La red de comunicaciones de la NASA nos conecta con los exploradores marcianos

Cinco naves espaciales actualmente en órbita alrededor del Planeta Rojo forman la Red de Retransmisión de Marte para transmitir comandos desde la Tierra a las misiones de superficie y recibir datos científicos de ellas. En el sentido de las agujas del reloj, desde la parte superior izquierda: Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) de la NASA, Mars Atmospheric and Volatile EvolutioN (MAVEN), Mars Odyssey y Mars Express y Trace Gas Orbiter (TGO) de la Agencia Espacial Europea (ESA).
Crédito: NASA / JPL-Caltech, ESA.

Una danza estrechamente coreografiada entre la Red del Espacio Profundo de la NASA y los orbitadores de Marte mantendrá a Perseverance 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 desempeñarán un papel especial en el evento, verificando los signos vitales de la misión, desde el momento en que Perseverance ingrese a la atmósfera hasta mucho después de que realice 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 y el módulo de aterrizaje InSight de la NASA.

Si bien algunos comandos y telemetría se pueden enviar directamente desde y hacia la Tierra, en su mayor parte, con las enormes cantidades de datos científicos recopilados por los rovers y los módulos de aterrizaje no se hace así, porque llevaría demasiado tiempo. La mayoría de los datos que viajan de regreso a la Tierra deben enviarse primero a los orbitadores de Marte, que luego transmiten los datos a través de decenas de millones de kilómetros de espacio interplanetario hasta sus receptores en la Tierra antenas de radio, incluidas las antenas de la venerable Red de Espacio Profundo (DSN) de la NASA.

“Es un gran esfuerzo mantener las comunicaciones con nuestras naves espaciales en todo el sistema solar, pero las misiones a la superficie de Marte llevan este compromiso a otro nivel”, dijo Bradford Arnold, gerente de proyecto 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, que llevan radios de retransmisión 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 retransmisión es ahora algo común para los orbitadores, sigue siendo extremadamente difícil coordinar todos los enlaces de comunicación durante el breve tiempo en el que se desarrolla la llegada de un módulo de aterrizaje “.

Esta danza asegurará que el mundo pueda ver la entrada, el descenso y el aterrizaje de Perseverance, una secuencia desgarradora de eventos que comenzará cuando finalice el crucero interplanetario del rover.

Deep Space Network tiene estaciones terrestres en Madrid (España), Goldstone (Sur de California) y Canberra (Australia). En la imagen, las antenas de radio de Madrid liderarán la recepción de telemetría de la Red en la retransmisión de Marte durante la entrada, el descenso y el aterrizaje de Perseverance.
Crédito: NASA / JPL-Caltech.
Sobre el horizonte

A medida que Perseverance ingresa a la atmósfera marciana dentro de su aeroshell protector, el rover utilizará 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. Otras 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, la DSN consta de varias antenas de radio parabólicas en estaciones terrestres en el sur de California, cerca de Madrid, España, y en las afueras 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, a pesar de la rotación de la Tierra. Durante el aterrizaje de Perseverance, las antenas de Madrid se encargarán de recibir las señales desde Marte, liderando la crucial tarea de comunicación. El complejo de Goldstone cerca de Barstow, California, también estarán como respaldo de transmisión, apuntando a Marte.

Desde el aterrizaje de los Mars Exploration Rovers Spirit y 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 girando alrededor de 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 “directa a la Tierra” será imposible, y el rover se comunicará con la Tierra únicamente a través de MRO y MAVEN cuando el rover aterrice.

En órbita desde 2006, MRO fue diseñado como una misión científica y para actuar como un relé de comunicaciones para las misiones en superficie. Para tenerlo todo preparado y a punto para el aterrizaje de Perseverance, MRO recibió una importante actualización.

“El año pasado, el software de la nave espacial MRO y su radio UHF se actualizaron 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 para transmitirla inmediatamente a la Tierra ”, dijo Roy Gladden, gerente de Mars Relay Network en JPL. “A esto lo llamamos ‘bent pipe’, que nos permite recibir noticias de Perseverance a pesar de que Marte aparezca bloqueado a nuestra vista desde la Tierra”.

Primer contacto desde Jezero

Mientras MRO retransmita el aterrizaje de Perseverance casi en tiempo real, los ingenieros en el 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), ( 21:55 hora peninsular española). Debido a la distancia que tiene que viajar la señal desde Marte a la Tierra, la nave espacial habrá aterrizado 11 minutos y 22 segundos antes.

Más tarde, alrededor de 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 estado de salud. La siguiente sesión de comunicación será aproximadamente a las 6:36 p.m. PST (9:36 p.m. EST) por Trace Gas Orbiter (TGO) de la ESA (Agencia Espacial Europea), que también verificará el estado 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 y enviará la información a la Tierra varias horas después del aterrizaje. Estos datos podrían usarse para completar cualquier telemetría (datos de ingeniería) del rover durante la EDL que el MRO no haya podido detectar, y proporcionar otras mediciones 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 confirmará la salud del rover y su ubicación precisa.

Si quieres disfrutar de una visualización interactiva de la Mars Relay Network para ver las naves espaciales que se comunican con las misiones de la NASA, te recomendamos que accedas a NASA’s Eyes, donde en el icono de calendario en la parte inferior de la pantalla, podrás ver qué orbitadores están transmitiendo datos en tiempo real.

Crédito: NASA / JPL-Caltech
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 Red de retransmisión de Marte como apoyo, incluidos MRO, MAVEN, Odyssey de la NASA y TGO de la ESA, que ha desempeñado 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 la 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 la Mars Relay Network se ha expandido para poder incluir más naves espaciales y más socios internacionales, con cada nueva misión en la superficie marciana, se agrega una complejidad adicional al tener que programar las sesiones de comunicación para cada sobrevuelo de cada orbitador.

“Curiosity e InSight están lo suficientemente cerca uno del otro en Marte, que casi siempre son visibles para los orbitadores cuando los sobrevuelan. Perseverance aterrizará lo suficientemente lejos como para que MRO, TGO y Odyssey no puedan verlo simultáneamente, sin embargo MAVEN, que tiene una órbita más grande, podrá ver a 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. Nos hemos vuelto buenos en esto durante los últimos 18 años a medida que los rovers y módulos de aterrizaje han ido llegando, contando con la colaboración de la ESA, y estamos emocionados por ver que la Mars Relay Network establezca nuevos récords de rendimiento a medida que devuelva los enormes conjuntos de datos de Perseverance “.

En última instancia, este esfuerzo de comunicación 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 nuestro conocimiento sobre la antigua geología del Planeta Rojo y su fascinante potencial astrobiológico.