Una danza strettamente coreografata tra il Deep Space Network della NASA e gli orbiter di Marte manterrà la Perseverance dell'agenzia in contatto con la Terra durante l'atterraggio e oltre.

Quando il rover Perseverance Mars 2020 della NASA atterrerà con l'elicottero Ingenuity Mars sul pianeta rosso il 18 febbraio, non saranno soli. Dall'orbita, due amici robot giocheranno un ruolo speciale nell'evento controllando i segni vitali della missione dal momento in cui Perseverance entra nell'atmosfera fino a molto tempo dopo che ha lasciato le sue prime tracce sulla superficie marziana.

Il Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) della NASA e l'orbiter Mars Atmospheric and Volatile EvolutioN (MAVEN) fanno parte del Mars Relay Network, una costellazione di veicoli spaziali che funge da ancora di salvezza per le attuali missioni di superficie su Marte:il rover Curiosity della NASA e il lander InSight.

Mentre alcuni comandi e telemetria possono essere inviati direttamente da e verso la Terra, per la maggior parte, le enormi quantità di dati scientifici raccolti da rover e lander non possono, perché ci vorrebbe troppo tempo. La maggior parte dei dati che viaggiano verso la Terra devono prima essere inviati agli orbiter di Marte sopra la testa, che poi trasmettono i dati per decine di milioni di miglia attraverso lo spazio interplanetario alle antenne radio sulla Terra, comprese le antenne del venerabile Deep Space Network (DSN) della NASA.

"È un enorme sforzo mantenere le comunicazioni con la nostra navicella spaziale in tutto il sistema solare, ma le missioni sulla superficie di Marte portano questo impegno a un altro livello, " ha detto Bradford Arnold, Responsabile del progetto DSN presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California. "Da quando Mars Global Surveyor (MGS) è arrivato in orbita nel 1997, è stato aggiunto un flusso costante di orbiter, trasportando ripetitori radio e antenne, che forniscono comunicazioni altamente efficienti tra i lander di superficie e la Terra. Mentre la coreografia di questo schema di staffetta è ora piuttosto comune per le risorse in atto, è ancora estremamente impegnativo coordinare tutti i collegamenti di comunicazione per il brevissimo tempo durante l'arrivo di un lander."

Questa danza farà in modo che il mondo possa assistere all'ingresso di Perseverance, discesa, e atterraggio:una straziante sequenza di eventi che inizierà al termine della crociera interplanetaria del rover.

Oltre l'orizzonte

Quando Perseverance entra nell'atmosfera marziana all'interno del suo guscio protettivo, il rover passerà tra diverse delle sue antenne di bordo per rimanere in contatto con la Terra. Alcune di queste antenne utilizzano potenti trasmissioni in banda X che possono inviare piccole quantità di dati direttamente al DSN. Altri usano frequenze ultra alte (o UHF) per comunicare con MRO e MAVEN.

Gestito da JPL per il programma Space Communications and Navigation (SCaN) della NASA, il DSN è costituito da diverse antenne radio paraboliche presso le stazioni di terra nel sud della California, vicino a Madrid, Spagna, e fuori Canberra, Australia. Questa configurazione consente ai controllori di missione di comunicare con i veicoli spaziali in tutto il sistema solare in ogni momento durante la rotazione giornaliera della Terra. Durante l'atterraggio di Perseveranza, Le antenne di Madrid saranno puntate su Marte, prendere l'iniziativa durante la ricezione dei dati. Il complesso Goldstone vicino a Barstow, California, sarà anche in ascolto come backup.

Dall'atterraggio del Mars Exploration Rovers Spirit and Opportunity della NASA nel 2004, i dati scientifici sono stati regolarmente trasmessi tramite gli orbiter marziani al DSN, a cominciare da MGS e poi dal veterano orbiter Odyssey della NASA, che gira intorno a Marte dal 2001.

Poiché gli ultimi due minuti della discesa e dell'atterraggio di Perseverance saranno per lo più oltre l'orizzonte di Marte dalla prospettiva della Terra, Le comunicazioni in banda X "dirette verso la Terra" saranno impossibili, e il rover comunicherà con la Terra esclusivamente tramite MRO e MAVEN quando atterrerà.

In orbita dal 2006, MRO è stato progettato come missione scientifica e per fungere da relè di comunicazione per missioni di superficie atterrate. Ma ha ricevuto un aggiornamento per prepararsi all'atterraggio di Perseverance.

"Nell'anno passato, il software del veicolo spaziale MRO e la sua radio UHF sono stati aggiornati per consentire il ritorno quasi immediato dei dati raccolti durante l'EDL. MRO catturerà la telemetria trasmessa da Perseverance e utilizzerà la sua parabola di 3 metri [10 piedi] per trasmetterla immediatamente alla Terra, " ha detto Roy Gladden, manager della Mars Relay Network al JPL. "Chiamiamo questo un 'tubo piegato, " che ci permette di ricevere notizie da Perseverance anche se Marte sta bloccando la nostra vista dalla Terra."

Prima parola di Jezero

Mentre MRO trasmette quasi in tempo reale l'atterraggio di Perseverance, gli ingegneri del controllo missione sperano di confermare l'atterraggio e di ricevere la prima immagine poco dopo le 12:55. PST (15:55 EST). A causa della distanza che il segnale deve percorrere da Marte alla Terra, il veicolo spaziale sarà atterrato (noto come "tempo dell'evento del veicolo spaziale") 11 minuti e 22 secondi prima.

Dopo, verso le 16:27 PST (19:27 EST), Odyssey sorvolerà il sito di atterraggio e comunicherà con il rover per confermare la sua salute. La prossima sessione di staffetta sarà alle 18:36 circa. PST (21:36 EST) dal Trace Gas Orbiter (TGO) dell'ESA (l'Agenzia spaziale europea), che controllerà anche la salute di Perseverance e trasmetterà tutte le immagini che il rover ha trasmesso dal sito di atterraggio.

Inoltre, MAVEN catturerà l'intero atterraggio con una registrazione ad ampio spettro ricca di dati, e invierà le informazioni sulla Terra diverse ore dopo l'atterraggio. Questi dati potrebbero essere utilizzati per compilare qualsiasi telemetria (dati di ingegneria) dal rover durante l'EDL che è stata persa da MRO durante il relè iniziale, e fornire altre misurazioni dell'evento.

Questo sistema di amici aiuta a garantire che pochi dati vengano persi durante lo storico atterraggio di Perseverance nel cratere Jezero, confermando anche la salute del rover e la sua posizione precisa.

Operazioni scientifiche

Certo, le comunicazioni non si fermano dopo l'atterraggio. È allora che inizierà il complicato compito di inviare comandi a Perseverance e ricevere l'enorme output di dati scientifici del rover.

Durante la sua missione, il rover avrà tutti gli orbiter del Mars Relay Network per il supporto, incluso l'MRO della NASA, ESPERTO DI, Odissea, e il TGO dell'ESA, che ha svolto un ruolo chiave nella rete negli ultimi anni. Anche l'orbiter Mars Express dell'ESA sarà disponibile per comunicazioni di emergenza in caso di necessità. Mentre gli orbiter della NASA comunicano esclusivamente con il DSN, gli orbiter dell'ESA comunicano anche tramite la rete europea di localizzazione spaziale e le stazioni di terra situate in Russia.

Sebbene la Mars Relay Network si sia ampliata per includere più veicoli spaziali e più partner internazionali, con ogni nuova missione di superficie aumenta la complessità quando si pianificano le sessioni di inoltro per ogni sorvolo dell'orbiter.

"Curiosity e InSight sono abbastanza vicini l'uno all'altro su Marte da essere quasi sempre visibili dagli orbiter nello stesso momento in cui sorvolano. La perseveranza atterrerà abbastanza lontano da non poter essere vista contemporaneamente da MRO, TGO, e Odissea, ma a volte MAVEN, che ha un'orbita più grande, sarà in grado di vedere tutti e tre i veicoli contemporaneamente, " ha aggiunto Gladden. "Dal momento che usiamo lo stesso insieme di frequenze quando comunichiamo con tutti e tre, dobbiamo programmare attentamente quando ogni orbiter parla con ogni lander. Siamo diventati bravi in ​​questo negli ultimi 18 anni con rover e lander che andavano e venivano, compresa la collaborazione con l'ESA, e siamo entusiasti di vedere Mars Relay Network stabilire nuovi record di throughput mentre restituisce gli enormi set di dati di Perseverance".

In definitiva, questo sforzo di comunicazione che collega la Terra e Marte ci consentirà di vedere immagini ad alta risoluzione (e sentire i primi suoni) catturate da Perseverance, e gli scienziati saranno in grado di approfondire le nostre conoscenze sull'antica geologia del Pianeta Rosso e sull'affascinante potenziale astrobiologico.

Maggiori informazioni sulla perseveranza

Un obiettivo chiave della missione di Perseverance su Marte è l'astrobiologia, compresa la ricerca di segni di antica vita microbica. Il rover caratterizzerà la geologia del pianeta e il clima passato, spianare la strada all'esplorazione umana del Pianeta Rosso, e sii la prima missione a raccogliere e nascondere rocce e regolite marziane.

Missioni successive, attualmente all'esame della NASA in collaborazione con l'ESA, invierebbe veicoli spaziali su Marte per raccogliere questi campioni sigillati dalla superficie e riportarli sulla Terra per un'analisi approfondita.

La missione Mars 2020 fa parte di una più ampia iniziativa della NASA che include missioni sulla Luna come mezzo per prepararsi all'esplorazione umana del Pianeta Rosso. Incaricato di riportare gli astronauti sulla Luna entro il 2024, La NASA stabilirà una presenza umana sostenuta su e intorno alla Luna entro il 2028 attraverso i piani di esplorazione lunare Artemis della NASA.