisión y también errores de medición más grandes. Además, los satélites que apenas son visibles sobre el horizonte pueden verse obstruidos por montañas (existen en Marte) o edificios altos (todavía no existen en Marte). Entonces, uno podría querer colocar 3 satélites en cada órbita y usar más de cuatro órbitas diferentes.

Un GPS que esté disponible en cualquier momento en cualquier punto de la superficie y que garantice una elevación mínima (10 grados según mi cálculo aproximado) sobre el horizonte probablemente se puede construir con unos 15 satélites (por ejemplo, 5 órbitas con 3 satélites cada una) . Los 24 satélites utilizados para Earth-GPS se deben a órbitas más bajas, elevación mínima alta (la atmósfera es densa en ángulos de elevación bajos que causan grandes errores) y redundancia. Tenga en cuenta que cuatro satélites visibles es el mínimo absoluto para hacer cualquier estimación de posición. Ya se necesita un quinto para hacer cualquier estimación de precisión.

Para Marte, supongo que uno está bien con una precisión más baja que en la Tierra y uno no quiere gastar demasiados satélites y, por lo tanto, va con un recuento más bajo de satélites en órbitas más altas. 15 me parecen probables.

También tenga en cuenta que en ningún cálculo el tamaño del planeta juega un papel: es solo la proporción entre el radio planetario y el radio orbital lo que determina el área desde la que se puede ver un satélite.

Acerca del tamaño del planeta: me imagino que para obtener la misma tasa de error, ¿puede ver la misma altura absoluta (o incluso más alta debido a los efectos más pequeños de la atmósfera más delgada) para que la proporción pueda ser diferente?
No hay mucha diferencia aquí: la atmósfera terrestre causa bastantes errores, pero estos solo pueden corregirse midiendo las propiedades de la atmósfera (por ejemplo, mediante estaciones en posiciones definidas), la altura de los satélites no ayuda, solo la elevación sobre la horizonte (lo que significa menos atmósfera en el medio) juega un papel. Desde este punto de vista, los satélites cercanos al horizonte se pueden utilizar de forma más fiable en Marte que en la Tierra.
¿El tamaño del planeta no afecta lo que se consideraría una "órbita alta"? Me imagino que hay un umbral en el que es más barato usar más satélites que usar una señal más fuerte, y eso dependería de las distancias absolutas en lugar de la proporción. El GPS en la Tierra es de aproximadamente 26 mm, mucho menos que el radio de > 70 mm de Júpiter; ¿La misma proporción sería igual de buena allí?

A partir de la tercera ley de Kepler, puede encontrar que el radio de la órbita del satélite en una órbita circular se puede encontrar como

R = GRAMO 1 / 3 ( 2 π ) 2 / 3 T 2 / 3 METRO pags yo a norte mi t 1 / 3
Así que si tomas GRAMO = 6.67 × 10 11 Unidades SI, METRO = 6.4171 × 10 23 kg y, como los satélites GPS, T es igual a la mitad del día sideral marciano (que es 24h 37m 22s o 86644 segundos), finalmente obtienes
R = 12672   kilómetros
del centro del planeta.

También significa que la órbita debe ser de aproximadamente 9282   kilómetros sobre la superficie media de Marte. En el caso de la Tierra, dicha órbita está más del doble de lejos ya que la Tierra es más masiva.

La cantidad de satélites puede depender de la configuración real y los requisitos para la cantidad mínima de satélites visibles desde un determinado punto de la superficie (si necesita un rendimiento las 24 horas del día, los 7 días de la semana), pero no puede ser mucho menos que lo mismo en el caso de la Tierra. Creo que algo como 18 (6 en tres planos orbitales) es un mínimo necesario.

¿Dónde ve la necesidad de tener un período orbital de medio día?