Uma dança fortemente coreografada entre a Deep Space Network da NASA e os orbitadores de Marte manterá o Perseverance da agência em contato com a Terra durante o pouso e depois.

Quando o rover Mars 2020 Perseverance da NASA pousa com o helicóptero Ingenuity Mars no planeta vermelho em 18 de fevereiro, eles não estarão sozinhos. Da órbita, dois amigos robóticos desempenharão um papel especial no evento verificando os sinais vitais da missão desde o momento em que Perseverance entra na atmosfera até muito depois de fazer seus primeiros rastros na superfície marciana.

O Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) da NASA e o Mars Atmospheric and Volatile EvolutioN (MAVEN) fazem parte da Mars Relay Network, uma constelação de naves espaciais que serve como uma tábua de salvação para as atuais missões de superfície em Marte - o rover Curiosity da NASA e o módulo de pouso InSight.

Embora alguns comandos e telemetria possam ser enviados diretamente de e para a Terra, em geral, as enormes quantidades de dados científicos coletados por rovers e landers não podem, porque demoraria muito. A maioria dos dados que viajam de volta para a Terra devem primeiro ser enviados para os orbitadores de Marte acima, que então transmitem os dados a dezenas de milhões de milhas através do espaço interplanetário para antenas de rádio na Terra, incluindo as antenas da venerável Deep Space Network (DSN) da NASA.

"É um grande esforço manter as comunicações com nossa espaçonave em todo o sistema solar, mas as missões de superfície de Marte levam esse compromisso a outro nível, "disse Bradford Arnold, Gerente de projeto DSN no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia. "Desde que a Mars Global Surveyor (MGS) chegou em órbita em 1997, um fluxo constante de orbitadores foi adicionado, transportando rádios de retransmissão e antenas, que fornecem comunicações altamente eficientes entre os pousadores de superfície e a Terra. Embora a coreografia deste esquema de retransmissão seja agora um tanto comum para ativos no local, ainda é extremamente desafiador coordenar todos os links de comunicação por um breve período durante a chegada de um módulo de pouso. "

Esta dança irá garantir que o mundo possa assistir a entrada do Perseverance, descida, e pouso - uma sequência angustiante de eventos que começará quando o cruzeiro interplanetário do rover terminar.

Além do horizonte

Conforme a Perseverança entra na atmosfera marciana dentro de seu aeroshell protetor, o rover alternará entre várias de suas antenas a bordo para permanecer em contato com a Terra. Algumas dessas antenas usam poderosas transmissões de banda X que podem enviar pequenas quantidades de dados diretamente para o DSN. Outros usam frequências ultra-altas (ou UHF) para se comunicar com o MRO e o MAVEN.

Gerenciado pelo JPL para o programa de Comunicações e Navegação Espacial da NASA (SCaN), o DSN consiste em várias antenas de rádio parabólicas em estações terrestres no sul da Califórnia, perto de Madrid, Espanha, e fora de Canberra, Austrália. Essa configuração permite que os controladores de missão se comuniquem com as espaçonaves em todo o sistema solar em todos os momentos da rotação diária da Terra. Durante a aterrissagem do Perseverance, As antenas de Madrid serão treinadas em Marte, assumindo a liderança ao receber dados. O complexo Goldstone perto de Barstow, Califórnia, também estará escutando como um backup.

Desde a aterrissagem do Mars Exploration Rovers Spirit and Opportunity da NASA em 2004, dados científicos têm sido rotineiramente retransmitidos através dos orbitadores de Marte para o DSN, começando com MGS e, em seguida, o orbitador Odyssey veterano da NASA, que circula Marte desde 2001.

Como os dois minutos finais da descida e aterrissagem do Perseverance serão principalmente além do horizonte de Marte da perspectiva da Terra, comunicações de banda X "direto para a Terra" serão impossíveis, e o rover se comunicará com a Terra somente via MRO e MAVEN ao pousar.

Em órbita desde 2006, O MRO foi projetado como uma missão científica e para atuar como um retransmissor de comunicações para missões de superfície terrestre. Mas recebeu um upgrade para se preparar para o pouso do Perseverance.

"No ano passado, o software da espaçonave MRO e seu rádio UHF foram atualizados para permitir o retorno quase imediato dos dados coletados durante o EDL. O MRO irá capturar a telemetria transmitida pelo Perseverance e usar sua antena de 3 metros [10 pés] para transmiti-la imediatamente para a Terra, "disse Roy Gladden, gerente da Mars Relay Network no JPL. "Chamamos isso de 'tubo curvo, "o que nos permite receber notícias do Perseverance, embora Marte esteja bloqueando nossa visão da Terra."

Primeira palavra de Jezero

Enquanto o MRO retransmite a aterrissagem do Perseverance em tempo quase real, os engenheiros do controle de missão esperam confirmar o pouso - e receber a primeira imagem - logo após 12h55. PST (15:55 EST). Por causa da distância que o sinal tem que viajar de Marte à Terra, a espaçonave terá pousado (conhecido como "tempo do evento da espaçonave") 11 minutos e 22 segundos antes.

Mais tarde, por volta das 4:27 da tarde PST (19h27 EST), O Odyssey sobrevoará o local de pouso e se comunicará com o rover para confirmar sua integridade. A próxima sessão de revezamento depois disso será por volta das 18h36. PST (21h36 EST) pelo Trace Gas Orbiter (TGO) da ESA (Agência Espacial Europeia), que também verificará a saúde do Perseverance e transmitirá todas as imagens que o rover transmitiu do local de pouso.

Além disso, O MAVEN irá capturar todo o pouso com uma gravação de amplo espectro rica em dados, e enviará as informações de volta à Terra várias horas após o pouso. Esses dados podem ser usados ​​para preencher qualquer telemetria (dados de engenharia) do rover durante o EDL que foi perdido pelo MRO durante o relé inicial, e fornecer outras medidas do evento.

Este sistema de camaradagem ajuda a garantir que poucos dados sejam perdidos durante o pouso histórico do Perseverance na cratera de Jezero, ao mesmo tempo que confirma a saúde do rover e sua localização precisa.

Operações Científicas

Claro, as comunicações não param após o pouso. É quando a complicada tarefa de enviar comandos ao Perseverance e receber a enorme produção de dados científicos do rover começará.

Durante sua missão, o rover terá todos os orbitadores da Mars Relay Network para suporte - incluindo o MRO da NASA, MAVEN, Odisséia, e o TGO da ESA, que tem desempenhado um papel fundamental na rede nos últimos anos. Até o orbitador Mars Express da ESA estará disponível para comunicações de emergência em caso de necessidade. Enquanto os orbitadores da NASA se comunicam exclusivamente com o DSN, os orbitadores da ESA também se comunicam através da rede European Space Tracking e de estações terrestres localizadas na Rússia.

Embora a Mars Relay Network tenha se expandido para incluir mais espaçonaves e mais parceiros internacionais, com cada nova missão de superfície vem uma complexidade adicional ao programar as sessões de retransmissão para cada sobrevôo do orbitador.

"O Curiosity e o InSight estão próximos o suficiente um do outro em Marte para serem quase sempre visíveis pelos orbitadores ao mesmo tempo que sobrevoam. A perseverança pousará longe o suficiente para não poder ser vista simultaneamente pelo MRO, TGO, e Odisséia, mas às vezes MAVEN, que tem uma órbita maior, será capaz de ver todos os três veículos ao mesmo tempo, "acrescentou Gladden." Uma vez que usamos o mesmo conjunto de frequências quando nos comunicamos com todos os três, temos que programar cuidadosamente quando cada orbitador se comunica com cada módulo de pouso. Nós nos tornamos bons nisso nos últimos 18 anos, à medida que rovers e landers iam e vinham, incluindo a colaboração com a ESA, e estamos entusiasmados em ver a Mars Relay Network estabelecer novos recordes de rendimento ao retornar os enormes conjuntos de dados do Perseverance. "

Em última análise, este esforço de comunicação conectando a Terra e Marte nos permitirá ver imagens de alta resolução (e ouvir os primeiros sons) capturadas pelo Perseverance, e os cientistas poderão ampliar nosso conhecimento sobre a antiga geologia do planeta vermelho e o fascinante potencial astrobiológico.

Mais sobre perseverança

Um dos principais objetivos da missão do Perseverance em Marte é a astrobiologia, incluindo a busca por sinais de vida microbiana ancestral. O rover irá caracterizar a geologia do planeta e o clima anterior, pavimentar o caminho para a exploração humana do Planeta Vermelho, e seja a primeira missão a coletar e armazenar rochas e regolitos marcianos.

Missões subsequentes, atualmente sob consideração pela NASA em cooperação com a ESA, enviaria uma espaçonave a Marte para coletar essas amostras seladas da superfície e devolvê-las à Terra para uma análise aprofundada.

A missão Mars 2020 é parte de uma iniciativa maior da NASA que inclui missões à Lua como uma forma de se preparar para a exploração humana do Planeta Vermelho. Acusado de retornar astronautas à Lua até 2024, A NASA estabelecerá uma presença humana sustentada na Lua e em torno dela até 2028 por meio dos planos de exploração lunar Artemis da NASA.