Una danza estrechamente coreografiada entre la Red del Espacio Profundo de la NASA y los orbitadores de Marte mantendrá la Perseverancia de la agencia en contacto con la Tierra durante el aterrizaje y más allá.

Cuando el rover Perseverance Mars 2020 de la NASA aterrice con el Helicóptero Ingenuity Mars en el Planeta Rojo el 18 de febrero, no estarán solos. Desde la órbita, dos amigos robóticos jugarán un papel especial en el evento al verificar los signos vitales de la misión desde el momento en que Perseverance ingresa a la atmósfera hasta mucho después de que hace sus primeras huellas en la superficie marciana.

El Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) de la NASA y el Mars Atmospheric and Vollatile EvolutioN (MAVEN) son parte de la Mars Relay Network, una constelación de naves espaciales que sirve como salvavidas para las misiones de superficie actuales en Marte:el rover Curiosity de la NASA y el módulo de aterrizaje InSight.

Si bien algunos comandos y telemetría se pueden enviar directamente desde y hacia la Tierra, en la mayor parte, las enormes cantidades de datos científicos recopilados por rovers y módulos de aterrizaje no pueden, porque llevaría demasiado tiempo. La mayoría de los datos que viajan de regreso a la Tierra deben enviarse primero a los orbitadores de Marte en lo alto, que luego transmiten los datos decenas de millones de millas a través del espacio interplanetario a antenas de radio en la Tierra, incluidas las antenas de la venerable Deep Space Network (DSN) de la NASA.

"Es un gran esfuerzo mantener las comunicaciones con nuestra nave espacial en todo el sistema solar, pero las misiones a la superficie de Marte llevan este compromiso a otro nivel, "dijo Bradford Arnold, Gerente de proyectos de DSN en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. "Desde que Mars Global Surveyor (MGS) llegó a la órbita en 1997, se ha agregado un flujo constante de orbitadores, llevar radios de relevo y antenas, que proporcionan comunicaciones altamente eficientes entre los módulos de aterrizaje de superficie y la Tierra. Si bien la coreografía de este esquema de relevos es ahora algo común para los activos en su lugar, Todavía es extremadamente difícil coordinar todos los enlaces de comunicación durante el breve período de tiempo durante la llegada de un módulo de aterrizaje ".

Este baile asegurará que el mundo pueda ver la entrada de Perseverance, descendencia, y aterrizaje:una secuencia desgarradora de eventos que comenzará cuando finalice el crucero interplanetario del rover.

Sobre el horizonte

Cuando la perseverancia entra en la atmósfera marciana dentro de su caparazón protector, el rover cambiará entre varias de sus antenas a bordo para permanecer en contacto con la Tierra. Algunas de estas antenas utilizan potentes transmisiones de banda X que pueden enviar pequeñas cantidades de datos directamente al DSN. Otros usan frecuencias ultra altas (o UHF) para comunicarse con MRO y MAVEN.

Gestionado por JPL para el programa de Navegación y Comunicaciones Espaciales (SCaN) de la NASA, el DSN consta de varias antenas de radio parabólicas en estaciones terrestres en el sur de California, cerca de Madrid, España, y fuera de Canberra, Australia. Esta configuración permite a los controladores de la misión comunicarse con las naves espaciales en todo el sistema solar en todo momento durante la rotación diaria de la Tierra. Durante el desembarco de la perseverancia, Las antenas de Madrid se entrenarán en Marte, tomar la iniciativa al recibir datos. El complejo Goldstone cerca de Barstow, California, también estará escuchando como respaldo.

Desde el aterrizaje del Mars Exploration Rovers Spirit and Opportunity de la NASA en 2004, Los datos científicos se han transmitido de forma rutinaria a través de los orbitadores de Marte al DSN, comenzando con MGS y luego con el veterano orbitador Odyssey de la NASA, que ha estado dando vueltas a Marte desde 2001.

Debido a que los últimos dos minutos del descenso y el aterrizaje de Perseverance estarán en su mayoría más allá del horizonte de Marte desde la perspectiva de la Tierra, Las comunicaciones en banda X "directas a la Tierra" serán imposibles, y el rover se comunicará con la Tierra únicamente a través de MRO y MAVEN cuando aterrice.

En órbita desde 2006, MRO fue diseñado como una misión científica y para actuar como un relé de comunicaciones para misiones terrestres aterrizadas. Pero recibió una mejora para prepararse para el aterrizaje de Perseverance.

"En el año pasado, el software de la nave espacial MRO y su radio UHF se han actualizado para permitir la devolución casi inmediata de los datos recopilados durante la EDL. MRO capturará la telemetría transmitida por Perseverance y usará su plato de 3 metros [10 pies] para transmitirla inmediatamente a la Tierra. "dijo Roy Gladden, gerente de Mars Relay Network en JPL. "A esto lo llamamos 'tubería doblada, "lo que nos permite recibir noticias de Perseverance a pesar de que Marte está bloqueando nuestra vista desde la Tierra".

Primera palabra de Jezero

Mientras MRO retransmite el aterrizaje de Perseverance casi en tiempo real, Los ingenieros de control de la misión esperan confirmar el aterrizaje y recibir la primera imagen poco después de las 12:55 p.m. PST (3:55 p.m. EST). Debido a la distancia que tiene que viajar la señal de Marte a la Tierra, la nave espacial habrá aterrizado (conocido como "tiempo de evento de la nave espacial") 11 minutos y 22 segundos antes.

Más tarde, aproximadamente a las 4:27 p.m. PST (7:27 p.m. EST), Odyssey volará sobre el lugar de aterrizaje y se comunicará con el rover para confirmar su salud. La próxima sesión de relevos después de eso será aproximadamente a las 6:36 p.m. PST (9:36 p.m. EST) por Trace Gas Orbiter (TGO) de la ESA (la Agencia Espacial Europea), que también verificará la salud de Perseverance y transmitirá cualquier imagen que el rover haya transmitido desde el lugar de aterrizaje.

Además, MAVEN capturará todo el aterrizaje con una grabación de amplio espectro rica en datos, y enviará la información a la Tierra varias horas después del aterrizaje. Estos datos podrían usarse para completar cualquier telemetría (datos de ingeniería) del móvil durante la EDL que el MRO no haya detectado durante la retransmisión inicial. y proporcionar otras medidas del evento.

Este sistema de compañeros ayuda a garantizar que se pierdan pocos datos durante el histórico aterrizaje de Perseverance en el cráter Jezero, al tiempo que confirma la salud del rover y su ubicación precisa.

Operaciones científicas

Por supuesto, las comunicaciones no se detienen después del aterrizaje. Ahí es cuando comenzará la complicada tarea de enviar comandos a Perseverance y recibir la enorme salida de datos científicos del rover.

Durante su misión, el rover contará con todos los orbitadores de la Mars Relay Network como apoyo, incluido el MRO de la NASA, MAVEN, Odisea, y TGO de la ESA, que ha jugado un papel clave en la red durante los últimos años. Incluso el orbitador Mars Express de la ESA estará disponible para comunicaciones de emergencia en caso de que surja la necesidad. Mientras que los orbitadores de la NASA se comunican exclusivamente con el DSN, Los orbitadores de la ESA también se comunican a través de la red europea de seguimiento espacial y las estaciones terrestres ubicadas en Rusia.

Aunque Mars Relay Network se ha expandido para incluir más naves espaciales y más socios internacionales, con cada nueva misión de superficie viene una complejidad añadida al programar las sesiones de relevo para cada paso elevado del orbitador.

"Curiosity e InSight están lo suficientemente cerca el uno del otro en Marte que casi siempre son visibles para los orbitadores al mismo tiempo cuando sobrevuelan. La perseverancia aterrizará lo suficientemente lejos como para que MRO no pueda verlos simultáneamente, TGO, y Odyssey, pero a veces MAVEN, que tiene una órbita más grande, podrá ver los tres vehículos al mismo tiempo, "agregó Gladden." Dado que usamos el mismo conjunto de frecuencias cuando nos comunicamos con los tres, tenemos que programar cuidadosamente cuándo cada orbitador habla con cada módulo de aterrizaje. Hemos mejorado en esto durante los últimos 18 años a medida que los rovers y los módulos de aterrizaje han ido y venido, incluida la colaboración con la ESA, y estamos emocionados de ver que Mars Relay Network establece nuevos récords de rendimiento a medida que devuelve los enormes conjuntos de datos de Perseverance ".

Por último, Este esfuerzo de comunicaciones que conecta la Tierra y Marte nos permitirá ver imágenes de alta resolución (y escuchar los primeros sonidos) capturadas por Perseverance, y los científicos podrán ampliar nuestros conocimientos sobre la antigua geología y el fascinante potencial astrobiológico del Planeta Rojo.

Más acerca de la perseverancia

Un objetivo clave de la misión de Perseverance en Marte es la astrobiología, incluida la búsqueda de signos de vida microbiana antigua. El rover caracterizará la geología del planeta y el clima pasado, allanar el camino para la exploración humana del Planeta Rojo, y sé la primera misión en recolectar y almacenar rocas y regolitos marcianos.

Misiones posteriores, actualmente bajo consideración por la NASA en cooperación con la ESA, enviaría naves espaciales a Marte para recolectar estas muestras selladas de la superficie y devolverlas a la Tierra para un análisis en profundidad.

La misión Mars 2020 es parte de una iniciativa más grande de la NASA que incluye misiones a la Luna como una forma de prepararse para la exploración humana del Planeta Rojo. Encargado de regresar astronautas a la Luna para 2024, La NASA establecerá una presencia humana sostenida en la Luna y sus alrededores para el 2028 a través de los planes de exploración lunar Artemis de la NASA.