Een strak gechoreografeerde dans tussen NASA's Deep Space Network en Mars-orbiters zal de Perseverance van het bureau in contact houden met de aarde tijdens de landing en daarna.

Wanneer NASA's Mars 2020 Perseverance-rover op 18 februari landt met de Ingenuity Mars Helicopter op de Rode Planeet, ze zullen niet alleen zijn. vanuit de baan, twee robotvrienden zullen een speciale rol spelen in het evenement door de vitale functies van de missie te controleren vanaf het moment dat Perseverance de atmosfeer binnenkomt tot lang nadat het zijn eerste sporen op het oppervlak van Mars heeft gemaakt.

NASA's Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) en de Mars Atmospheric and Volatile EvolutioN (MAVEN) orbiter maken deel uit van het Mars Relay Network, een constellatie van ruimtevaartuigen die dient als een reddingslijn voor de huidige oppervlaktemissies op Mars - NASA's Curiosity-rover en InSight-lander.

Hoewel sommige opdrachten en telemetrie rechtstreeks van en naar de aarde kunnen worden verzonden, voor het grootste gedeelte, de enorme hoeveelheden wetenschappelijke gegevens die door rovers en landers zijn verzameld, kunnen niet, omdat het te lang zou duren. De meeste gegevens die terug naar de aarde reizen, moeten eerst naar de bovengrondse banen van Mars worden gestuurd. die vervolgens de gegevens tientallen miljoenen kilometers door de interplanetaire ruimte verzenden naar radioantennes op aarde, inclusief de antennes van NASA's eerbiedwaardige Deep Space Network (DSN).

"Het is een enorme inspanning om de communicatie met ons ruimtevaartuig in het hele zonnestelsel te behouden, maar Mars-oppervlaktemissies brengen deze toewijding naar een ander niveau, " zei Bradford Arnold, DSN-projectmanager bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië. "Sinds de Mars Global Surveyor (MGS) in 1997 in een baan om de aarde arriveerde, een gestage stroom van orbiters is toegevoegd, met relaisradio's en antennes, die zorgen voor zeer efficiënte communicatie tussen oppervlaktelanders en de aarde. Hoewel de choreografie van dit relaisschema nu enigszins alledaags is voor aanwezige activa, het is nog steeds een enorme uitdaging om alle communicatieverbindingen te coördineren voor de zeer korte tijd tijdens de aankomst van een lander."

Deze dans zal ervoor zorgen dat de wereld de intrede van Perseverance kan zien, herkomst, en landen - een aangrijpende opeenvolging van gebeurtenissen die zal beginnen als de interplanetaire cruise van de rover eindigt.

Over de horizon

Terwijl Perseverance de atmosfeer van Mars binnenkomt in zijn beschermende aeroshell, de rover zal schakelen tussen verschillende van zijn ingebouwde antennes om in contact te blijven met de aarde. Sommige van deze antennes gebruiken krachtige X-band transmissies die kleine hoeveelheden data rechtstreeks naar de DSN kunnen sturen. Anderen gebruiken ultrahoge frequenties (of UHF) om te communiceren met MRO en MAVEN.

Beheerd door JPL voor NASA's Space Communications and Navigation-programma (SCaN), de DSN bestaat uit verschillende parabolische radioantennes op grondstations in Zuid-Californië, in de buurt van Madrid, Spanje, en buiten Canberra, Australië. Met deze configuratie kunnen missiecontrollers te allen tijde tijdens de dagelijkse rotatie van de aarde communiceren met ruimtevaartuigen in het hele zonnestelsel. Tijdens de landing van Perseverance, De antennes van Madrid zullen op Mars worden getraind, het voortouw nemen bij het ontvangen van gegevens. Het Goldstone-complex bij Barstow, Californië, zal ook meeluisteren als back-up.

Sinds de landing van NASA's Mars Exploration Rovers Spirit and Opportunity in 2004, wetenschappelijke gegevens zijn routinematig doorgegeven via de Mars-orbiters naar de DSN, beginnend met MGS en vervolgens NASA's veteraan Odyssey orbiter, die sinds 2001 om Mars cirkelt.

Omdat de laatste twee minuten van de afdaling en landing van Perseverance vanuit het perspectief van de aarde grotendeels voorbij de horizon van Mars zullen zijn, "direct-to-earth" X-band communicatie zal onmogelijk zijn, en de rover zal uitsluitend via MRO en MAVEN met de aarde communiceren wanneer hij landt.

In een baan om de aarde sinds 2006, MRO is ontworpen als een wetenschappelijke missie en om te fungeren als communicatie-relais voor missies aan de grond. Maar het kreeg een upgrade om zich voor te bereiden op de landing van Perseverance.

"In het afgelopen jaar, de software van het MRO-ruimtevaartuig en zijn UHF-radio zijn bijgewerkt om de bijna onmiddellijke terugkeer van gegevens die tijdens EDL zijn verzameld, mogelijk te maken. MRO zal de telemetrie vastleggen die door Perseverance wordt uitgezonden en zijn schotel van 3 meter [10 voet] gebruiken om deze onmiddellijk naar de aarde te verzenden, zei Roy Gladden, manager van het Mars Relay Network bij JPL. "We noemen dit een 'gebogen pijp, " waardoor we bericht kunnen krijgen van Perseverance, ook al blokkeert Mars ons zicht vanaf de aarde."

Eerste woord van Jezero

Terwijl MRO de landing van Perseverance in bijna realtime doorgeeft, ingenieurs van missiecontrole hopen de landing te bevestigen - en de eerste afbeelding te ontvangen - kort na 12:55 uur. PST (15:55 uur EST). Vanwege de afstand die het signaal moet afleggen van Mars naar de aarde, het ruimtevaartuig zal 11 minuten en 22 seconden eerder zijn geland (bekend als "ruimtevaartuiggebeurtenistijd").

Later, om ongeveer 16:27 uur PST (19:27 uur EST), Odyssey zal over de landingsplaats vliegen en met de rover communiceren om zijn gezondheid te bevestigen. De volgende estafettesessie daarna is om ongeveer 18:36 uur. PST (21:36 uur EST) door de Trace Gas Orbiter (TGO) van ESA (de European Space Agency), die ook de gezondheid van Perseverance controleert en alle afbeeldingen doorstuurt die de rover vanaf de landingsplaats heeft verzonden.

In aanvulling, MAVEN zal de hele landing vastleggen met een datarijke breedspectrumopname, en zal de informatie enkele uren na de landing naar de aarde terugsturen. Deze gegevens kunnen worden gebruikt om alle telemetrie (technische gegevens) van de rover tijdens EDL in te vullen die door MRO zijn gemist tijdens het eerste relais, en geef andere metingen van het evenement.

Dit buddy-systeem zorgt ervoor dat er weinig gegevens verloren gaan tijdens de historische landing van Perseverance in Jezero Crater, terwijl het ook de gezondheid van de rover en zijn precieze locatie bevestigt.

Wetenschapsactiviteiten

Natuurlijk, communicatie stopt niet na de landing. Dat is wanneer de gecompliceerde taak van het verzenden van opdrachten naar Perseverance en het ontvangen van de enorme wetenschappelijke gegevens van de rover begint.

Tijdens zijn missie, de rover zal alle orbiters in het Mars Relay Network ter ondersteuning hebben, inclusief NASA's MRO, MAVEN, Odyssee, en ESA's TGO, die de afgelopen jaren een sleutelrol heeft gespeeld in het netwerk. Zelfs ESA's Mars Express-orbiter zal beschikbaar zijn voor noodcommunicatie mocht dat nodig zijn. Terwijl de NASA-orbiters uitsluitend communiceren met de DSN, de ESA-orbiters communiceren ook via het European Space Tracking-netwerk en grondstations in Rusland.

Hoewel het Mars Relay Network is uitgebreid met meer ruimtevaartuigen en meer internationale partners, met elke nieuwe oppervlaktemissie komt er extra complexiteit bij het plannen van de estafettesessies voor elke orbiter-viaduct.

"Nieuwsgierigheid en InSight zijn dicht genoeg bij elkaar op Mars dat ze bijna altijd zichtbaar zijn voor de orbiters op hetzelfde moment dat ze overvliegen. Doorzettingsvermogen zal ver genoeg landen zodat het niet tegelijkertijd kan worden gezien door MRO, TGO, en Odyssee, maar soms MAVEN, die een grotere baan heeft, alle drie de voertuigen tegelijkertijd kunnen zien, " voegde Gladden toe. "Omdat we dezelfde reeks frequenties gebruiken bij het communiceren met alle drie, we moeten zorgvuldig plannen wanneer elke orbiter met elke lander praat. We zijn hier de afgelopen 18 jaar goed in geworden, aangezien rovers en landers zijn gekomen en gegaan, inclusief samenwerking met ESA, en we zijn verheugd om te zien dat het Mars Relay Network nieuwe doorvoerrecords heeft neergezet omdat het de enorme datasets van Perseverance retourneert."

uiteindelijk, deze communicatie-inspanning die de aarde en Mars verbindt, stelt ons in staat om beelden met een hoge resolutie te zien (en de eerste geluiden te horen) vastgelegd door Perseverance, en wetenschappers zullen onze kennis over de oude geologie en het fascinerende astrobiologische potentieel van de Rode Planeet kunnen vergroten.

Meer over doorzettingsvermogen

Een belangrijk doel van de missie van Perseverance op Mars is astrobiologie, inclusief het zoeken naar tekenen van oud microbieel leven. De rover zal de geologie van de planeet en het klimaat in het verleden karakteriseren, de weg vrijmaken voor menselijke verkenning van de Rode Planeet, en wees de eerste missie om Martiaanse rots en regoliet te verzamelen en te cachen.

Volgende missies, momenteel in behandeling bij NASA in samenwerking met ESA, zou ruimtevaartuigen naar Mars sturen om deze verzegelde monsters van het oppervlak te verzamelen en terug te sturen naar de aarde voor diepgaande analyse.

De Mars 2020-missie maakt deel uit van een groter NASA-initiatief dat missies naar de maan omvat als een manier om voor te bereiden op menselijke verkenning van de Rode Planeet. Belast met het terugbrengen van astronauten naar de maan tegen 2024, NASA zal tegen 2028 een duurzame menselijke aanwezigheid op en rond de maan tot stand brengen via NASA's Artemis-maanverkenningsplannen.