¿Por qué las "balizas" del espacio profundo son generalmente UHF, tan bajas (en frecuencia) que DSN no puede escucharlas? ¿Y cuán inusual es que un módulo de aterrizaje de Marte tenga una baliza de banda X?

Esta respuesta a ¿Existe evidencia independiente de que China aterrizó un robot en Marte en mayo de 2021? y un extenso comentario debajo indica que el módulo de aterrizaje Zhurong Mars tenía una baliza de banda X, información que se cita de https://destevez.net/2021/05/tianwen-1-landing/ que enlaza con este tweet .

Las balizas, los tonos y los latidos del corazón son señales de radio que tienen poca o ninguna información codificada , pero su existencia, amplitud y especialmente el cambio Doppler contienen una gran cantidad de información sobre el estado de la nave espacial, el progreso de la misión y la ejecución exitosa de maniobras orbitales, y en los últimos cinco años han se ha utilizado tanto para demostrar los éxitos como los fracasos post-mortem de los aterrizajes.

Que yo sepa, estas balizas están en frecuencias VHF/UHF, la de Perseverence era de unos 400 MHz, por ejemplo. De:

• ¿Se eligió específicamente el momento del aterrizaje de Schiaparelli para que el radiotelescopio gigante de ondas métricas pudiera escuchar?
• ¿Cuánto duraron los apagones de plasma de las señales de Perseverance a MRO y directo a la Tierra durante sus siete minutos de terror?

Este tono VHF es de alrededor de 400 MHz y fue rastreado anteriormente por el Observatorio Green Bank . No sé si fue Green Bank quien lo recibió durante la EDL o no, pero Marte ciertamente estaba alto en el cielo en ese momento (elev. > 65°), por lo que parece probable.

Schiaparelli fue de 401,6 MHz: ExoMars Schiaparelli Direct-to-Earth Observation usando GMRT (también aquí ).

Básicamente, siempre que esté muy por encima de los 60 MHz , puede suponer que la ionosfera es bastante transparente. Habrá más efectos de refracción, centelleo y visión astronómica a medida que se acerque a la frecuencia de plasma de la ionosfera, pero probablemente cualquier cosa por encima de 100 o 150 MHz debería estar bien.

Para enlaces en el espacio profundo cuando se requieren altas tasas de datos o mediciones precisas de tasa de rango, se utilizan frecuencias mucho más altas. Esto se debe principalmente a que la intensidad de la señal recibida depende de la relación entre el diámetro del plato transmisor y la longitud de onda (estrechez del patrón de difracción del haz a medida que se expande entre millones y miles de millones de kilómetros). La eficiencia de la antena receptora no depende linealmente de la longitud de onda de la misma manera, aunque un haz angosto puede mejorar en algunos casos la S/N.

Debe tener cuidado porque la relación entre el diámetro de cada antena y la longitud de onda se usa para calcular las ganancias de cada una como parte del cálculo clásico del presupuesto del enlace, pero esta es una idiosincrosis de cómo se realizan normalmente los presupuestos del enlace y hay una$\lambda^2$presente en la "pérdida de trayectoria en el espacio libre" que uno normalmente pensaría que debería ser solo$1/r^2$.

• ¿Por qué la NASA usa frecuencias más altas a pesar de que tienen peor pérdida de trayectoria en el espacio libre (FSPL)?
• ¿Cómo calcular la tasa de datos de la Voyager 1?

De todos modos , las balizas se transmiten necesariamente con antenas omnidireccionales porque no queremos tener que orientar la nave espacial para enviarlas a la Tierra, por lo que esas antenas transmisoras no tienen diámetros significativos, y solo les asignamos ganancias cercanas a 0 dBi (decibelios relativos a un radiador isotrópico teórico).

Preguntas:

1. Entonces, ¿por qué las balizas son tradicionalmente en UHF en bandas de frecuencia tan bajas que Deep Space Network ni siquiera puede recibirlas? No tendría sentido agregar un receptor UFH a varias antenas DSN, pero ¿por qué no aumentar la frecuencia de las balizas?

• ¿Es más difícil hacer una antena transmisora ​​isotrópica cuando las longitudes de onda se reducen a centímetros?
• ¿Son los transmisores más pesados, más caros, menos eficientes/confiables o indeseables en la banda S, o en las bandas X, Ku y Ka más altas?
• ¿Es algo completamente diferente?

2. ¿Qué tan inusual es que un módulo de aterrizaje de Marte como Zhurong tenga una baliza de banda X?

Hecho aleatorio: transpondedor de espacio profundo Iris V2.1 CubeSat; Navegación y telecomunicaciones en el espacio profundo en banda X, Ka, S y UHF (también aquí )