¿Se ha comunicado alguna vez el rover Curiosity directamente con la Tierra a través de su antena de alta ganancia? ¿Fuerza de la señal y tasa de datos?

En la pregunta ¿Cómo sabe Curiosity cómo apuntar y mover su antena de alta ganancia en tiempo real? Muestro una imagen de la antena hexagonal articulada de alta ganancia en el rover de curiosidad, así como su patrón de radiación.

Me gustaría saber si alguna vez se ha establecido un vínculo directo entre Curiosity y la Tierra, e idealmente cuándo fue eso y cuál fue la intensidad de la señal recibida y la velocidad de datos en la Tierra.

actualización: por lo general, no es una buena idea modificar mucho una pregunta después de publicar una respuesta, pero acabo de encontrar este artículo y parece particularmente pertinente.

El artículo de septiembre de 2015 de Space.com La nueva antena podría dar a los vehículos exploradores de Marte una línea directa a la Tierra dice:

Los rovers en la superficie del Planeta Rojo hoy en día utilizan métodos de comunicación indirectos o de retransmisión . La información se transmite a un orbitador y luego a la Tierra. [...]

Si los orbitadores de larga duración expiran antes que los rovers Opportunity y Curiosity de la NASA, entonces los rovers no podrán conectarse con la Tierra, lo que esencialmente los dejará fuera de servicio . Aunque la NASA planea lanzar un tercer rover, Mars 2020, al Planeta Rojo en un futuro cercano, no se está trabajando en ningún nuevo orbitador.

Los rover que lleven la nueva antena podrían comunicarse directamente con la Tierra cuando el rover y la Tierra estén dentro de la línea de visión. Un sistema mecánico a bordo permitiría que el brazo que sostiene la antena pivote en la dirección adecuada. Si bien los rovers actuales solo pueden hablar con la Tierra dos veces al día durante aproximadamente 15 minutos cada uno, el nuevo diseño podría aumentar drásticamente el tiempo de comunicación .

Tenga en cuenta que Curiosity aterrizó en Marte en agosto de 2012, tres años antes de que se escribiera el artículo.

Respuestas (3)

El enlace directo a la Tierra (DTE) a través del HGA de banda X se usa con bastante frecuencia, no todos los días, pero tampoco una vez al año. El informe del Centro de Excelencia de Sistemas de Navegación y Comunicaciones de Espacio Profundo (DESCANSO) sobre el sistema de telecomunicaciones Curiosity Rover (publicación previa al lanzamiento, por lo que todavía lo llaman Mars Science Laboratory, MSL) entra en detalles insoportables en todos los modos funcionales de telecomunicaciones, el hardware involucrado , y su desempeño. En la página 68 proporciona el rango de velocidades de datos posibles a través de HGA: 7.8125 a 4000 bps. Los 4000 BPS probablemente solo funcionan cuando Marte está en oposición, por lo que la distancia entre Marte y la Tierra es lo más corta posible.

Para distancias más grandes, puede escalar eso aproximadamente como 1 r 2 , sujeto a las velocidades de datos discretas que el sistema está diseñado para soportar. Cuando calcula una tasa de datos utilizando 1 r 2 , la tasa máxima de datos que puede usar es la siguiente tasa más baja admitida por el sistema. El gráfico de la página 105 sugiere cuáles son esas tasas discretas: 4000, 2000, 1000, 500, 250, 125, 60, 30, 15 y 7,8 (cifras aproximadas, ¡léalas de un gráfico!) Si por alguna razón el HGA no puede t debe apuntar directamente a la Tierra, pero debe estar desviado en un ángulo pequeño (para puntos desviados> 5 °, ni siquiera intentarán descargar datos), luego debe degradar el rendimiento en el eje utilizando el gráfico de directividad de enlace descendente HGA en la página 65. En la página 104, la velocidad de datos máxima posible en el rango máximo Marte-Tierra, con un error de puntería HGA de 5°, a una antena DSN de guía de ondas de haz (BWG) de 34 m se cotiza a 160 bps, por lo que tal vez haya otra compatible cotiza entre 125 y 250, y el gráfico no los muestra todos.

Según la gente de MSL que conozco, el enlace descendente a través de esa ruta de comunicación representa solo un pequeño porcentaje del volumen total de datos descargados. La retransmisión a través de los orbitadores en Marte (MRO y Odyssey ), con sus HGA mucho más grandes, produce tasas de datos mucho más altas, por lo que la gran mayoría de los datos de MSL llegan a través de esos enlaces.

Idealmente, me gustaría ver datos, no predicciones teóricas. "... e idealmente cuándo fue eso y cuál fue la intensidad de la señal recibida y la velocidad de datos en la Tierra". Resulta que DSN hace que los registros de comunicaciones estén disponibles a través de http, por lo que si es posible identificar al menos una fecha, entonces se obtendrán de inmediato una fuerza real medida y una tasa de datos. Consulte las respuestas a ¿Hay algún registro disponible públicamente o "Wayback Machine" para la actividad de DSN Now?
Parece que es cuestión de tomarse el tiempo para buscarlo. ¡Tienen en él! :)
Bueno, la idea era preguntar en SE primero. Sin un marco de tiempo aproximado, tratar de descargar algunos meses de datos, una entrada a la vez, es prohibitivamente lento. No es un proceso muy rápido. Entonces, cualquier cosa que pueda reducirlo a una ventana de uno o unos días, incluso una semana, sería extremadamente útil.
La existencia de la antena en sí misma prueba que la NASA ciertamente esperaba una tasa de datos razonablemente útil. El propósito detrás de hacer la pregunta era encontrar la confirmación de que funcionaba. Entonces, la "publicación previa al lanzamiento" es bastante interesante y será una gran comparación, pero realmente estoy pidiendo evidencia de que se haya utilizado.
He agregado una referencia a un artículo de Space.com a la pregunta. Creo que agrega algo de urgencia para encontrar un ejemplo documentado de las comunicaciones directas de Curiosity con DSN.
La referencia de Space.com a "... los rovers no podrán conectarse con la Tierra, esencialmente dejándolos fuera de servicio". es una exageración significativa. Aunque disminuye la tasa de datos promediada en el tiempo en casi dos órdenes de magnitud, lo que reduce en gran medida la perspectiva de la ciencia fortuita, no los "deja fuera de servicio". Parece que nadie más, incluida la NASA, está entusiasmado con esto, y no conozco otra fuente más que los registros de DSN (en particular, no hay registros categorizados), por lo que probablemente tendrá que revisar esos registros usted mismo.
...o podrías preguntarle a @MarkAdler.

la potencia del enlace descendente está en dBm (las mismas unidades que se muestran en la página web) Eso es después de la ganancia de la apertura, que es diferente para todos los platos. Puede encontrar la ganancia real (y más) buscando el documento 810-005

https://deepspace.jpl.nasa.gov/dsndocs/810-005/

Querrá mirar las "Interfaces de enlace espacial" para obtener ganancias de antena. En números redondos, 70m son unos 74 dBic de ganancia, 34m son unos 68 dBic. Los números varían un poco dependiendo de si tienen la placa dicroica puesta, en qué apertura estás, etc.

¡Gracias por la información y bienvenidos a Space! En general, esto debería ser un comentario en lugar de una nueva respuesta a la pregunta, pero el sistema Stack Exchange no le permitirá hacerlo hasta que alcance los 50 "puntos" de reputación. Aunque eso no tomará mucho tiempo. actualización: de hecho, no tomó mucho tiempo ;-)
Hice un poco de cálculo del presupuesto de enlaces en esta respuesta , pero las unidades utilizadas en los archivos XML sin procesar que estoy descargando no están claras. Dado que las unidades de frecuencia ni siquiera son consistentes entre el enlace descendente y el enlace ascendente (MHz frente a Hz), ¿cómo puede estar seguro de qué unidades se utilizan realmente en los datos XML? Claramente, se utilizan conversiones cuando se informa en el sitio web (MHz→GHz y Hz→GHz, por ejemplo)
Entonces, le pregunté: ¿ Comprender las unidades en los datos XML de Deep Space Network? como una nueva pregunta.

¡Entendido! 2018-11-23 01:06 UTCEl DSS36 de Canberra estaba en proceso de "desmontaje" después de hablar directamente con Mars Science Laboratory (Curiosity).

Primero los números, luego los datos. De esta respuesta :

PAG R X = PAG T X + GRAMO T X − L F S + GRAMO R X

  • PAG R X : energía recibida en la Tierra
  • PAG T X : potencia transmitida por Voyager
  • GRAMO T X : Ganancia de la antena transmisora ​​de Voyagers (en comparación con isotrópica)
  • L F S : Pérdida de espacio libre, lo que solemos llamar 1 / r 2
  • GRAMO R X : Ganancia de la antena receptora de la Tierra (comparada con isotrópica)

La ganancia de un plato u otra antena de apertura total GRAMO R X se puede estimar por

GRAMO D i s h ∼ ( π d λ ) 2 mi A

donde d es el diámetro del plato, λ es la longitud de onda, que es la velocidad de la luz de 3E+08 m/s dividida por la frecuencia de 8,4E+09 Hz o aproximadamente 0,036 metros (3,6 centímetros), y mi A es un término de eficiencia de apertura entre 0 y 1 para un plato realista, que estableceremos arbitrariamente en 0,8 en ambos extremos. Para la antena parabólica de mayor diámetro de [Deep Space Network][5] de 70 metros, esto se convierte en aproximadamente 1.9E+07 que después de aplicar 10 × Iniciar sesión 10 se convierte en unos 73 dB.

Para la matriz en fase plana de Curiosity, usemos 20 cm para el diámetro del área activa, lo que da 24 dB. Eso se compara muy bien con los 24 dB que se muestran en ¿Cómo sabe Curiosity cómo apuntar y mover su antena de alta ganancia en tiempo real? .

La pérdida de trayectoria del espacio libre se calcula calculando la fracción de una onda esférica en expansión (de un radiador isotrópico) que sería recibida por un área similar a una longitud de onda cuadrada. La ecuación exacta en dB es:

L F S = 20 × Iniciar sesión 10 ⁡ ( 4 π R λ ) .

La razón por la que la fracción se invirtió, pero no apareció un signo menos afuera es porque, por convención, la pérdida se expresa en dB positivos y luego se resta por el signo menos en la "ecuación maestra". Actualmente, Marte está cerca de 1 UA de la Tierra, por lo que R es de aproximadamente 1.5E+11 metros. Lo que hace L F S unos 274dB.

Seamos generosos y demos a la antena de alta ganancia de Curiosity 20 vatios o 13 dBW. La matemática final se convierte en

PAG R X   d B W = 13   d B W + 24   d B − 274   d B + 73   d B = − 164   d B W

La pequeña cantidad de datos que tengo hasta ahora es bastante ruidosa, pero los valores se agrupan alrededor de -150. El problema es que hasta ahora no sabemos con seguridad si las unidades son dBW o dBm en los archivos XML sin procesar . Consulte Comprensión de las unidades en los datos XML de Deep Space Network. para más sobre ese problema. Si fueran dBm, entonces ~-140 a -160 dBm sería -170 a -190 dBW y estaría muy de acuerdo con este cálculo como límite superior.

Tomé una captura de pantalla justo después de que el pequeño icono ondulante de ondas de radio dejara de moverse. Buscaré más datos ahora a través de Misiones en o próximamente en Marte y sus "nombres en clave" de DSN.

ingrese la descripción de la imagen aquí

a continuación: he utilizado los datos de Deep Space Network a los que se accede como se explica en esta respuesta para observar las comunicaciones directamente entre la Tierra y el Laboratorio de Ciencias de Marte (Curiosity Rover). Aquí hay una gráfica de algunos puntos de datos de enlace ascendente y descendente. Para la potencia del enlace ascendente, supongo que la escala es de kilovatios directos, y para el enlace descendente, probablemente sea dBWatts, pero todavía lo estoy investigando. Estas son frecuencias de banda X, enlace ascendente en Hz y enlace descendente en MHz.

El eje horizontal son días relativos (sideral), los datos finalizan hace aproximadamente 12 horas.

Deep Space Network contacta DIRECTAMENTE con Mars Science Laboratory

¿Se ha comunicado alguna vez el rover Curiosity directamente con la Tierra a través de su antena de alta ganancia? ¿Fuerza de la señal y tasa de datos?
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