¿Se pueden utilizar los satélites en órbita marciana para proporcionar un sistema GPS rudimentario en Marte?

Este sitio web transmite la impresión de que un rover en la superficie marciana navega necesariamente a estima. Las imágenes estéreo se utilizan para determinar qué tan lejos ha viajado un rover; un avance sobre la tecnología más antigua que puede haber simplemente contado la revolución de la rueda.

En la superficie de la Tierra, la navegación precisa se facilita con la ayuda de sistemas de navegación por satélite como el GPS. Aparentemente, un sistema como el GPS es un grupo de satélites en órbita consultados por un receptor dedicado para determinar la posición del propio receptor.

Pura especulación de mi parte, siéntase libre de derribar el pensamiento. Supongo que cada pregunta en la lista a continuación podría ser una pregunta separada en sí misma... avíseme si esa es una mejor manera de hacerlo.

  • ¿Cuántos satélites se necesitarían en órbita alrededor de Marte para ser utilizados como ayuda para la navegación? Supongo que la esfera más pequeña puede traducirse en un número menor que el requerido para la Tierra.

  • ¿Los rovers en Marte son capaces de comunicarse con los satélites en órbita?

  • ¿Pueden los 5 satélites actualmente en órbita alrededor de Marte convertirse en un sistema improvisado para proporcionar un sistema de navegación basado en satélites para los rovers?

Si supieras su período orbital, podrías usar eso, un reloj y un sextante para determinar tu ubicación... (Como se señaló en The Martian , aunque el héroe de ese libro usa los satélites naturales en su lugar. Se pretende un complemento implícito; ese es un Hugo- historia de calidad.)
Hay respuestas sobre el tiempo, pero ¿los satélites conocen su propia posición con precisión y en referencia a qué en la superficie?
De las respuestas publicadas a continuación, tengo la impresión de que se pueden necesitar un mínimo de 3 + 1 satélites en el cielo del receptor para informar la posición. ¿Este número cambia en función del tamaño del planeta?

Respuestas (2)

No de la forma en que funciona el GPS, no, ya que los orbitadores de Marte no tienen relojes atómicos. (Aunque los futuros orbitadores de Marte podrían algún día ).

Las radios de retransmisión en los orbitadores de Marte proporcionan un tipo de datos Doppler bidireccional que se puede utilizar para localizar activos de superficie, según recuerdo, dentro de unos 100 metros. Incluso un solo orbitador con datos Doppler recopilados en unos pocos pases puede obtener esta precisión. (Sí, los activos de superficie no solo pueden comunicarse con los orbitadores, sino que dependen de los repetidores de radio para devolver el volumen de datos científicos requerido).

Sin embargo, las cámaras en los activos de superficie se pueden usar para señalar su ubicación en mapas orbitales con una precisión mucho mayor mediante el uso de características topográficas. Por lo tanto, la navegación por radio de los orbitadores no es necesaria ni beneficiosa.

Aparte, tal vez debería publicar esto como un seguimiento; Dada la magnitud de la distancia entre los planetas (por no hablar de distancias tan grandes como las recorridas por los gemelos Voyager), ¿qué precisión debe tener el reloj a bordo de una nave? ¿Hay algo como un estándar/protocolo internacional?
El tipo de "reloj" del que estamos hablando aquí es una referencia de frecuencia. El parámetro clave es la estabilidad de la referencia de frecuencia en escalas de tiempo relevantes. Los "osciladores ultraestables" típicos en naves espaciales (osciladores de cristal en hornos de temperatura controlada) están alrededor 10 12 a 10 13 más de 100 segundos. Esto es para proporcionar seguimiento Doppler unidireccional, que es importante para algunos tipos de datos científicos de radio en los que no es posible un seguimiento Doppler bidireccional, como las mediciones de extremidades.

Mark Adler ya explicó que los satélites no están equipados de todos modos para proporcionar un sistema de navegación por satélite. Pero incluso cuando fueran técnicamente capaces de funcionar como un satélite GPS, 5 satélites no serían suficientes. Necesita una línea de visión directa con al menos 4 satélites, y con solo 5 satélites esto sucederá muy raramente, porque incluso considerando la órbita más grande posible y el planeta más pequeño posible, solo podrá observar hasta el 50% de la cielo desde una posición en el suelo.

La razón por la que necesita cuatro satélites es que un satélite GPS envía solo dos piezas de información:

  • Su posición actual
  • Su hora actual exacta según su reloj atómico

Debido a que la señal solo viaja con la velocidad de la luz, puede comparar el tiempo recibido por el satélite con su propio tiempo para conocer la distancia exacta al satélite. De esa manera sabrás que estás en la superficie de una esfera invisible alrededor del satélite.

Cuando también tienes una señal de un segundo satélite, tienes dos esferas. La intersección de dos esferas es un círculo. Ahora sabes que estás en este círculo que será perpendicular a la superficie del planeta. Cuando asumes que estás en tierra (lo cual no es tan seguro en caso de que estés en un avión o en una región montañosa) tienes dos ubicaciones posibles.

Se necesita una medición de distancia a un tercer satélite para conocer su posición precisa en el espacio tridimensional.

Entonces, ¿por qué el cuarto satélite? Porque hasta ahora asumimos que conoce su hora actual con la misma precisión que los satélites. A menos que también tenga un reloj atómico calibrado para la hora del GPS, es poco probable que este sea el caso. Para obtener la referencia de tiempo necesaria para realizar una medición precisa de la distancia a los satélites, también necesita un cuarto satélite.

Aunque todo eso es solo si desea obtener una solución instantánea. Eso es importante para un automóvil o avión en la Tierra, pero no tanto para un rover de Marte que recorre unas pocas decenas de metros por día. Al medir una distancia a un solo satélite durante un período de tiempo, puede obtener el mismo tipo de solución, con una precisión que depende de cuánto tiempo mida y de cuántas pasadas. Si está dispuesto a esperar un día en lugar de un segundo para obtener la actualización de su posición, no necesita cuatro satélites.
¿Cómo ayuda un cuarto satélite a medir el tiempo?
@LocalFluff Cuando tiene 4 medidas de tiempo con 4 posiciones, solo hay un tiempo posible donde las 4 distancias se alinean exactamente. Para estimar con precisión su posición en ndimensiones, siempre necesita npuntos de referencia. En este ejemplo, también necesita su "posición" en el tiempo de la cuarta "dimensión", por lo que necesita un cuarto punto de referencia para su posición.