¿Cómo sabe Curiosity cómo apuntar y mover su antena de alta ganancia en tiempo real?

El rover Curiosity tiene una antena compacta de banda X de alta ganancia (HGA) que permite la comunicación de baja velocidad de datos directamente con la Tierra, pero se usa para velocidades de datos más altas, generalmente usa UHF para comunicarse con naves espaciales que orbitan Marte, que luego retransmiten el datos a la Tierra con sus antenas parabólicas mucho más grandes. ¡Gracias a @BrendanLuke15 por la corrección!

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De la Sección 5.1 y la Figura 5-1 en la página número 113 del artículo de DESCANSO vinculado a continuación:

La comunicación de enlace ascendente con la nave espacial es con DFE de banda X con DSN o UHF a través de MRO. El enlace descendente, regido por los requisitos de volumen de datos, es solo retransmisión UHF, como se muestra en la Figura 5-1.

En la Sección 2.2, Operaciones de superficie del Artículo 14 de la Serie de resumen de diseño y rendimiento de DESCANSO Diseño del sistema de telecomunicaciones del Laboratorio de ciencias de Marte, se puede ver que el HGA debe apuntar en la dirección correcta dentro de unos pocos grados;

El HGA se asienta sobre un cardán de 2 grados de libertad, con una precisión de puntería del sistema de 5 grados (incluido el conocimiento de la actitud del rover) y tiene un diámetro de 0,28 m. La Tabla 2-4 muestra que la ganancia del enlace descendente es aproximadamente 4 dB más baja y la ganancia del enlace ascendente es aproximadamente 3 dB más baja, a 5 grados del eje de puntería.

¿Cómo obtiene Curiosity su "conocimiento de la actitud del rover"? Además, dado que la posición de la Tierra se está moviendo con respecto a Marte, al igual que la de los satélites alrededor de Marte, ¿cómo sabe Curiosity cómo girar la antena correctamente en tiempo real? ¿Lleva una efeméride que se actualiza de vez en cuando a través de un enlace ascendente?

Antena de alta ganancia de Curiosity

arriba: Antena de alta ganancia de Curiosity (hexágono sucio articulado). Recortado de aquí .

abajo: Ganancia de la antena de alta ganancia de Curiosity en los modos de enlace ascendente y descendente, de MSL Telecommunications System Design .

Ganancia de antena de alta ganancia de Curiosity Ganancia de antena de alta ganancia de Curiosity

Además, lo que es más importante, sin campo magnético, la actitud es realmente difícil de conseguir.
No estoy seguro de si se hace así, pero técnicamente podrías usar un acelerómetro para calcular dos de las posiciones de rotación de los robots. Luego, combinado con un reloj y una efemérides, la ubicación de la Tierra (si es visible) sería a lo largo de un círculo en el cielo. Luego, solo necesita escanear a lo largo de este círculo para obtener la mejor recepción. Una vez que encuentre la tierra, puede recalibrar un giroscopio u otros sistemas de navegación inercial.
Los rovers de Marte anteriores usaban una cámara de búsqueda solar + acelerómetros para fijar su actitud; No pude encontrar un artículo equivalente sobre Curiosity. pdfs.semanticscholar.org/55bf/…
Por lo que puedo decir, la alta ganancia habla con la tierra a una velocidad de datos baja, y la antena omnidireccional puede escuchar el DSN a una velocidad baja y hablar con los relés en órbita de Marte a velocidades altas. Para rastrear la tierra, supongo que un rastreador solar y efemérides es suficiente. Un rastreador de inicio probablemente podría encontrar la tierra directamente, pero eso probablemente sea excesivo. Navcam podría servir como rastreador solar, ya que ya están realizando la detección de objetos a bordo. Sin embargo, todo son conjeturas.
Del enlace proporcionado por @Russel, me gustaría resaltar una declaración interesante en el documento. Los rovers no tenían girocompás que puede buscar el vector de rotación de Marte. El vector de rotación se puede usar con la posición para calcular la actitud aproximada si la cámara falla en cualquier momento.
El rover no usa el HGA de banda x para comunicarse con los orbitadores
@ BrendanLuke15 probablemente sea correcto, pero no estoy seguro de cuál es el punto de su comentario. ¿Está dirigido a la pregunta oa otro usuario?
@ BrendanLuke15 ¿es así? Tendré que parar y averiguar qué me hizo pensar que lo hizo.
@uhoh sí, está dirigido al párrafo inicial de la pregunta. La sección 2.2 del artículo de DESCANSO describe el uso de la banda X
@ BrendanLuke15 ¡Ahí tienes, sí! Sección 5.1 y Figura 5-1 en la página número 113: "La comunicación de enlace ascendente a la nave espacial es con DFE de banda X con el DSN o UHF a través de MRO. El enlace descendente, regido por los requisitos de volumen de datos, es solo retransmisión UHF, como se muestra en Figura 5-1". Solo UHF entre el rover y los satélites en órbita de Marte. ¡Gracias! Puedo actualizar la pregunta o, si lo desea, puede publicar una respuesta adicional que corrija la premisa de mi pregunta.
@uhoh, creo que actualizar la pregunta es mejor :)

Respuestas (1)

Esta respuesta se basa en un libro llamado "El diseño y la ingeniería de la curiosidad".

https://doi.org/10.1007/978-3-319-68146-7

En el capítulo 6 se menciona que

Las Hazcams y Navcams son repuestos de vuelo o copias impresas de las cámaras de ingeniería del mismo nombre en los Mars Exploration Rovers; esto no solo ahorró dinero en hardware, sino que facilitó significativamente el uso de una versión modificada del mismo software de conducción móvil para Curiosity que para Spirit y Opportunity.

Podemos suponer que la Posición de Actitud de Superficie y Señalamiento (SAPP) es similar a la utilizada en el Mars Exploration Rover. Debido a eso, podemos confiar en un documento llamado "Cámaras de ingeniería de Rover de exploración de Marte"

https://doi.org/10.1029/2003JE002077

Parece que la información de actitud se recopila de dos fuentes principales: una unidad de medición inercial y las cámaras móviles. La IMU proporciona los ángulos de balanceo y cabeceo del rover (vector Nadir) midiendo la aceleración de la gravedad. Las cámaras NAV se utilizan para calcular la posición del sol.

Si se conoce la posición del móvil, es posible calcular la posición del sol en un marco inercial (J2000) utilizando un modelo bien conocido. La combinación de este conocimiento con la medición del vector Nadir y el vector solar se puede utilizar para estimar la actitud del robot y también la actitud de la antena.

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Gracias por tu respuesta. ¡El trabajo de Cámaras de Ingeniería se ve muy bien! Le daré una lectura.
En pocas palabras: los acelerómetros ceden, el Sol da acimut. Las efemérides a bordo de la Tierra, Marte y la ubicación del rover en Marte, que el equipo de operaciones mantiene actualizadas, permiten que el HGA gire para rastrear la Tierra en el cielo. Hay un instrumento más crítico y requiere calibración: la hora actual.
@MarkAdler ¿alguna idea o corrección? space.stackexchange.com/a/30829/12102
@MarkAdler He citado su respuesta como comentario en ¿Cómo se gestionan los tiempos de eventos de naves espaciales (SET); ¿A qué escalas de tiempo están vinculados? tal vez usted puede dar algunos más? Extraño tus publicaciones y estoy seguro de que otros también lo hacen.
¿Cómo sabe Curiosity cómo apuntar y mover su antena de alta ganancia en tiempo real?
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