¿Es la tecnología Deep Space Network (DSN) suficiente para una misión tripulada a Marte?

Casi todos los entusiastas del espacio están entusiasmados con una misión a Marte y cuando enviamos a nuestros científicos allí. Pero desde el punto de vista de las comunicaciones, ¿estamos listos para probar el avance reciente de la tecnología? Si no, ¿estamos buscando una solución alternativa (láseres)?

Supongo que te refieres a una misión tripulada a Marte. La pregunta se beneficiaría enormemente de alguna indicación de por qué esto necesitaría comunicaciones diferentes a las numerosas misiones no tripuladas .
Sí, quise decir solo la misión tripulada a Marte. La razón por la que usé la palabra científico porque enviaremos primero a nuestro científico y luego a la gente común, ya que no es para llegar al planeta rojo. Estaba mirando algunos papeles y descubrí que tenemos algunas limitaciones y esa es la razón por la que me vino a la mente la idea. ¿Qué piensas?
Mi punto no era sobre la elección de la palabra "científico", sino sobre el hecho de que en este momento hay no menos de ocho misiones activas a Marte que envían datos científicos.
¿ Quizás STARGATE es un ejemplo de investigación planificada sobre medios de comunicación adicionales? No sé, hasta ahora no hay respuesta aquí .
¿Estamos listos para probar qué avance reciente en qué tecnología? ¿De qué estás hablando?

Respuestas (2)

El DSN actual podría ser suficiente, dependiendo de cuáles sean los requisitos de la misión tripulada. Si solo desea comunicarse con datos de ciencia e ingeniería de voz y de velocidad moderada, entonces seguro. Si sus requisitos son devolver muchos canales de video continuo de ultra alta definición de 8K, entonces no. Al menos necesitaría actualizar los receptores DSN para manejar ese tipo de velocidades de datos. Con una antena y un amplificador de potencia lo suficientemente grandes en Marte, podría, en principio, transmitir esas velocidades de datos en las longitudes de onda de radio DSN actuales.

Sin embargo, sería mucho más eficiente usar la comunicación láser para cumplir con ese tipo de requisitos, en términos de potencia y apertura. Es bastante factible hacerlo. No hay un problema insuperable con señalar, como se especula en otra respuesta aquí. Solo nos falta el dinero y el ímpetu de la misión para construir tales sistemas. Los sistemas espaciales y terrestres para las comunicaciones láser Marte-Tierra se han diseñado y propuesto durante décadas, y actualmente se está realizando un esfuerzo de desarrollo tecnológico para preparar la misión que algún día podría exigirlo.

Teniendo en cuenta los otros gastos bastante grandes de las misiones tripuladas a Marte, parece muy probable que la pequeña inversión se haga en comunicaciones láser para apoyar esas misiones y proporcionar un mejor valor de entretenimiento de la misión aquí en la Tierra.

¿No hay ningún problema heredado con la disponibilidad de tiempo del DSN?
Por lo general, ya hay una antena DSN apuntando a Marte, lo que debería ser suficiente. Puede tener múltiples receptores en una antena.
La tasa de datos posible utilizando DSN depende también de la potencia del transmisor utilizado en Marte, el tamaño de la antena allí y la distancia cambiante entre la Tierra y Marte. Un preamplificador de muy bajo ruido ayudaría a aumentar la tasa de enlace ascendente. Más potencia en Marte aumentaría la posible tasa de datos del enlace descendente. Pero en la Tierra se podría usar un transmisor de 20 kW, usar más de los 20 W habituales en Marte es difícil.
Para agregar a esta respuesta, a partir de 2021, lleva horas descargar unos segundos de video de Marte. Así que no esperes audio en tiempo real de Marte con el DSN actual.

Probablemente no.

En 2014, la NASA emitió una solicitud de información sobre el uso de soluciones comerciales para los relés de Marte. Una de las limitaciones clave descritas en esta RFI fue el ancho de banda muy limitado de la infraestructura de retransmisión actual.

Además, el DSN se usa para muchas otras misiones interplanetarias (si no todas, no tengo los datos sobre esto). Por lo tanto, existe un problema de programación inherente si se desea mantener una comunicación permanente con una tripulación en suelo marciano o en tránsito.

Como señaló Mark Adler, la principal barrera para la comunicación láser de la Tierra a Marte puede ser la falta de dinero y los requisitos de la misión para continuar desarrollándola. Mirando esto brevemente, parece que la ESA ha alcanzado un nivel de preparación tecnológica de 6 para sus sistemas LEO a la Tierra. La NASA al menos planeaba alcanzar un TRL de 6 para sus comunicaciones láser en el espacio profundo para marzo de 2017.

Con respecto a la situación de puntería , una nave espacial GEO, que se encuentra a solo unos 36.000 km sobre la Tierra, cambiaría su proyección de cobertura de radiofrecuencia en 700 km si su puntería se desvía 1 grado. Los láseres tienen un haz mucho más estrecho que un reflector típico (o antena ). Entonces, la restricción de apuntar es aún más estricta. Sospecho que la solución que terminaremos eligiendo en unos años es la comunicación por radio "simple" pero a una frecuencia más alta: cuanto más alta es la frecuencia, más energía se necesita para generar esa señal, pero también aumenta el ancho de banda. . En cualquier caso, una misión a Marte seguramente tendría varios sistemas de comunicación redundantes.

Tengo el presentimiento de que tiene razón, aunque en algún momento la gente comenzará a criticar si THz o la onda milimétrica "es" radio u óptica, hasta que se señala que mucha gente de la radio ya ha estado llamando lo que están viendo " luz" desde hace un tiempo. Ciertamente, una matriz de emisores de THz podría desplegarse hasta decenas de metros de tamaño con bastante facilidad, y dado que cada elemento puede tener un desfasador, no tendría que ser un marco particularmente estable en absoluto.
Los telescopios en el espacio "apuntan" los píxeles de sus planos focales a la estabilidad y conocimiento del segundo subarco, y con el brillante Marte como estrella guía, esto puede ser en tiempo real. Tiene que haber una estabilización óptica activa especial, pero eso es posible con alguna combinación de lentes, espejos y fibras y algunos actuadores piezoeléctricos. Es posible que desee agregar el tamaño del disco de aire en Marte. Un segundo de arco es aproximadamente 5E-06 radianes, por lo que con una longitud de onda de 850 nm y una apertura de 1,7 metros obtienes 0,1 segundos de arco teóricos, pero no obtienes 20 kilovatios de potencia láser en ese haz, más bien 2 vatios.
Sin embargo, no creo que necesites ir tan alto como THz. Hasta hace relativamente poco, el DSN solo admitía las bandas S, C y X (resp. 2-4 GHz, 4-8, 8-12 GHz). Agregaron Ka (26.5 -40) pero la NASA aún requiere que todas las naves espaciales interplanetarias transmitan en otra banda más baja que Ka. Si admitieran Ka para todos, ya veríamos aumentos drásticos en el ancho de banda. (Hay una razón por la que GEO opera con K y Ka).
Buen punto sobre los telescopios espaciales. Sin embargo, el receptor y/o el emisor necesitarían compensar la rotación de ambos planetas y cualquier otra perturbación, y eso requeriría grandes modelos planetarios (¿eso ya es compatible con SPICE?). Además de los 2 vatios de potencia que obtiene, ¿la señal no es también potencialmente muy ruidosa? Sin mencionar cuando Marte y la Tierra están en conjunción o cerca de conjunción, pero eso causa problemas incluso para las comunicaciones por radio.
@ ¡Sí, sí y sí! Buenos puntos todos y cada uno. Me encantaría leer más sobre esto, ni siquiera sé lo suficiente como para hacer una buena pregunta todavía. Si se me ocurre algo, lo señalo aquí también.
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