¿Por qué MRO tuvo que "lanzar hacia arriba y rodar con fuerza hacia la izquierda" para apuntar exactamente a Perseverance durante la fase de entrada, descenso y aterrizaje?

¿Por qué exactamente MRO tuvo que "lanzar hacia arriba y rodar con fuerza hacia la izquierda" para apuntar exactamente a Perseverance durante la fase de entrada, descenso y aterrizaje?

La perseverancia no estaba directamente debajo de MRO en el momento en que se tomaron las imágenes. En cambio, Perseverence estaba adelante ya la izquierda de la pista de tierra de MRO. Los significados bastante estándar de guiñada, cabeceo y balanceo para una nave espacial en órbita son

• Yaw es una rotación sobre el eje vertical,
• El tono es sobre el eje transversal de la pista, y
• Roll es sobre el eje a lo largo de la pista.

Yaw es lo último que uno quiere hacer con una cámara de escoba de empuje nominalmente hacia abajo. Piense en barrer las hojas de su acera con una escoba. Yaw (en la convención de naves espaciales) es el equivalente a girar la escoba hacia un lado. En lugar de barrer una franja de medio metro de la acera, está barriendo una muestra de unos pocos centímetros de ancho.

El tono tampoco se usa normalmente, pero puede ser necesario para ver un evento dinámico. Para un evento estático, el viaje de la nave espacial pronto llevará a la nave espacial sobre el lugar en cuestión. Pero para un evento dinámico, como ver el despliegue de un paracaídas desde arriba, es posible que la nave espacial deba inclinarse hacia arriba o hacia abajo para tener el evento a la vista.

El instrumento HiRISE tiene un campo de visión muy estrecho. Aquí es donde el rollo se vuelve importante. Si la cámara va a ver algún objeto (dinámico o estático) que no está directamente debajo de la trayectoria del satélite, el satélite tendrá que rodar para traer ese objeto al campo de visión de la cámara.

Más de un año después y con el enorme beneficio de los datos reconstruidos ( núcleos SPICE ), se pueden visualizar las maniobras exactas de la nave espacial.

La etiqueta PDS para el producto de datos MRO proporciona los siguientes tiempos de inicio y finalización:

/* All xxx_TIME values are referenced to UTC.                           */
GROUP = TIME_PARAMETERS
    /* Time when the observation first started */
    MRO:OBSERVATION_START_TIME   = 2021-02-18T20:42:31.657
    /* Time of the first image line */
    START_TIME                   = 2021-02-18T20:42:32.368      <- START
    SPACECRAFT_CLOCK_START_COUNT = "1298148206:43887"
    /* Time of the last image line */
    STOP_TIME                    = 2021-02-18T20:43:02.881      <- STOP
    SPACECRAFT_CLOCK_STOP_COUNT  = "1298148237:11987"
    /* Time when this RDR product was created */
    PRODUCT_CREATION_TIME        = 2021-02-25T00:45:18
END_GROUP = TIME_PARAMETERS

La antena de alta ganancia (HGA) debe mantener la orientación a la Tierra ya que para Marte 2020 (a diferencia de MSL) MRO es el "enlace principal de telecomunicaciones desde la entrada atmosférica hasta el aterrizaje del rover" [ 1 ]. MRO y MAVEN son los enlaces principales, pero MRO logra una transmisión casi en tiempo real en un modo de "pseudotubo doblado". MAVEN graba en bucle abierto y retransmite a la Tierra algún tiempo después.

El marco de referencia fijo de actitud nominal y nave espacial de MRO es +X en la dirección de vuelo, +Z "abajo" (también la dirección de visión para HiRISE), +Y completa el producto cruzado de la derecha. Los CCD HiRISE escanean en la dirección X. Esto está tomado del kernel de marcos más reciente de MRO (fk) y del kernel de instrumentos HiRISE (ik) . Aquí hay una animación que preparé que muestra esta actitud nominal justo antes de la EDL de Marte 2020:

(Trabajo personal, datos de NAIF , RGB -> XYZ, gris -> nadir)

Es difícil ver la línea azul +Z, ya que esencialmente se superpone a la línea nadir gris en la actitud nominal de MRO. Tanto los paneles solares como el HGA en MRO tienen un cardán interno y externo para mantener su propia orientación (hacia el Sol y la Tierra) distinta de la actitud del autobús de la nave espacial. Estos cardanes significan que cualquier orientación de MRO "fuera de lo nominal" durante el evento EDL es (casi con certeza) únicamente con el propósito de tomar la fotografía (incluidos los posibles esquemas de gestión del impulso antes o después de la fotografía).

Contrariamente a mis suposiciones, al menos, MRO está fuera de actitud nominal durante casi la mitad de su órbita y la orientación para la observación HiRISE lleva varios minutos:

(Trabajo personal, datos de NAIF , RGB -> XYZ, gris -> nadir, rayas amarillas -> hacia M2020)

Aquí hay dos gráficos de los ángulos de orientación durante la secuencia:

(Obra personal, datos de NAIF )

En el marco giratorio, a la izquierda, la actitud nominal se ve como ángulos de guiñada, cabeceo y balanceo de ~0. Vemos MRO cabeceo hacia arriba, giro a la izquierda (giro negativo) y guiñada a la derecha (guiñada positiva). La nave espacial "sobre cabecea" y de hecho se inclina hacia abajo durante la toma de imágenes, aunque todavía "hacia arriba" desde la actitud nominal. Durante la toma de imágenes, la nave espacial devuelve el ángulo de guiñada a casi cero, como explica @DavidHammen, es importante .

Sin embargo, señalaré que Marte 2020 está realmente adelante y a la derecha de MRO cuando se toma la imagen como se ve en esta animación de vista más amplia:

(Trabajo personal, datos de NAIF , RGB -> XYZ, gris -> nadir)

Los gráficos anteriores muestran algo de movimiento durante la captura de imágenes, que se puede ver en la propia imagen. Estos artefactos de las maniobras de la nave espacial en la imagen completa se pueden ver al principio (abajo) de la imagen:

(NASA/JPL/Universidad de Arizona)

Vea el "squiggliness" en el borde derecho.

Referencias:

1. Abilleira, F. et al. "Resumen del diseño y la navegación de la misión Mars 2020" (2019) ( enlace JPL TRS )

Editar:

Curiosamente, el rover Perseverance (y la etapa de descenso) casi no están en la imagen ampliada. En la imagen de tamaño completo (¡18048 px por 62300 px!), la carcasa trasera y el paracaídas están ubicados en ~64 % de la dimensión vertical (escaneo/escoba). Esto significa que la carcasa trasera y el paracaídas tienen una "imagen" de aproximadamente el 64 % del tiempo de observación. Cuando se traza la velocidad de inercia de Mars 2020 durante el período de observación:

(Trabajo personal, datos de NAIF , la línea vertical indica ~64% del tiempo de observación)

Vemos que la imagen del vehículo se muestra casi exactamente cuando la etapa de descenso y el rover se separan de la carcasa trasera (vea el suave aumento de la velocidad).

Aunque sería genial ver una Perseverancia volando libre, no puedo ver nada que parezca una etapa de descenso en la imagen de resolución completa:

(NASA/JPL/Universidad de Arizona)